汽车保险杠整体化、轻量化和行人安全设计



汽车保险杠整体化、轻量化和行人安全设计

提出了一种新的汽车保险杠系统，与传统保险杠系统相比，该系统最大的优势是质量的减轻。同时，由于采用集成设计的方法，因此装配成本也降低了。将传统金属保险杠横梁材料改为塑性材料，改善了行人碰撞性能。新保险杠系统的制造采用注塑成型技术，不再需要单独的焊接工艺和其它辅助操作。

新保险杠系统也被称为整体热塑性保险杠系统，其主要由3部分组成：吸能器、保险杠横梁和塌陷盒。将两个塌陷盒安装在导轨上，并与刚性梁连接；1个行人碰撞吸能器安装在保险杠横梁前部。因此，可以将该整体热塑性保险杠系统的设计划分为3个独立的领域：刚性热塑性横梁的设计、行人碰撞吸能器的设计和塌陷盒的设计。刚性热塑性横梁的设计采用拓扑优化设计方法，对其设计的优化目标是在满足性能要求的前提下，使用聚碳酸酯/聚对苯二甲酸丁二酯共混塑料（PC/ PBT）取代传统的金属材料，以尽可能减轻质量。行人碰撞吸能器的设计采用吸能式设计，可以利用吸能器自身的弹性形变，吸收碰撞能量，保护行人。塌陷盒的设计是为了在汽车发生低速碰撞时，塌陷盒能依靠自身的塑性形变吸收大部分碰撞能量，避免散热器、发动机等昂贵部件的损坏。

利用有限元分析软件LSDYNA对新保险杠系统进行模拟验证。模拟试验包括行人小腿碰撞试验、ECE-42协议要求下的中心摆锤撞击试验和汽车修理研究协会（RCAR）要求下的碰撞试验。有限元分析结果显示，在满足上述试验的同时，保险杠系统质量从传统的4kg降至2.5kg。

Dinesh Munjurulimana et al. SAE 2015-26-0168.

编译：李臣