基于維修經(jīng)濟(jì)性的前防撞梁設(shè)計(jì)

摘 要：本文以低速正面bumper to bumper test 為例，分析保險(xiǎn)桿試驗(yàn)的壁障要求、尺寸、安裝高度，結(jié)合試驗(yàn)驗(yàn)證，說明在前期架構(gòu)設(shè)計(jì)階段，防撞梁有效高度及安裝高度的重要性，通過試驗(yàn)對比結(jié)果表明：防撞梁的有效高度及安裝高度，決定在bumper to bumper test試驗(yàn)后維修經(jīng)濟(jì)性的高低，防撞梁的設(shè)計(jì)可以有效降低損壞件的數(shù)量，減少維修費(fèi)用，在現(xiàn)實(shí)生活中有實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：保險(xiǎn)桿 低速碰撞 維修經(jīng)濟(jì)性

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，汽車走進(jìn)千家萬戶，特別是近十多年，汽車工業(yè)飛速發(fā)展，連續(xù)十多年蟬聯(lián)全球汽車產(chǎn)銷量第一。2023年，全球乘用車銷量總計(jì)7245.72萬輛，中國市場乘用車銷量2232.01萬輛，所占份額為30.8%，截止到2023年，我國機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)4.35億輛，其中汽車3.36億輛，乘用車保有量2.438億。隨著中國經(jīng)濟(jì)社會持續(xù)快速發(fā)展，機(jī)動(dòng)車保有量繼續(xù)保持增長態(tài)勢，車輛的增加也帶來一系列的問題，比如交通、能源、環(huán)境污染、停車空間等。我國人口較多，道路資源有限，交通擁堵成為普遍現(xiàn)象，為此發(fā)生追尾等低速碰撞的事故越來越多，低速碰撞后的車輛維修費(fèi)用也是不菲的支出。

2017年，在中國保協(xié)行業(yè)協(xié)會的指導(dǎo)下，中國汽車工程研究院與中保研汽車技術(shù)研究院，在充分研究并借鑒國際先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國汽車保險(xiǎn)與車輛安全技術(shù)現(xiàn)狀，形成中國保險(xiǎn)汽車安全指數(shù)（簡稱C-IASI）測試評價(jià)體系。此評價(jià)體系促使車企在車輛設(shè)計(jì)階段考慮低速碰撞后的維修成本，將大大提高后續(xù)的維修經(jīng)濟(jì)性和方便性。

針對此問題，本文以正面低速bumper to bumper test為例，根據(jù)試驗(yàn)驗(yàn)證來說明防撞梁的有效高度及安裝高度的重要性。

1 Bumper to bumper test壁障參數(shù)

壁障采用國際通用壁障，如圖1所示：

保險(xiǎn)杠壁障中心圓弧半徑3400mm±

25mm，寬1500mm±25m，帶有一個(gè)平板，垂直面高100mm±2mm，除開輪緣部分，壁障中心至少有230mm深，能夠安裝在堅(jiān)硬的不可移動(dòng)的固定壁障上且高度可調(diào)。

保險(xiǎn)杠壁障頂部安裝一個(gè)剛性支撐架，高200mm±2mm，厚度至少有8mm，圓弧半徑和寬度與壁障一樣。支撐架安裝在壁障頂部平板垂直向后25mm±1mm處（中心線處測量）。支撐架與壁障上表面有最大10mm的間隙，以便能量吸收器頂蓋的滑移。

保險(xiǎn)杠壁障的能量吸收裝置由能量吸收器和獨(dú)立的頂蓋構(gòu)成， 能量吸收器與保險(xiǎn)杠表面等長，厚50mm，沿3400mm的半徑弧彎曲，以便安裝在壁障表面。能量吸收器應(yīng)能無間隙地固定在碰撞壁障上。

正面碰撞壁障最低面離地高度為455mm±

3mm，車輛以（10.0±0.5）km/h的撞擊速度駛向壁障，撞擊過程中車輛中心線應(yīng)與壁障中心線重合，最大允許橫向偏差±50 mm，當(dāng)車輛接觸到碰撞壁障時(shí)刻車輛的車身高度應(yīng)與撞擊前車輛靜態(tài)下測量的車身高度保持接近，兩高度差應(yīng)≤10mm，如圖2所示。

正面碰撞時(shí)壁障各部位的高度如下圖3所示。

2 防撞梁參數(shù)的測量

2.1 有效高度測量

測量防撞梁的有效高度時(shí)，拆除所有可拆組件（如吸能材料等），防撞橫梁有效高度通過一個(gè)接觸其側(cè)面的垂直平面來測定，如圖4所示。

2.2 測量位置

如圖5所示，防撞梁在如下3個(gè)位置進(jìn)行測量：車輛中心點(diǎn)（C）、左（L）右（R）側(cè)（縱梁）的前部中心點(diǎn)。這3個(gè)測量點(diǎn)均在±50mm的范圍內(nèi)進(jìn)行測量，取該范圍內(nèi)的最小值。

