浅谈汽车保险杠的结构设计

李治刚

摘 要：文章通过介绍了汽车保险杠的设计，简单探讨了汽车保险杠在开发过程中要遵守的一些主要设计方法，以及保险杠本体的结构设计，另外还探讨了保险杠本体的常用制造材料，以及要遵守的法规。

关键词：汽车；保险杠；结构设计

中图分类号：U463.8 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）14-0023-02

本文通过介绍了汽车保险杠的设计，简单探讨了汽车保险杠在开发过程中要遵守的一些主要设计方法，以及保险杠本体的结构设计，另外还探讨了保险杠本体的常用制造材料，以及要遵守的法规。

1 保险杠概述

保险杠属于被动安全件，是汽车安全防护装置之一，起到免受刮碰（车速较低时）或减轻撞击的效果（车速较高时）。具有一定的强度、刚性及装饰性，随着汽车工业的不断发展，以及对行人保护要求的提高，目前对保险杠的设计要求越来越高。

保险杠主要功能包括：①车辆保护功能；②行人保护功能；③为冷却系统提供换气通道；④装置功能；⑤外观装饰功能。

2 汽车保险杠的结构设计

保险杠本体是汽车上最大的塑料覆盖件，同时车辆的造型、空气动力性特点及相关法规，都对保险杠的设计产生影响。在保险杠的外形设计时，要使其成为车身整体的一部分，与车身其它部分的线型应形成连续感，而不应与整体脱离。一般来说，保险杠本体承载着许多子部件，例如：散热器格栅、雾灯、前照灯雷达探头及牌照等；另一方面，保险杠在装配过程中，周边的相关件对其也起着重要影响，例如：翼子板、发动机盖、前照灯、尾灯、行李箱盖及牌照等。所以，保险杠的结构设计有着较严的外部约束条件及复杂的内部结构匹配关系，下面主要通过以下三方面进行分析。

3 典型断面的设计要点

保险杠的典型断面如图1所示，下面将分别从外观间隙、连接结构、空间布置几方面分析三个断面A-A、B-B、C-C的结构特点。

3.1 A-A断面的结构特点

外观间隙：主要体现与发动机盖及格栅间的配合间隙（一般为1～3 mm）。

连接结构：主要体现与格栅的配合连接结构及与散热器下横梁的连接方式。

空间方面：体现与前保险杠横梁与前保险杠X方向的距离，前保险杠的离地高度（对于轿车来说，保险杠下边缘的离地高度建议≤460 mm，而上边缘的离地高度≥500 mm），前保险杠与发动机盖锁的空间布置，前保险杠下护板的离地高度，前保险杠下护板与冷凝器间隙等。

3.2 B-B断面的结构特点

外观间隙：主要与前照灯配合间隙（此间隙一般为2～3 mm）、面差，保险杠、雾灯格栅配合间隙，雾灯格栅、雾灯配合间隙。

连接结构：与前照灯的连接结构，前保、雾灯格栅的连接结构。

3.3 C-C断面的结构特点

外观间隙：主要体现前保险杠与脱钩的配合间隙。

连接结构：主要体现脱钩堵盖与前保险杠的连接，脱钩与前保险杠横梁的连接长度。

空间布置：主要体现与偶购于前保险杠的空间布置，脱钩与吸能块的空间布置。

4 保险杠本体的结构设计要点

首先，要考虑安装点如何布置，以前杠为例，它的安装关系主要在周边件散热器上横梁、翼子板等部位。对于不同的车辆，虽然保险杠形式不同，但是安装点的布置及安装方式大致相同，即控制所有的空间自由度，使其安装可靠。其次，要考虑与翼子板的缝隙面差，前保险杠与翼子板的连接主要通过支架来实现，目前塑料支架是较为常见的形式，其材料主要以POM或者PA+30GF；还有，与其他相关件的配合间隙面差等问题也要在结构设计阶段定义，合理的配合面搭接关系，可以规避后期的装配质量问题。最后，要避免分型线外漏，尤其在与翼子板连接部位。

