浅谈汽车保险杠及其在行人保护中的应用

浅谈汽车保险杠及其在行人保护中的应用

摘要：汽车保险杠安装在汽车的最前端和最后端，在整车造型风格中起到至关重要的作用，最重要的是在发生碰撞时，保险杠作为安全防护装置，能有效地减轻人员伤亡程度以及汽车损坏程度，本文介绍了汽车保险杠的基本类型、功能和相关法规和标准，以及其在行人保护方面的应用。

关键词：保险杠，行人保护

汽车作为目前陆地上的主要交通工具，汽车交通事故造成的人员死亡占各类事故死亡人数的首位。因此，汽车碰撞安全问题越来越引起人们的关注，在汽车碰撞过程中，发生几率最高的是汽车前部的碰撞，首先涉及到前部保险杠的碰撞，研究汽车保险杠的碰撞特性和碰撞过程中的吸能特性，对于提高汽车的碰撞安全性具有重要的意义。由于保险杠在低速碰撞中的重要性，世界各国对保险杠的耐撞性都制定了具体的法规和试验要求。

1 保险杠简介

保险杠是汽车上较大的覆盖件之一，作为一个独立的总成安装在汽车上，它对车辆的安全防护、造型效果、空气动力学特性等有着较大的影响。汽车保险杠安装在汽车的最前端和最后端，在整车造型风格中起到至关重要的作用，好的保险杠不仅能够起到保护乘客免于受伤和汽车免于受损，而且使用户感到赏心悦目，得到美的享受。另外，发生碰撞时，保险杠作为安全防护装置是现代汽车结构的重要组成部分，也是不可或缺的部分，它能有效地减轻人员伤亡程度以及汽车损坏程度。

图1保险杠结构图

1.保险杠支架

2.保险杠骨架3保险杠面罩4.保险杠侧导向架

5.保险杠横梁

6.进风口格栅

7.装饰条

8.扰流板

图1为保险杠的结构示意图。这种结构形式的保险杠由横杠、侧角（有的无侧角）和托架等组成，其中内衬和支架都可作为缓冲吸能元件。横杠的断面为H形，内侧装有加强件，用螺钉和U形件固定在一起，以增加横杠的强度和刚度。横杠通过托架装到车架或车身支撑梁上。

1.1保险杠的功能

（1）保护功能：当汽车发生纵向碰撞时，保险杠应能吸收部分能量，以保护车身。对此，各国都有严格的法规，一般要求保险杠能吸收相当于8km/h速度下的冲击能量，并且对冲击后，车身及车身功能件的保护和保险杠的永久变形量都做了严格的规定。

（2）装置功能：在保险杠上，可以装置灯具、牌照架及牌照等物件，要给予足够的空间和装置条件。

（3）美化功能。

（4）提高空气动力特性：保险杠的正面迎风面积较大，对汽车的空气动力特性影响也大，影响到汽车的经济性和动力性，所以前保险杠形状的最佳设计应对减小正面迎风阻力系数（CD）和升力系数（CL）效果明显。

由于保险杠系统在“低速碰撞”和“行人保护”这两方面起着决定性的作用，因此是国内外汽车被动安全领域中的重点研究内容。

1.2汽车保险杠系统的主要类别

汽车保险杠按位置可分为前保险杠和后保险杠。

按其使用的材料，可分为金属材料保险杠和非金属材料保险杠。金属材料保险杠一般用高强度钢板冲压而成。这种钢板既有较高的强度，又有良好的冲压性能，与一般热轧钢板相比，其厚度可以减薄，从而降低材料消耗和减轻质量。如使用含磷高强度冲压钢板，与普通钢板相比，强度提高约15%~30%,厚度减薄10%左右。金属材料保险杠一般用于客车和货车。非金属材料保险杠采用模压塑料板材、改性PP材料，也可用玻璃纤维增强塑料，这些材料的机械性能接近冷轧钢板，密度仅为钢材的1/5，非金属材料保险杠一般用于轿车。

