淺談汽車保險杠的設計

方文輝

Fang Wenhui

（北京現代汽車有限公司技術中心，北京 101300）

0 引 言

汽車保險杠集安全性、功能性和裝飾性于一身，屬于法規安全件。因此，保險杠設計有著較嚴格外部約束條件和復雜的內部結構關系，在具體的結構設計中，會遇到諸多制約因素，文中結合一些有參考價值的詳細結構實例對保險杠的設計進行總結探討。

1 保險杠設計原則

在進行汽車保險杠設計和開發的過程中，應遵循以下原則。

1）安全性能。在車輛發生碰撞時，保險杠可以起到緩沖吸能作用，減少撞擊對車輛造成的影響，保護乘客的安全；減少行人在被車輛碰撞時所受到的傷害，起到行人保護作用。

2）提高車輛空氣動力性能。通過改變空氣流動方向，有效改善整車流暢性，降低整車油耗。

3）在外型、色彩和質感上要與整車造型協調一致，渾然一體，體現整車造型風格。

4）便于安裝和維修，符合人機工程。

2 保險杠設計流程

保險杠的設計流程是指從項目啟動開始到保險杠設計驗證完成的整個過程。根據具體工作任務不同，通常分為模型階段、CAS階段、A面階段、工程設計階段和驗證階段等。具體設計流程如圖1所示。

在整車選擇主題節點后，進入具體設計階段，相對應的保險杠A面凍結，開始進行保險杠的結構設計，首先考慮保險杠與其他車身部件的搭接配合關系和定位限位關系，進行具體的安裝結構設計，其次進行保險杠系統的本體設計。

3 保險杠選材

3.1 選材原則

正確選擇保險杠材料須滿足以下 3個方面的要求：

1）材料認可要求和功能認可要求；

2）良好注塑、噴涂和鍍鉻工藝要求；

3）滿足性能條件下的成本最優化要求。

3.2 選材方法

掌握保險杠組件常態使用時應具備的全部性能指標，盡可能定量化。對于這些零部件的不同類別有對應的不同材料要求。對于保險杠本體材料，務必保證其彈性和韌性。對于可視的非油漆件，制造過程不應更改材料的初始特性，尤其是顏色牢固度、耐光線性能和耐惡劣天氣性能。

一般保險杠蒙皮材料為 PP+EPDM-Tx%，其中 PP為基體，EPDM 提高彈性，Tx%主要是提高剛度。保險杠采用的改性聚丙烯的基本特性見表1。鍍鉻件材料一般采用ABS，基本特性見表2。

表1 保險杠用改性聚丙烯的基本特性

表2 保險杠用ABS材料的基本特性

4 保險杠結構設計

4.1 保險杠結構形式的確定

保險杠的結構型式應按造型的復雜程度，車輛的級別、配置要求和空間位置等條件綜合確定，另外還應結合工藝對結構設計的限制進行考慮。前保的主要結構組成及對應功能說明見表3，后保的主要結構組成及對應功能說明見表4。

表3 前保主要結構組成表

表4 后保主要結構組成表

4.2 保險杠定位設計

保險杠通常采用3個Z，2個X，1個Y的主定位方式，輔助定位隨結構的不同，在X、Y、Z方向上布置的定位結構數量不同。定位點結構位置通常選擇在可以設計出有明顯定位效果的位置，即與環境件對應貼合面，與X、Y、Z相對垂直或平行。定位結構與對應的環境結構之間的間隙一般設計為≤0.2 mm，每間隔150 mm左右布置一個定位點。定位點位置的選擇，不僅要考慮造型和結構的影響，同時也要考慮工藝及材料對產品結構設計的影響。

4.2.1 前保定位設計

前保的X向和Z向主定位結構一般設計在兩側與翼子板搭接的位置，或中間上部與車身搭接的位置，輔助定位設計在中間上部和下部與車身搭接的位置。Y向主定位通常由兩側對稱布置的Y向定位對中組合形成，也有設計在兩側與翼子板配合或中間上部的位置。如圖2所示。

