浅谈汽车保险杠的设计与开发

牟洋 柴凯

摘 要：文章通过在实际工作中积累的经验，对汽车保险杠设计开发过程中涉及的基本原则、选材、设计定位、安装和注塑工艺进行了探讨，希望能够给予同行业人员有意义的借鉴。

关键词：汽车保险杠；结构设计；材料；注塑

中图分类号：U463.8 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）11-0013-02

保险杠不仅是汽车的安全防护装置，也是其结构造型与装饰的重要组成部分。随着我国经济的快速发展，汽车已成为居民生活中的一个重要代步工具，车身的整体造型、风阻系数等影响汽车装饰与功能的因素，被作为车辆购置的重要参考条件。在汽车结构的设计过程中，保险杠作为整车的一个重要组成部分，掌握其设计与开发的理念和方法，很有必要。

1 保险杠设计与开发的基本原则

安全性要求。当车辆发生碰撞时，保险杠要起到一定的缓冲和吸能的作用，保護被撞行人、乘客的安全，降低撞击给车辆造成的破坏；保险杠的外型、质感和色彩要与整车的结构相协调，浑然一体并突出车辆的造型风格；考虑空气动力性能。保险杠的结构设计要考虑空气动力学，改善整车的流畅性，降低油耗；保险杠的结构设计要充分考虑其日后的安装与维护。

2 保险杠的设计开发流程

保险杠的设计开发流程，如图1所示。

3 保险杠各阶段要求及校核

3.1 可行性分析

在设计初期，要先确定各个零部件的材料类型、大致结构、拆卸顺序、紧固件的选用以及在总装的装配工位（需要总装工艺输入工艺要求）。与竞品车对比，借鉴合理结构，为了实现整车轻量化，设立质量目标。通过上述分析形成对保险杠系统的设计目标，实现部门平台化、标准化的规划。

3.2 概念确认

对CAS进行工程反馈分析，确认是否可以实现造型的要求。包括如下项目：

①低速碰撞分析，摆锤碰撞区域内不应有灯具、反射器、排气尾管等怕碰撞零件；

②号牌安装分析，需要满足号牌安装法规，同时杠的沉槽单侧与号牌留够安全间隙；

③拖钩堵盖布置分析，牵引钩在防撞梁部位时，需要确认造型上是否可以布置牵引钩的盖子。如果位置不合理，需要与车身协商调整牵引钩位置，或者更改造型；

④轮胎包络线校核，轮胎包络线（envelope）与后保面罩及后轮罩之间需要保证安全距离。排气尾管安全间隙分析，排气尾管安全间隙要符合以下条件，与保险杠面罩间隙最小25 mm；

⑤结构空间分析，各个位置结构空间参考典型断面进行分析，只要大于做结构的最小空间就没问题；

⑥外饰零部件相关法规分析，降低车辆低速刮碰时对人的损害程度。成型工艺可行性校核，定义唾沫方向及角度，其原则就是分模线避开产品外观面；

⑦表面处理工艺可行性校核，保险杠有时会包含两种或两种以上的颜色。这种情况下，可采取分件或分色喷涂的方式进行处理；

⑧装配工艺性校核，对产品数据进行安装过程及模拟分析，制作快速样件验证安装工艺性及结构可行性。

4 保险杠工程设计的注意事项

4.1 材料选择

现在汽车的保险杠通常采用PP等高分子材料，蒙皮材料以PP为基体，掺入EPDM和Tx%，提高了材质的弹性和刚度。按照薄壁化的要求，将来会有新材料的使用。

4.2 拔模角度设计

保险杠注塑件的结构设计均应设置拔模角度，其角度的大小要与保险杠的材料收缩率、形状、型芯长度、高度及壁厚相关，光面的拔模角度应≥3 °，纹理面应≥7 °，如果设置的拔模角度对构件的装配质量不构成影响，则拔模角度尽可能的取大值。

4.3 确定保险杠的厚度

保险杠的厚度应考虑车辆的性能要求，包括对保险杠的强度、尺寸、稳定性、装配、制造工艺等，在综合分析并保证车辆运行安全的情况下最终确定，通常保险杠的蒙皮厚度应为2～3.5 mm。保险杠的料厚分布要均匀，厚薄位置的变化要逐渐过渡，同时厚薄的变化量不可超过料厚设计值的50%。为了减重，会出现薄壁化的趋势要求。

4.4 圆角的处理

保险杠的转折处要设置圆角，一方面可以增强保险杠的机械强度并美化外观，另一方面在注塑时，能够降低塑料在模具腔里的流动阻力和成型后产生内应力和裂纹的机率。保险杠过渡圆角应合理选择（圆角半径R，保险杠厚度T）。

试验表明，当R/T>0.8时，圆角处的应力集中将会减小，当R/T<0.3 时，圆角处的应力集中将会显著增加。

4.5 装配孔、翻边、加强筋的设计

设置在保险杠上的装配孔不得位于降低制品强度的位置，孔与边缘、孔与孔的距离一般等于孔的直径且不可过小，否则将引起边缘破裂；翻边根部的厚度通常要小于翻边料厚的50%，避免蒙皮产生收缩痕；保险杠的加强筋不可设置在大面积的中间部位，当需设置多条加强筋时，要分布均匀，其与主体连接的根部，要做圆弧处理，以防应力集中。考虑到注塑工艺的要求，加强筋的设置方向要与模具槽内的料流方向一致，以免影响保险杠的注塑质量。

