汽車氣囊吸能式保險(xiǎn)杠的研究

沈艷++季曉冬

摘 要：本文就以汽車氣囊吸能式保險(xiǎn)杠的研究為題，闡述了對(duì)汽車保險(xiǎn)杠碰撞所較常采用的兩種研究方法，即仿真分析法與試驗(yàn)分析法，對(duì)比了吸能式保險(xiǎn)杠與非吸能式保險(xiǎn)杠在碰撞時(shí)的吸能效果。在傳統(tǒng)保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，提出了一種新的氣囊吸能式保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式，并對(duì)其技術(shù)原理展開(kāi)了具體分析。

關(guān)鍵詞：汽車 氣囊 吸能 保險(xiǎn)杠

中圖分類號(hào)：U463.326 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）09（c）-0102-02

據(jù)國(guó)家交通部所發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，截至2016年6月底全國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量已達(dá)2.85億量，其中汽車1.84億量。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們物質(zhì)生活水平不斷提升的同時(shí)對(duì)于機(jī)動(dòng)出行的需求量也持續(xù)升高，汽車市場(chǎng)潛力持續(xù)釋放，汽車保有量仍將保持較快的增長(zhǎng)趨勢(shì)。但與此同時(shí)，汽車碰撞安全問(wèn)題也愈發(fā)被人們所關(guān)注，由各種交通事故的死亡情況來(lái)看，大都與汽車的保險(xiǎn)杠有著密不可分的關(guān)系。因此針對(duì)汽車保險(xiǎn)杠的碰撞性能及其在碰撞過(guò)程中的吸能特點(diǎn)展開(kāi)相關(guān)的研究工作有著巨大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 汽車保險(xiǎn)杠碰撞研究方法

（1）受到計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的快速發(fā)展與進(jìn)步，汽車的碰撞計(jì)算設(shè)備模擬仿真技術(shù)有了巨大的發(fā)展與應(yīng)用，計(jì)算機(jī)仿真分析法具備有費(fèi)用低、周期短、可多次重復(fù)分析等優(yōu)勢(shì)特性，但同時(shí)也應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到仿真軟件無(wú)法提供以真實(shí)的汽車保險(xiǎn)杠模型，因此采用這一方法所研究出的汽車保險(xiǎn)杠碰撞結(jié)果往往與實(shí)際情況相去甚遠(yuǎn)，最終的仿真結(jié)果還必須要應(yīng)用到實(shí)際試驗(yàn)來(lái)佐證檢驗(yàn)。

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

2 汽車保險(xiǎn)杠的功能與形式

2.1 功能分析

在現(xiàn)代汽車結(jié)構(gòu)當(dāng)中汽車保險(xiǎn)杠是實(shí)現(xiàn)安全防護(hù)最重要的一項(xiàng)裝置設(shè)備，通過(guò)對(duì)汽車保險(xiǎn)杠的充分應(yīng)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(fā)生碰撞時(shí)，保險(xiǎn)杠必須要能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)駕乘人員的安全防護(hù)，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)減緩一部分外部因素對(duì)車身的撞擊實(shí)現(xiàn)對(duì)車身主體結(jié)構(gòu)的安全防護(hù)，保險(xiǎn)杠所起到的作用價(jià)值主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）保護(hù)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(shí)，汽車保險(xiǎn)杠可對(duì)行人起到一定的防護(hù)效果，使其免于遭受致命性的傷害。

（2）保護(hù)汽車主體結(jié)構(gòu)。在汽車出現(xiàn)碰撞情況時(shí)，汽車保險(xiǎn)杠應(yīng)當(dāng)能夠?qū)⒋蟛糠值臎_擊力予以吸收、緩沖，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛主體結(jié)構(gòu)的防護(hù)效果。

（3）滿足與空氣動(dòng)力學(xué)要求。保險(xiǎn)杠在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)達(dá)到空氣動(dòng)力學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)要求，避免對(duì)正常行車產(chǎn)生嚴(yán)重阻力，提高車輛駕駛的經(jīng)濟(jì)性。

（4）美化車體。目前汽車品牌多種多樣，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)異常激烈，人們對(duì)于汽車保險(xiǎn)杠的要求應(yīng)不僅僅局限于安全性的要求，同時(shí)還要求其能夠?qū)φw車身起到一定的美化效果。

2.2 主要形式

依據(jù)保險(xiǎn)杠的功能特征來(lái)進(jìn)行類型劃分，可將之分成吸能式保險(xiǎn)杠和非吸能式保險(xiǎn)杠兩大類型。其中非吸能式保險(xiǎn)杠由于結(jié)構(gòu)建議，不具有吸能效果，緩沖汽車碰撞的效果相對(duì)較差，因此實(shí)用性相對(duì)較差。根據(jù)有關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在同等撞擊力的影響下吸能式保險(xiǎn)杠的變形量相較于非吸能式保險(xiǎn)杠要小25%左右，由此便可得出吸能式保險(xiǎn)杠的碰撞緩沖小，比非吸能式保險(xiǎn)杠高1/4左右，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與安全性更高。