按保险杠的功能，可分为非吸能式保险杠和吸能式保险杠。另外，出于保护行人的要求，现在国外也在研究安全气囊式保险杠。

1.2.1非吸能式保险杠

非吸能式保险杠是一种最简单的结构形式。由于没有内衬，支架也基本不吸能，所以缓冲吸能能力较差，基本只起装饰作用，不起保护作用。当发生追尾和车头相撞事故时，该类型的塑料保险杠没有足够的强度和刚度来抵御强烈的碰撞，不起保护作用，将导致轿车翼子板开裂，散热器和灯具严重损坏，对客车而言，轻则损坏前围，重则损坏挡风玻璃，方向盘和仪表板发生严重变形，甚至对驾驶员构成伤害。我国市场上的部分轻型客车使用的就是非吸能式保险杠，这将对汽车乃至乘员的安全构成极大的威胁。

1.2.2吸能式保险杠

吸能式保险杠按缓冲吸能的方式不同可大致分为三类：自身吸能式、液压缓冲吸能式和带气腔式。

（1）普通式（自身吸能式）保险杠（Conventional Bumper System）

其特点是结构比较简单，主要通过支架和内衬的变形来吸收碰撞能量。由于支架需要有一定的强度，因此通常使用金属材料，而内衬的材料包括泡沫状金属材料、各种塑料、蜂窝

状材料和树脂等复合材料等。大部分轿车都是使

用这种类型的保险杠。它的缓冲能力一般都是由

其缓冲材料来决定的。

（2）液压缓冲型保险杠（Hydraulic Bumper

System ）

这种类型的保险杠如图2所示。横杠内侧加

强件通过橡胶垫与液压缓冲减振器的活塞杆相连

接，活塞杆为空心结构，内装有浮动活塞，活塞

将其隔成左、右两腔，左腔充满氮气，右腔充满

机械油，活塞杆外圆柱面与缓冲缸内圆柱面滑动

配合，缓冲液压缸内机械油与活塞杆右腔相通。

缓冲缸通常固定在车架或车身加强件上。当汽车发生碰撞时，保险杠受到的冲击力传到活塞杆上，活塞杆端部向右移动，挤压液压油通过节流孔向活塞杆右腔流动，推动浮动活塞向左移动，并使氮气受到压缩。这样利用液压油通过节流孔时的黏性阻力吸收撞击的能量，吸收能量的效率可以高达80％。这种油气弹簧式的缓冲减振器有效的利用了气体缓冲、液体节流减振的工作原理，工作特性比较稳定。撞击后靠氮气产生复原动力，使保险杠复位。这种保险杠造价较高，通常使用在高档的轿车上。

1.2.3带气腔式保险杠（Gas tube Bumper System ）

这种类型的保险杠与第一类保险杠的区别如图 3 所示。气腔一般是安装在外盖板和横杠之间，相当于内衬。当碰撞发生时，气腔被压缩，影响其外面包裹部件的变形方式，从而提高吸能效果。如果合理的设计气压和气腔个数，并保证包裹气腔部件的强度，这种保险杠与第一类保险杠相比能使15km/h 、40%偏置碰撞的减速度减小20%～50%。

图3带气腔式保险杠和普通保险杠的结构对比

2.汽车保险杠的相关法规要求和标准

由于保险杠在低速碰撞中的重要性，世界各国对保险杠的耐撞性都有具体的法规和试验规范要求。比如：美国的CFR part 581、comsumertest 和IIHS-Test ，加拿大的CFVSS215，德国的AZT-Crash-Reparatur-Test ，欧洲的ECE-R42 等。我国参照欧洲ECE-R42

法规要求，图2 液压缓冲型保险杠 1.横杠 2.横杠内侧加强件 3.氮气 4.活塞杠 5.浮动活塞 6.机械油 7.节流孔 8.缓冲杠及其支座