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摘要：保险杠属于被动安全件，是汽车安全防护装置之一，起到免受刮碰（车速较低时）或减轻撞击的效果（车速较高时）。具有一定的强度、刚性及装饰性，随着汽车工业的不断发展，以及对行人保护要求的提高，目前对保险杠的设计要求越来越高。本文首先介绍了汽车保险杠的组成；然后探讨了前保险杠与周围零件搭配结构设计要点；最后提出了保险杠结构设计合理优化关键点。
关键词：汽车；保险杠；结构设计
一、汽车保险杠的组成
（1）汽车保险杠蒙皮系统
在汽车制造过程中，保险杠的蒙皮系统的主要组成材料是塑料，它不仅具有较高的硬度还对汽车有着一定装饰作用，汽车在行驶过程中，如果发生危险，保险杠的蒙皮系统具有良好的缓冲作用，不仅能够保证驾驶者的安全还能够保证汽车其他材料不受影响，因此，汽车保险杠蒙皮系统具有很重要意义。
（2）汽车保险杠的横梁系统
在汽车保险杠系统的组成中，横梁系统是汽车的安全系统，能够有效地将汽车在碰撞过程中的能量进行分散，同时还能够吸收大部分能量；汽车在碰撞的过程中，横梁以及纵梁能够有效地将汽车碰撞所产生的能量进行转移，保证驾驶者的安全，因此，在进行横梁设计的时候，相关的工作人员要做好主横梁的设计工作，这样才能够保证保险杠原件能够有效地进行撞击能量的吸收，同时，还能保证汽车其他零件的安全，通常来说，汽车保险杠的横梁重量应该占据汽车重量的0.30%，它所承受的拉强应该为1300-1600MPa，因此，在进行材料选择的时候，保证钢板材料的硬度。
（3）汽车保险杠吸能泡沫系统
在汽车保险杠系统组成中，泡沫系统具有良好的吸能作用，保证车身在撞击的过程中不会出现较为严重的变形，不仅能够有效地保证蒙皮系统，还能保证汽车的零件不会受到严重的损害，例如：车灯、后视镜等，另外，还能够有效地减小驾驶者所受到的冲击力；泡沫系统的制造材料是塑料粒子所发成的泡沫，在设计的时候，要对泡沫的密度以及其压缩的强度进行考虑。
（4）行人保护系统
随着科技的不断发展，许多智能系统已经应用到汽车中，例如：智能安全系统、行人安全系统等，汽车在行驶过程中，如果出现危险，行人保护系统可以能够有效地避免汽车在发生碰撞以后压倒行人的脚，在保险杠设计的时候，不仅要保护好行人系统的优化工作，还要注意相关配件之间的间隙，另外，还要减少汽车碰撞时，行人膝盖的弯曲度，只有这样才能够有效地降低碰撞对于行人的伤害。
二、前保险杠与周围零件搭配结构设计
前保险杠作为整车前围零件尺寸占比相对较大的零件，其与周边零件如车身钣金、中网、翼子板、前大灯、前轮罩等有连接、搭配关系；因此，前保险杠本身的结构设计及与周围零件的搭接结构对前围间隙段差精度起着重要的作用。
（1）前保险杠与车身钣金的安装硬点
前保险杠与车身钣金的安装硬点作为前保险杠的重要固定、支撑点，是前保险结构设计首要考虑的核心要点。前保险杠安装硬点的结构设计需要考虑以下3点：
1）安装硬点应起有效固定、支撑前保险杠的作用；
2）安装硬点应具备便于安装、拆卸的特点；
3）安装硬点应有利于隐藏，外观上不容易看到安装螺栓、卡扣等；
前保险杠作为前围的主要外观面，在设计安装硬点的同时，要兼顾考量安装硬点的隐藏性。若由于布置原因，无法完全隐藏的，也需要进行安装面结构的优化，减少暴露面积。
前保险杠最下端的两个安装螺栓设计为隐藏在车底；中间的三个螺栓作为整个前保重要的中部固定点，本身由于结构受限无法实现完全隐藏，但可以通过借助前保险杠本身的造型进行结构优化，减少螺栓暴露面积，如图1所示；三个螺栓的左右两侧螺栓在前保险杠上的安装支撑结构有意做成内倾式，同时合理利用本身前保险杠格栅的凸出高度，使得螺栓安装后，正面几乎看不到安装螺栓。
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图1 借助前保险杠优化减少螺栓暴露面积
（2）前保险杠与中网搭配处结构设计
前保险杠与中网的搭配结构设计主要考虑以下3点：
1）安装、拆卸方便；
2）间隙精度稳定、易控制；
3）可靠性、耐久性满足要求。
中网与前保的卡接结构，为了便于拆卸，一般设置卡接深度1.5-1.8mm，同时卡接结构朝向一般向下，在中网安装后，受中网零件自重影响，有利于卡接牢靠，如图2所示：
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图2 中网与前保的卡接结构
（3）前保险杠与翼子板搭配处结构设计
前保险杠与翼子板的匹配，一般通过前保安装支架进行连接。前保安装支架的结构设计要求一方面固定在翼子板，另一方面与前保险杠进行连接；前保安装支架结构设计的好坏直接影响前保险杠与翼子板的间隙段差值，是整车前围间隙段差精度的重要且较难控制项，因此在进行前保安装支架的结构设计时，需要考虑如下几项要求：
1）前保安装支架与翼子板的连接方式前保安装支架一般采用螺栓与翼子板进行固定，保证前保安装支架的安装精度。