而對(duì)于吸能式保險(xiǎn)杠而言其依據(jù)緩沖吸能方式的不同又可進(jìn)一步被細(xì)分成3種類型。

（1）普通吸能保險(xiǎn)杠。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易，在發(fā)生碰撞情況是可利用其內(nèi)部所填充的泡沫等材料來(lái)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(xiǎn)杠。采用液壓油經(jīng)由節(jié)流孔的黏性阻力來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)碰撞能量的吸收，工作性質(zhì)穩(wěn)定，在碰撞以后依靠氮?dú)鈦?lái)恢復(fù)動(dòng)力，促使保險(xiǎn)杠恢復(fù)原本位置，吸能效果較為顯著。但其價(jià)格相對(duì)較高，主要是在一些價(jià)格較高的汽車上。

（3）帶空氣腔式保險(xiǎn)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(xiǎn)杠相對(duì)比而言，適當(dāng)?shù)臍鈮号c氣腔數(shù)量可促使保險(xiǎn)杠在15km/h的碰撞速度下降40%以上，吸能效果顯著，應(yīng)用范圍廣泛。

3 氣囊吸能式保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 傳統(tǒng)保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

因?yàn)槭苤朴阡摬谋旧淼膹?qiáng)度，結(jié)構(gòu)重量、工藝、成本等個(gè)方面的因素限制，導(dǎo)致一般性的結(jié)構(gòu)在規(guī)定壓縮距離當(dāng)中的吸能量相對(duì)有限。盡管空氣壓縮可提供較大的緩沖空間，但從整車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)看，往往要求動(dòng)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(shù)主要的應(yīng)用方式就包括了對(duì)結(jié)構(gòu)拓?fù)涞膬?yōu)化以及高強(qiáng)度鋼應(yīng)用、激光焊接、液壓成型等眾多新型化的工藝技術(shù)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式已經(jīng)難以再提高當(dāng)前的結(jié)構(gòu)吸能效果。

3.2 氣囊吸能式保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在本次研究中就提出了將保險(xiǎn)杠設(shè)計(jì)為中空狀，并在其中裝設(shè)預(yù)充式結(jié)構(gòu)氣囊，利用注入合適的壓力氣體，來(lái)促使其剛度能夠和傳統(tǒng)保險(xiǎn)杠大致相等，在和固定障礙物發(fā)生碰撞之時(shí)促進(jìn)對(duì)吸能效果的顯著提升，以實(shí)現(xiàn)對(duì)保險(xiǎn)杠沖擊外力的有效緩沖與吸收。

在碰撞系統(tǒng)檢測(cè)到碰撞物為行人之時(shí)，控制系統(tǒng)便會(huì)將保險(xiǎn)杠氣囊上端的泄氣閥開(kāi)啟，使氣囊剛度正好調(diào)節(jié)至適宜對(duì)行人下肢予以保護(hù)的位置。這一整個(gè)環(huán)節(jié)流程無(wú)需實(shí)施判斷及系統(tǒng)閉環(huán)控制，僅需在事先依據(jù)人體碰撞試驗(yàn)所得出的參數(shù)信息來(lái)將泄氣閥的固定開(kāi)度調(diào)節(jié)至相應(yīng)的位置即可，控制系統(tǒng)僅需輸出相應(yīng)的開(kāi)關(guān)量便可在第一時(shí)間開(kāi)啟氣囊泄氣閥，因此從成本造價(jià)的角度而言相較于臨時(shí)充氣式結(jié)構(gòu)會(huì)便宜很多，從結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方式來(lái)說(shuō)概率也更高。若氣囊裝置無(wú)法正常工作時(shí)，便需針對(duì)保險(xiǎn)杠實(shí)施碰撞計(jì)算分析，對(duì)于這時(shí)的沖擊力和保險(xiǎn)杠予以檢驗(yàn)核對(duì)。

為了防止出現(xiàn)過(guò)大的撞擊力和沖擊能量，從而導(dǎo)致汽車發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生形變甚至是汽車內(nèi)室發(fā)生結(jié)構(gòu)性損壞，結(jié)構(gòu)氣囊預(yù)設(shè)剛度應(yīng)當(dāng)在經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)測(cè)試后確定出相應(yīng)的參數(shù)水平，在碰撞剛度達(dá)到這一參數(shù)水平時(shí)，結(jié)構(gòu)氣囊便會(huì)將泄氣閥門開(kāi)啟，促使氣囊內(nèi)的氣體完全排泄出來(lái)，將一部分的碰撞能量予以抵消、緩沖，從而加強(qiáng)對(duì)駕乘人員的安全防護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著當(dāng)前我國(guó)汽車工業(yè)的快速發(fā)展，人們對(duì)于汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性也愈發(fā)重視，吸能式保險(xiǎn)杠在汽車碰撞中的重要作用也越來(lái)越引起了人們的重視。將汽車氣囊吸能式保險(xiǎn)杠應(yīng)用到汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可以最大程度地保護(hù)汽車與駕乘人員的安全，應(yīng)用結(jié)構(gòu)氣囊后，可在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)剛度不發(fā)生改變的情況下，大幅度地促進(jìn)對(duì)保險(xiǎn)杠吸能特性的顯著提升，同時(shí)還可減小縱梁與碰撞盒等原有金屬構(gòu)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(xiǎn)杠有極其廣闊的發(fā)展前景。

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