4.2.2 后保定位設計

后保的Z向主定位結構一般設計在兩側與后側圍配合位置，或后保蒙皮中間部位與后保中支架配合的位置。X向主定位結構在兩側與后側圍搭接位置。Y向主定位通常在Y=0位置，或兩側與后側圍配合處，這時Y向主定位由兩側對稱布置的定位組合對中組合形成。如圖3所示。

4.3 保險杠與相關車身結構件的關系

4.3.1 前保安裝設計

1）為了保證前保與機罩蓋的間隙面差及裝配到位后的效果，中間上部與車身部件一般設計 6處緊固點。如圖4所示。

2）為了保證前保與前大燈的間隙及安裝效果，可增設緊固點，或對保險杠與大燈配合處的邊緣結構進行加強。加強邊緣有增加加強件和結構加強2種方式。圖5所示為增設緊固點，圖6所示為增加加強件，圖7所示為蒙皮與大燈配合位置翻邊，結構加強。

3）為了保證前保與前翼子板之間的間隙及安裝效果，前保兩側端部一般通過側支架與車身緊固，支架形式多樣，最常用的有2種形式。圖8所示，塑料側支架先與車身通過螺栓緊固，蒙皮緊固在塑料側支架與車身結合的結構上。圖9所示，金屬側支架與保險杠蒙皮固定在一起，然后通過螺栓固定在車身上。

4）為了保證前保與車身裝配后的整體性和牢固性，蒙皮下部翻邊與車身其他部件共設計6～8處緊固點，如圖10所示。

4.3.2 后保安裝設計

1）后保中間上部位置，一般采用塑料中支架連接方式或金屬支架連接方式。后保與后行李廂蓋之間一般設計間隙為6 mm。圖11所示為塑料中支架連接方式，塑料中支架通過螺栓固定在后圍鈑金件上，后保中間上部蒙皮翻邊卡接在塑料中支架上，一般設計有4個卡接點。圖12所示為金屬支架連接方式，金屬支架焊接在車身上，后保中間上部蒙皮翻邊卡接在金屬中支架上，同樣設計約4個卡接點。

2）后保在尾燈位置，一般采用塑料尾燈支架連接方式或金屬支架連接方式。圖13所示為塑料尾燈支架連接方式，塑料尾燈支架通過螺栓固定在后圍鈑金件上，后保蒙皮位于后尾燈位置翻邊卡接在塑料尾燈支架上，一般設計有2個卡接點。圖14所示為金屬支架連接方式，金屬支架焊接或鉚接在車身上，金屬支架上設計有Z向過孔，后保蒙皮位于尾燈位置翻邊卡接在金屬支架上，一般設計有2個卡接孔，且在X向設計1個卡接孔。

3）后保與側圍對接位置，一般采用塑料側支架連接方式或金屬支架連接方式。圖15所示為塑料側支架連接方式，側支架通過螺栓固定在后側圍鈑金件上，后保蒙皮位于后側圍位置翻邊卡接在側支架上。后保金屬側支架與前保金屬側支架的設計理念一樣，不再舉例闡述。

4）為了保證后保與車身裝配后的整體性和牢固性，蒙皮下部翻邊與車身其他部件共設計6～10處緊固點，如圖16所示。

4.4 保險杠內部組件之間的關系

4.4.1 前保內部結構設計

首要考慮的是格柵、霧燈、霧燈裝飾板、裝飾條、脫鉤蓋、大燈清洗蓋、吸能器等組件的位置，及其與前保蒙皮配合達到要求的安裝方式。

前保上下格柵的設計較為復雜，不僅要考慮到格柵工藝的可行性和法規要求，還要滿足空氣進氣要求，即留出的通風孔面積在X正投影方向上，要達到散熱器面積的 30%左右。因此，格柵格子的長寬尺寸、格柵的尺寸、格柵裝配結構等都是重要設計要點。格柵裝配在蒙皮上，通常采用舌片卡扣和螺栓配合使用的方式。格柵上的亮條，多采用卡接或粘接的安裝方式?？墼O計時，不僅要注意卡接方向交錯防失效，還要設計好卡扣之間的距離，這些因素都關系到卡扣卡得是否到位。并排卡扣之間的距離一般設計在120 mm左右。格柵亮條一定要低于格柵，使亮條分型線不外露保證外觀質量，設計規則如圖17。