2）前保安装支架结构需有利于前保险杠的安装与拆卸前保安装支架与前保险杠一般采用卡接的方式进行连接，方便安装及拆卸，如图六所示；为满足前保多次拆卸的需求，前保安装支架的卡接结构要做适当加强，可通过设置加强筋等方式强化卡接结构，避免因多次拆装导致前保安装支架卡接结构失效。
3）前保安装支架的材质该款前保安装支架采用PA6+GF30材质，前保安装支架一般采用POM或PA6+GF30两种材质，两种材质的主要特点如下表格所示；前保安装支架材质一般结合前保险杠的结构特点及材质本身的特点进行选择。
表1 前保安装支架材质对比
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4）前保险杠与翼子板的搭接面差设置前保险杠与翼子板搭接面差理论设计值一般为0mm；在实际生产过程中，前保险杠与翼子板的面差控制是一个难点，对零件的精度及生产工艺精度有较高的要求，因此为防止实际生产条件下前保险杠段差高于翼子板（可视面不美观），在实际的设计过程中，一般倾向于前保险杠与翼子板的搭接面差设计值为前保险杠稍段入翼子板0.3-0.5mm。
（4）前保险杠与前轮罩搭配处结构设计
前保险杠与前轮罩一般采用子母扣固定，在前保险上设计前轮罩的安装点，一般设置两个固定点，一个采用圆形孔，一个采用椭圆形孔（吸收制造公差）。
（5）前保险杠与大灯搭配处结构设计
该款前保险杠与大灯本身无连接点，是作为间隙配合，此处需要考量的是前保险杠与大灯的设计间隙值；根据不同车型的设计特点，一般取间隙值2-4mm；具体间隙值根据造型需要、周围零部件间隙值、前保险杠与大灯的先后安装顺序来评估确定。
三、保险杠结构设计合理优化
（1）保险杠一般均通过螺栓、卡扣等连接件与车身本体或相邻件诸如翼子板等相连。为保证汽车外型的美观和防盗，安装点设计尽量隐藏在产品内部，但同时为方便维修拆卸，设计时更需考虑在更换零件时尽可能少拆或不拆周边零件。当产品尺寸很大时，需要把产品分成几个易加工的单件，如果做成一个整体，模具很难实现，模具费用也会增加很多，应把保险杠分成三段，每段加工完后通过螺栓装配在一起，这样可提高注塑产品结构的刚性，减少变形，尽量避免平板结构，合理设置翻边，凹凸结构。
（2）可靠性设计
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图3 保险杠增强结构
尽量避免零件局部突出过大的悬臂结构，如图3前保险杠左右两侧安装点区域刚性较差，装配后零件易变形。设计时需在该区域各增加一个塑料支架以起加强作用。
（3）制件的壁厚确定
1）应尽量壁厚均匀、厚度适当、不应有突变，厚度不同时应逐渐过渡。
2）各种塑料均有一定的壁厚范围，一般0.5-4mm，当壁厚超过4mm时，将引起冷却时间过长，产生缩痕等问题，应考虑改变产品结构。满足要求时尽量减小壁厚
3）壁厚不均会引起表面缩印。如PP、POM、PE、PA更为显著。汽车外饰件一般壁厚取2．5+0．25mm，大型件如保险杠取3+0．25mm至3．5+0．25mm。
（4）加强筋设计注意事项
1）加强筋的合理应用，可增加产品刚性，减少变形。
2）加强筋的厚度一般不大于产品壁厚的1／3，特殊条件下（如满足强度要求的前提下）需小于产品壁厚的1／2，否则引起表面缩痕。
3）加强筋的单面斜度应大于1．5度，以避免顶伤。
4）多条加强筋相互错开、布置得当，之间的距离大于4t（t为塑件件壁厚）。筋的高度低于3t，不易过大，否则会使筋部受力破损。
5）螺钉柱子的筋应低于柱子端面lmm，筋至少需要低于零件表面或分型面lmm。
（5）支撑面
若用整个面作为零件的支撑面，稍有变形就会影响与车身的配合。因此实际常采用凸边或局部凸起的支角作为支撑面。
（6）圆角
外饰件表面不可有尖锐的楞线，凸出车身的外饰件圆角必须按相关标准设计，如我国GBl1566《轿车外部突出物》对其有严格规定。在保险杠内外表面的转折处应设计圆角，这样即可以提高产品机械强度和改善外观质量，同时可以提高熔融塑料在模具型腔的流动性。一般零件最小圆角取RO．5，但零件分型面避免有圆角，否则将增加制造成本和难度。
（7）孔
保险杠上的各种孔必需设置在不减弱产品机械强度的部位，其形状也需方便模具制造。孔与壁之间应保持一定距离，孔至边界最小至少是孔径的1．5倍。
结语
保险杠的设计除了要考虑尺寸要求及结构设计要求，另外所要考虑的就是保险杠安装可靠，能保证和周边零件的间隙，基本上安装点的间距不超过200mm，轿车保险杠的安装，在中部上下都比较简单，差别也不会很大，差别大的地方在侧面，由于造型分块及板金成型工艺等的影响，一般都要增加辅助安装支架，很多时候都在侧面加有一个方向自由度的连接方式，连接可以不拘泥于形式，完全可以凭空设计，在保证质量的情况下让安装更方便简捷。
参考文献：
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