2.3 有效高度計(jì)算

防撞橫梁有效高度=左邊測量值×0.25+右邊測量值×0.25+中間測量值×0.5。

2.4 有效結(jié)合尺寸測量

在進(jìn)行有效結(jié)合尺寸測量前，首先確認(rèn)車輛參考高度。有效結(jié)合尺寸取決于防撞橫梁有效高度和保險(xiǎn)杠壁障間的重疊率，如圖6所示。有效結(jié)合尺寸測量位置和計(jì)算方法同防撞梁有效高度。

2.5 防撞橫梁有效寬度測量

防撞橫梁有效寬度測量如圖7所示。當(dāng)車輛防撞橫梁的末端高度小于其有效高度時(shí)，兩端的寬度將不被計(jì)算在防撞橫梁的有效寬度尺寸內(nèi)，如圖7（c）所示。

防撞橫梁有效寬度及車體寬度如圖8所示。

防撞橫梁有效寬度比率=100×（防撞梁有效寬度/整車寬度）

3 防撞梁的設(shè)計(jì)要求

正面Bumper to bumper test 時(shí)，試驗(yàn)質(zhì)量為整車整備質(zhì)量加一個(gè)主駕位置75kg的假人重量，在此狀態(tài)的整車，如果前防撞梁的橫向中心線和壁障的橫向中心線重合，則防撞梁和壁障的有效結(jié)合高度達(dá)到最大。

在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，受車輛布置、整車高度等因素的影響，很難滿足前防撞梁的橫向中心線和壁障的橫向中心線重合。

在前期架構(gòu)階段，防撞梁的有效高度和安裝高度必須定義好，一般要求防撞梁的有效高度不小于100mm，在整車整備質(zhì)量加一個(gè)75kg的假人重量的整車姿態(tài)時(shí)，安裝高度要確保和壁障的有效結(jié)合高度不小于75mm。

3.1 試驗(yàn)驗(yàn)證一

以某款車的實(shí)際試驗(yàn)情況說明防撞梁和壁障有效結(jié)合高度的重要性。

同一款車，通過調(diào)整壁障高度，改變防撞梁和壁障的有效結(jié)合高度，具體信息如下表1。

第一次試驗(yàn)的能量大于第二次試驗(yàn)?zāi)芰?，由于防撞梁和壁障的結(jié)合高度較大，試驗(yàn)后損壞件明顯少。第一次試驗(yàn)和第二次試驗(yàn)后的車況分別如圖9和10所示。

試驗(yàn)后損壞件列表2如下。

通過對比損壞件清單，可以看出防撞梁和壁障的有效結(jié)合高度直接關(guān)系到碰撞后損壞件的多少。維修或更換這些件的費(fèi)用差距較大，直接關(guān)系到消費(fèi)者的利益。

3.2 試驗(yàn)驗(yàn)證二

以某款車的實(shí)際試驗(yàn)情況說明防撞梁有效高度的重要性。

同一款車，采用兩個(gè)版本的前防撞梁，兩款防撞梁的有效高度不同。具體信息如下表3。

兩次試驗(yàn)后的狀態(tài)見圖11和12。

兩次試驗(yàn)防撞梁變形量對比如表4和5。

從防撞梁變形量可以看出，窄版防撞梁X向最大變形量，通過試驗(yàn)前后三坐標(biāo)打點(diǎn)確認(rèn)的為146.47mm，實(shí)際最大變形量大于146.47mm，且前防撞梁彎曲變形撞擊到散熱器；寬版防撞梁X向最大變形量僅61.9mm，遠(yuǎn)低于窄版防撞梁X向變形，且試驗(yàn)后散熱器沒有被撞擊。從維修經(jīng)濟(jì)性方面，寬版防撞梁碰撞試驗(yàn)后維修費(fèi)用較低。從車輛的實(shí)際使用來說，城市工況發(fā)生低速追尾的小事故非常多，僅從外觀觀察，10km/h的速度可能無明顯擦傷，內(nèi)部防撞梁的變形情況也不能從外部觀察到，如果防撞梁的剛度較低，極易發(fā)生“內(nèi)傷”，一般用戶是看不出的。

4 結(jié)論

本文通過兩組對比試驗(yàn)，得到前防撞梁設(shè)計(jì)的關(guān)注點(diǎn)：防撞梁的有效高度和防撞梁的安裝高度。在低速測試中，防撞梁的有效高度和防撞梁與壁障的有效結(jié)合高度直接關(guān)系到車輛維修經(jīng)濟(jì)性，通過此分析，為其他車型的開發(fā)提供直接的依據(jù)。

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