霧燈與保險杠的配合設計，要滿足霧燈功能要求，如光束范圍和高度。霧燈裝飾板、裝飾條的設計理念與格柵的安裝理念一致。脫鉤蓋、大燈清洗蓋盡可能設計為上下開啟、且開啟方向一致。吸能器一般通過鋸齒金屬卡片固定在蒙皮上。

4.4.2 后保內部結構設計

后保主要考慮后霧燈或反射片、裝飾條、脫鉤蓋、雷達、吸能器等組件的位置，及其與后保蒙皮配合達到要求的安裝方式。后霧燈（反射片）、裝飾條、脫鉤蓋、吸能器的設計理念與前保對應的組件相同，故不作詳細闡述。后保與排氣管配合區域周邊至少保證20 mm間隙，避免排氣管溫度過高時軟化了保險杠。倒車雷達通過雷達支架裝配在蒙皮上，雷達支架與蒙皮固定的方式分為卡接式、粘接式和焊接式，如圖18所示。

4.5 保險杠工藝的設計

4.5.1 圓角處理

保險杠轉折處設計成圓角，不但機械強度高，外觀漂亮，且符合外凸法規要求，塑料在型腔里流動也比較容易，還可以降低模具的制造成本，延長模具的壽命。否則，保險杠在使用時夾角處容易受壓而破壞，成型冷卻時易產生內應力和裂紋。圖19所示為應變和R/T關系曲線。在R/T>0.8時，應力集中就會減少，而在R/T<0.3時，應力集中會激烈增多。常見圓角R的大小選取如圖20所示的比例關系。

4.5.2 料厚確定

依據保險杠的使用要求，即尺寸穩定性、強度、質量以及裝配等要求，保險杠應做到料厚均勻，厚薄變化不能超過料厚設計值的1/2，且厚薄變化的位置應逐漸過渡，不應有突變。保險杠蒙皮的厚度一般為2～3.5 mm，通過產品功能分析、制造工藝分析并結合成本最終確定料厚。

4.5.3 拔模角度

保險杠組件制品沿脫模方向都應設計傾斜角度，即拔模角度。拔模角度的大小與制品壁厚、形狀、高度和型芯長度有關，也與塑料的性質、收縮率有關。常規短距離1～2°，長距離3～5°，外觀A面出模角≥3°，紋理出模角≥7°。在不影響制件裝配要求的情況下，脫模斜度應盡量取大一些。

4.5.4 加強筋

增設加強筋，可以增強制品的機械性能，防止制品翹曲變形。加強筋的設置方向應與槽內料流方向一致，以免損害制品的質量。需要設置多條加強筋時，要分布得當，以減少收縮不均而引起破壞。加強筋不應設置在大面積的中間部位。加強筋和制品壁的連接處即根部，都應做圓弧相連，以防止應力集中而影響制品質量。

4.5.5 裝配孔

保險杠上各種形狀的孔，應盡可能設計在不減弱制品強度的部位。相鄰兩孔之間和孔與邊緣之間的距離通常都與孔徑相等，不能太小，否則在裝配其他零件時孔的周圍易破裂。

4.5.6 翻邊

避免保險杠蒙皮收縮痕的產生，翻邊根部料厚一般不能超過產品料厚的50%，或對根部的料厚做減料處理。保險杠蒙皮內側若設計有Doghouse類結構，也應做如此處理。

5 總 結

隨著汽車與人類的關系越來越密不可分，人們對汽車的要求也越來越高。因此，保險杠的功能要求也從單一保護性能擴展至車身造型美感、整體裝飾協調、減少風阻系數等多方面。如今新車開發和車型改款周期越來越短，保險杠作為設計開發最頻繁的汽車零部件之一，掌握其設計理念和方法無疑是設計出滿足保險杠商品性要求的前提。

[1]王紹春. 汽車保險杠設計[J]. 汽車技術，1998(2)：5-11.

[2]屈華昌. 塑料成型工藝與模具設計[M]. 北京：機械工業出版社，2004.

[3]李會武，范興國. 塑料模具設計手冊[M]. 北京：機械工業出版社，1997.

[4]曹渡. 汽車內外飾設計與實戰[M]. 北京：機械工業出版社，2011.