5 与相关零部件的匹配设计

如果保险杠的结构设计不合理，会带来许多配合问题，若配合间隙不均匀，会存在面差；若产品装配不可靠，会产生异响。

下面以保险杠与格栅为例简单介绍保险杠的相关零部件设计：

①格栅的结构设计，根据造型的定义，其表面处理方式一般有以下几种：电镀、喷漆、加皮纹；按照结构可以分为分体式和整体式，格栅的主要材料有ABS、ASA、PC+PET、PP+EPDM，除了要美观外，在具体结构上应力求简单、简化结构、节省材料、节约成本，同时加强筋要设计合理，避免收缩痕缺陷产生，对有皮纹要求的制品，其拔模角度≥3 ？觷。

②格栅与保险杠的配合结构，一般通过螺栓、卡扣等连接。为保证美观及防盗，所有的外饰件安装点设计尽量隐藏在四门两盖内，同时兼顾维修差拆卸的方便性。

③最后格栅与保险杠的定位设计，格栅在下排中部设置定位销与保险杠进行定位，限制Y、Z向的自由度。考虑制造误差，定位销边缘与保险杠预留有0.2 mm的间隙。

6 保险杠的系统材料选择

保险杠系统的主要作用为吸收外界能量，减轻碰撞时对行人腿部的伤害，减少车身及电器元件的受伤害程度，保险杠本体的材料务必保证其弹性和韧性。

目前用于成型小轿车保险杠的聚丙烯专用科主要采取以下三种方法制得：①聚丙烯共聚物/EPDM共混料；②丙烯一乙烯嵌段共聚物/聚烯径热塑性弹性体（简称TPE）共混料；③橡胶物含量高达35%的耐冲击型PP/EPM“反应性共混料”。

7 符合相关的法规要求

目前我国针对保险杠的重要法规有：汽车前、后端保护装置（GB17354-1998），乘用车外部突出物（GB11566-2009），汽车和挂车号牌板（架）及其位置（GB15741-1995），C-NCAP管理规则（2015年版） 等法规。

在设计保险杠汽车牌照安装处的尺寸时应符合以下规定：

①前保险杠在设计安装汽车牌照位置时，要使汽车前牌照垂直于车辆纵向对称平面。汽车前牌照中点不得处于车纵向对称平面的左方；并要保持牌照及安装架不得超出车辆前端右边缘。另外，还要使后牌照基本垂直于水平面，其正面允许向后仰角≤15 ？觷。

②在设计安装汽车后牌照的位置时，要使汽车的后牌照垂直或近似垂直于车辆纵向对称平面。后牌照的中点不得处于车辆纵向对称平面的右方；后牌照及安装架不得超出车辆后端左边缘。另外，还要使后牌照基本垂直于水平面。

③后牌照的可视区域：牌照两侧边并呈向外30 ？觷的两个铅垂平面；通过牌照上边缘与水平面呈向上15 ？觷的平面，经牌照下边缘的水平面。由以上构成的区域内不得遮挡牌照上的字符。

8 结 语

保险杠的设计除了要考虑尺寸要求及结构设计要求，另外所要考虑的就是保险杠安装可靠，能保证和周边零件的间隙，前后保险杠的差别不是很大，原理一样，基本上安装点的间距不超过200 mm，轿车保险杠的安装，在中部上下都比较简单，差别也不会很大，差别大的地方在侧面，由于造型分块及板金成型工艺等的影响，一般都要增加辅助安装支架，很多时候都在侧面加有一个方向自由度的连接方式，连接可以不拘泥于形式，完全可以凭空设计，在保证质量的情况下让安装更方便简捷。

参考文献：

[1] 曹渡.汽车内外饰设计与实战[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2] 李光耀.汽车内饰件设计与制造工艺[M].北京：机械工业出版社，2013.