汽車氣囊吸能式保險杠的研究

沈艷++季曉冬

摘 要：本文就以汽車氣囊吸能式保險杠的研究為題，闡述了對汽車保險杠碰撞所較常采用的兩種研究方法，即仿真分析法與試驗分析法，對比了吸能式保險杠與非吸能式保險杠在碰撞時的吸能效果。在傳統保險杠結構設計的基礎上，提出了一種新的氣囊吸能式保險杠結構設計方式，并對其技術原理展開了具體分析。

關鍵詞：汽車 氣囊 吸能 保險杠

中圖分類號：U463.326 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（c）-0102-02

據國家交通部所發布的數據顯示，截至2016年6月底全國機動車保有量已達2.85億量，其中汽車1.84億量。隨著社會經濟的快速發展，人們物質生活水平不斷提升的同時對于機動出行的需求量也持續升高，汽車市場潛力持續釋放，汽車保有量仍將保持較快的增長趨勢。但與此同時，汽車碰撞安全問題也愈發被人們所關注，由各種交通事故的死亡情況來看，大都與汽車的保險杠有著密不可分的關系。因此針對汽車保險杠的碰撞性能及其在碰撞過程中的吸能特點展開相關的研究工作有著巨大的現實意義。

1 汽車保險杠碰撞研究方法

（1）受到計算機軟硬件技術的快速發展與進步，汽車的碰撞計算設備模擬仿真技術有了巨大的發展與應用，計算機仿真分析法具備有費用低、周期短、可多次重復分析等優勢特性，但同時也應當認識到仿真軟件無法提供以真實的汽車保險杠模型，因此采用這一方法所研究出的汽車保險杠碰撞結果往往與實際情況相去甚遠，最終的仿真結果還必須要應用到實際試驗來佐證檢驗。

（2）試驗分析法則可對汽車保險杠的碰撞現象予以情景再現，可高度還原在真實的碰撞情況下汽車保險杠的碰撞情況、吸能情況及受損狀況，同時其實際測試后的結果往往更加接近于真實交通事故中的汽車保險杠碰撞結果，因此試驗分析法是目前在汽車保險杠研究領域最常用到的一種碰撞研究方法。

2 汽車保險杠的功能與形式

2.1 功能分析

在現代汽車結構當中汽車保險杠是實現安全防護最重要的一項裝置設備，通過對汽車保險杠的充分應用能夠有效降低人員受傷程度并降低汽車的受損程度。在汽車處于低速形式狀況下發生碰撞時，保險杠必須要能夠實現對駕乘人員的安全防護，同時還應當減緩一部分外部因素對車身的撞擊實現對車身主體結構的安全防護，保險杠所起到的作用價值主要體現在以下幾個方面。

（1）保護行人。在駕駛者由于誤操作或汽車失控等原因碰撞到行人時，汽車保險杠可對行人起到一定的防護效果，使其免于遭受致命性的傷害。

（2）保護汽車主體結構。在汽車出現碰撞情況時，汽車保險杠應當能夠將大部分的沖擊力予以吸收、緩沖，從而實現對車輛主體結構的防護效果。

（3）滿足與空氣動力學要求。保險杠在設計時應當達到空氣動力學的標準要求，避免對正常行車產生嚴重阻力，提高車輛駕駛的經濟性。

（4）美化車體。目前汽車品牌多種多樣，市場競爭異常激烈，人們對于汽車保險杠的要求應不僅僅局限于安全性的要求，同時還要求其能夠對整體車身起到一定的美化效果。

2.2 主要形式

依據保險杠的功能特征來進行類型劃分，可將之分成吸能式保險杠和非吸能式保險杠兩大類型。其中非吸能式保險杠由于結構建議，不具有吸能效果，緩沖汽車碰撞的效果相對較差，因此實用性相對較差。根據有關實驗結果表明，在同等撞擊力的影響下吸能式保險杠的變形量相較于非吸能式保險杠要小25%左右，由此便可得出吸能式保險杠的碰撞緩沖小，比非吸能式保險杠高1/4左右，結構穩定性與安全性更高。

