保險杠亞標(biāo)準(zhǔn)件特性的探討論文
1 前言
本文之所以用亞標(biāo)準(zhǔn)件來定義保險杠一類研究對象，原因在于這些件特點鮮明、情況特殊，具有通用性、規(guī)范性、能夠獨立成件、結(jié)構(gòu)相對簡單；在汽車業(yè)內(nèi)，可以適用于多種工況、多個車型和不同平臺。目前，在暫時還沒有適當(dāng)?shù)拿Q用以指代時，借用標(biāo)準(zhǔn)件的術(shù)語來定義這一類對象。在汽車設(shè)計中，許多總成件（如發(fā)動機(jī)、轉(zhuǎn)向器和橋）都具有這種亞標(biāo)準(zhǔn)件的性質(zhì)。不同車型選用同一型號的總成件在汽車業(yè)內(nèi)屢見不鮮，但所謂亞標(biāo)準(zhǔn)件（如保險杠、鋼板彈簧、輪胎）比之上述總成件結(jié)構(gòu)更簡單、適用性更廣、通用性更強(qiáng)。除特別提到，下文的保險杠概念不含外飾板，而且由于保險杠特殊的發(fā)展之路，保險杠作為亞標(biāo)準(zhǔn)件的專業(yè)化生產(chǎn)條件趨于成熟。
2 保險杠亞標(biāo)準(zhǔn)件特性的分析
2.1 保險杠的發(fā)展變化
保險杠具有相對的獨立性，其主要作用有兩點：一是緩沖，保護(hù)駕駛員和乘客的安全；二是裝飾、美觀。在汽車發(fā)展之初，車架普遍存在于各種車輛之中，保險杠其實是作為車架第1橫梁而存在的；即便到了20世紀(jì)末，商用車依然有把車架第1橫梁作為保險杠使用的設(shè)計，而一些特殊車輛（如軍用吉普）則一直采用這種設(shè)計。
保險杠有專業(yè)化的需求。裝飾功能和安全保護(hù)功能始終是一對矛盾，不可能在一個件上同時兼顧和滿足，需要有專業(yè)化的分工�？梢灶A(yù)期在不久的將來，這兩項功能將完全分開——裝飾罩主要承擔(dān)外觀美化、導(dǎo)流等功能，橫梁+支撐架則構(gòu)成保險杠的安全保護(hù)主體，而保險杠將特指橫梁+支撐架構(gòu)成的總成。在該總成中，支撐架也會有專門的名稱——吸能盒。
2.2 目前保險杠的形式
保險杠的結(jié)構(gòu)相對簡單。保險杠的結(jié)構(gòu)形式和材料因其使用環(huán)境的不同而各有不同，但有一個大體的變化范圍。下文以轎車保險杠為例進(jìn)行討論，其他車型保險杠以此類推。
2.2.1 保險杠的材料
保險杠以前基本上都是鋼制；目前隨著輕量化技術(shù)的發(fā)展，鋁制保險杠的使用范圍正在擴(kuò)大；由于以后保險杠的主要作用為吸能，因此復(fù)合材料的使用也是可以預(yù)期的；同時，還可以考慮使用組合材料，如橫梁用鋼、支撐架用鋁，通過螺栓連接，甚至支撐架成為單獨發(fā)展的總成件。
2.2.2 保險杠的結(jié)構(gòu)
保險杠按其結(jié)構(gòu)分類，有單梁保險杠、雙梁保險杠。雙梁保險杠又包括主、付梁保險杠和雙主梁保險杠；還有單吸能盒保險杠、雙吸能盒保險杠；另外，梁本身還有單層、多層之分。
2.3 保險杠與其他結(jié)構(gòu)件的關(guān)系
在發(fā)生碰撞時，一般情況下，轎車的變形按保險杠→前縱梁前段→前縱梁后段（以及車身前部側(cè)框架、擋泥板等）的順序依次發(fā)生。雖然保險杠與前縱梁都對變形有分擔(dān)，但保險杠作為特設(shè)的安全件，顯然分擔(dān)的分量更重。在保險杠與前縱梁上可以看到不同的吸能結(jié)構(gòu)以及碰撞力傳遞方式。請注意圖中前縱梁褶皺位置，因為與吸能密切相關(guān)。
2.4 保險杠作用的評判
保險杠的主要作用是發(fā)生碰撞時通過變形吸收碰撞能量，吸能量是衡量其作用的主要指標(biāo)。通過保險杠總成的靜壓試驗或沖擊試驗可以得到吸能值的大小。其中靜壓試驗的方法方便易行、結(jié)果重復(fù)性好，而且整個試驗流程易于規(guī)范化，便于制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，實用性較高。在這兒特別強(qiáng)調(diào)一點：試驗應(yīng)該針對的是保險杠總成（新概念之下的保險杠），而絕非其單獨一個件（如橫梁或者吸能盒）。不同車型對保險杠的要求在設(shè)計之初就有定值，整車吸能值的分擔(dān)由總布置給出；如果有相對應(yīng)的保險杠可以選擇，設(shè)計者可以直接使用，并外協(xié)外購。
3 保險杠的使用
保險杠的通用性很強(qiáng)，其尺寸有一定范圍。從大的方面講，車輛的長、寬都有限值，保險杠的尺寸不會超出一定范圍；而且保險杠的使用是在車體結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，不直接牽涉車輛的造型變化和車型變化，所帶來的結(jié)構(gòu)變化的要求與外觀件（如外覆蓋件）相比相對較小，這為將保險杠設(shè)計、生產(chǎn)的系列化、通用化提供了條件。另外，如果設(shè)計者選用現(xiàn)成的保險杠，可以考慮在設(shè)計中融入現(xiàn)有保險杠的尺寸，以便使生產(chǎn)方和使用方的合作更易于達(dá)成。
4 結(jié)論
保險杠的亞標(biāo)準(zhǔn)件特性使之具備了與其它車身件分離、單獨組織生產(chǎn)的條件。保險杠也是輕量化研究的熱門所在，而且與材料、工藝緊密相關(guān)。目前保險杠的用材主要是鋼或鋁，近來研究使用高強(qiáng)鋼的較多，但高強(qiáng)鋼的使用牽涉到車身結(jié)構(gòu)、復(fù)雜模具等問題，投入較大。同時，保險杠橫梁采用高強(qiáng)鋼的主要用途是傳遞沖擊能量，與吸能的主要目的不完全一致；而鋁保險杠的模具相對簡單，投入也相對較小，鋁制橫梁的主要用途是吸能，與保險杠的作用方向更一致。因此可以預(yù)期的是，鋁制保險杠將最先實現(xiàn)通用化。
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