5 保险杠的工程设计

5.1 保险杠的设计定位

保险杠的主定位方法通常采用2个X、1个Y和3个Z，辅助定位则根据结构型式，在X、Y和Z 方向上，布置不同数量的定位结构。为了获取明显定位效果，定位点一般设定在与环境件对应的贴合面，并与X、Y、Z 相对平行或垂直，定位结构和对应的环境结构的间隙通常≤0.2 mm，每150 mm处设置一个定位点。

5.1.1 前保险杠的设计定位

前保险杠的X、Z向的主定位结构，通常设置在中间上部与车身搭接处或两侧与翼子板搭接处，辅助定位设置在中间的上部和下部与车身搭接处。Y 向的主定位一般由对称布置在两侧的Y向定位对中组合而成。

5.1.2 后保险杠的设计定位

后保险杠的Z向主定位，通常设置在后保险杠蒙皮的中间部位与中支架的配合位置处，或两侧与后侧围的配合位置。X向的主定位设置在两侧与后侧围搭接处，而Y向的主定位在Y=0处或两侧与后侧围的配合位置，并由对称布置在两侧的Y向定位对中组合而成。

5.2 保险杠与车身结构件的安装设计

5.2.1 前保险杠的安装设计

增设紧固点或强化保险杠与大灯配合处的边缘结构，以确保前保险杠与前大灯的安装间隙和效果；蒙皮下端的翻邊与车身其他构件的连接紧固点应设置6～8处，以确保前保险杠与车身安装牢固；前保险杠中间上部与车身的连接点一般设置6处，以满足其与机罩盖的间隙面差和装配效果；前保险杠的两侧端部应通过侧支架与车身紧固，再将蒙皮卡接在塑料侧支架上，或先将保险杠蒙皮与金属侧支架紧固，再通过螺栓整体与车身连接。

5.2.2 后保险杠的安装设计

尾灯处的后保险杠通常采用金属支架或塑料尾灯支架两种连接方式。金属支架连接，是先将金属支架铆接或焊接在车身上，再将后保险杠蒙皮翻边卡接在金属支架上；塑料尾灯支架是采用螺栓先固定在后围钣金件上，再将后保险杠蒙皮的翻边卡接在塑料尾灯支架上。这种卡接方式的卡接点一般设置2处。后保险杠与后行李厢盖的设计间隙通常为6 mm，其中间上部的连接形式也分为两种：金属支架和塑料中支架。金属支架焊接在车身上，后保险杠的蒙皮翻边通过4个卡接点与金属中支架相连。塑料中支架的连接，是先将支架用螺栓固定在后围钣金件上，再将蒙皮翻边的4个卡接点卡接在塑料中支架上；后保险杠与侧围的对接也可以采用塑料或金属支架。采用螺栓先将侧塑料支架固定于后侧围钣金件上，再将后保险杠后侧围处的蒙皮翻边并卡接在侧支架上。金属侧支架的连接则与前保险杠的连接方式相同；后保险杠蒙皮下端与车身其他部件连接的翻边，要设置6～10个紧固点，以保障后保险杠与车身安装后，牢固且美观。

5.3 保险杠的内部结构设计

前保险杠的内部结构设计，要先考虑格栅、装饰条、脱钩盖等的安装位置，以及与前保险杠蒙皮的安装方式。上、下格栅的长、宽和装配结构等是设计的重点，在X轴方向上，通风孔的正投影面积要控制为散热器面积的30%左右。亮条一般采用粘接或卡接安装在格栅上，并保证亮条的分型线不外露。格栅与蒙皮采用螺栓或舌片卡扣连接。

后保险杠的内部结构设计主要应考虑雷达、回复反射器、脱钩盖、缓冲块、装饰条等部件的安装位置及方式。后保险杠与排气管的安装间隙要大于25 mm， 以防过高的排气管温度造成保险杠软化。倒车雷达可以采用粘接、焊接或卡接的方法将雷达支架固定在蒙皮上。回复反射器（后雾灯）、脱钩盖、缓冲块、装饰条等与前保险杠的部件设计方法相同。

6 结 语

汽车整车的设计开发是一个复杂的系统工程，需要各部门系统的协作配合。外饰的设计开发是其中的一部分，而保险杠的设计开发是外饰的最重要组成部分。在现阶段，汽车行业竞争日趋激烈，作为一名外饰设计工程师，在进行汽车保险杠结构设计开发时，不仅要了解整车开发流程，更应该熟悉产品的设计开发。懂得结构设计、模具开发、检具开发、设计验证等等。成为一名合格的设计工程师，造出高品质汽车，是我们的责任，任重道远。

参考文献：

[1] GB 11566-2009，乘用车外部凸出物[S].

[2] 曹渡.汽车内外饰设计与实践[M].北京：机械工业出版社，2011.

[3] GB 15741，汽车和挂车号牌板（架）及其位置[S].