而對于吸能式保險杠而言其依據緩沖吸能方式的不同又可進一步被細分成3種類型。

（1）普通吸能保險杠。結構簡易，在發生碰撞情況是可利用其內部所填充的泡沫等材料來吸收沖擊力，吸能性能可得到顯著提升，但效果比較有限。

（2）液壓吸能保險杠。采用液壓油經由節流孔的黏性阻力來實現對碰撞能量的吸收，工作性質穩定，在碰撞以后依靠氮氣來恢復動力，促使保險杠恢復原本位置，吸能效果較為顯著。但其價格相對較高，主要是在一些價格較高的汽車上。

（3）帶空氣腔式保險杠。于外蓋板與橫梁間安裝空氣腔，和一般的泡沫填充式吸能保險杠相對比而言，適當的氣壓與氣腔數量可促使保險杠在15km/h的碰撞速度下降40%以上，吸能效果顯著，應用范圍廣泛。

3 氣囊吸能式保險杠結構設計

3.1 傳統保險杠結構設計

因為受制于鋼材本身的強度，結構重量、工藝、成本等個方面的因素限制，導致一般性的結構在規定壓縮距離當中的吸能量相對有限。盡管空氣壓縮可提供較大的緩沖空間，但從整車的結構設計來看，往往要求動力總成前后的空間小型化，即壓縮空間越小越好。目前的耐撞性技術主要的應用方式就包括了對結構拓撲的優化以及高強度鋼應用、激光焊接、液壓成型等眾多新型化的工藝技術，傳統的設計方式已經難以再提高當前的結構吸能效果。

3.2 氣囊吸能式保險杠結構設計

在本次研究中就提出了將保險杠設計為中空狀，并在其中裝設預充式結構氣囊，利用注入合適的壓力氣體，來促使其剛度能夠和傳統保險杠大致相等，在和固定障礙物發生碰撞之時促進對吸能效果的顯著提升，以實現對保險杠沖擊外力的有效緩沖與吸收。

在碰撞系統檢測到碰撞物為行人之時，控制系統便會將保險杠氣囊上端的泄氣閥開啟，使氣囊剛度正好調節至適宜對行人下肢予以保護的位置。這一整個環節流程無需實施判斷及系統閉環控制，僅需在事先依據人體碰撞試驗所得出的參數信息來將泄氣閥的固定開度調節至相應的位置即可，控制系統僅需輸出相應的開關量便可在第一時間開啟氣囊泄氣閥，因此從成本造價的角度而言相較于臨時充氣式結構會便宜很多，從結構的實現方式來說概率也更高。若氣囊裝置無法正常工作時，便需針對保險杠實施碰撞計算分析，對于這時的沖擊力和保險杠予以檢驗核對。

為了防止出現過大的撞擊力和沖擊能量，從而導致汽車發動機發生形變甚至是汽車內室發生結構性損壞，結構氣囊預設剛度應當在經過大量的試驗測試后確定出相應的參數水平，在碰撞剛度達到這一參數水平時，結構氣囊便會將泄氣閥門開啟，促使氣囊內的氣體完全排泄出來，將一部分的碰撞能量予以抵消、緩沖，從而加強對駕乘人員的安全防護。

4 結語

總而言之，隨著當前我國汽車工業的快速發展，人們對于汽車結構設計的安全性也愈發重視，吸能式保險杠在汽車碰撞中的重要作用也越來越引起了人們的重視。將汽車氣囊吸能式保險杠應用到汽車結構設計中，可以最大程度地保護汽車與駕乘人員的安全，應用結構氣囊后，可在系統結構剛度不發生改變的情況下，大幅度地促進對保險杠吸能特性的顯著提升，同時還可減小縱梁與碰撞盒等原有金屬構件重量，降低制造成本，提升車身性能。因而，汽車氣囊吸能式保險杠有極其廣闊的發展前景。

參考文獻

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