保险杠开发过程中的设计经验概述

冯 光

（北京现代汽车有限公司，北京 100301）

保险杠开发过程中的设计经验概述

冯 光

（北京现代汽车有限公司，北京 100301）

汽车保险杠是整车的重要组成部分，既要满足造型需求，又必须具备良好的安全性。文章从汽车保险杠的材料入手，对产品和设计要求进行了说明，结合个人十多年从事保险杠设计的经验，从涉及到的法规、保险杠与周边部件的匹配性、设计完成后的校核等多个方面进行详细总结，为今后保险杠设计提供了宝贵的经验分享。

汽车；保险杠；设计

CLC NO.:U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)13-19-03

汽车保险杠装置是保护车身前后端的重要组成部分，既要满足安全方面的要求，严格遵守国标及行业标准，又必须体现现代美学造型，给人良好的视觉享受，除此之外，还必须满足结构设计和工艺加工等要求。

1 保险杠材料选取

通常，前保险杠本体、吸能装置通常由非金属材料制成，而前保险杠的防撞梁则为金属结构，正确选择保险杠材料需首先满足两大基本要求：实现良好的功能件需求；具备注塑、喷涂和镀铬工艺的要求。例如保险杠本体要保证弹性和韧性，还有颜色牢固度、耐光线和恶劣气候天气性能，如下为保险杠系统常用材料列表。

表1 保险杠系统材料使用列表

由于目前对车身轻量化和碰撞安全性能都提出了更高的要求，很多主机厂在防撞梁的使用上都采用了PP+GMT的材质。在高速碰撞中，防撞梁所起的吸能作用一般只有20%，主要吸能的为车身、纵梁、地板等结构。使用金属或GMT材质的防撞梁在高速碰撞的表现中，差别十分微小，而且也完全能够保证车辆内人员的安全保护作用。然而在低速碰撞中GMT表现要优于钢材质防撞梁，吸能效率高，有效保护车身、纵梁、地板等部件，避免这些部件产生难以发现的暗伤，影响车辆安全行驶。由于每款汽车总体布置及结构的差异性，部品材质的选用应以车辆自身性能属性决定，不能照搬其他车辆配置情况。

2 涉及法规

保险杠涉及许多法规，这些法规是设计时必须遵守的，主要有强制性标准和参考标准两大类，保险杠的开发过程中经常涉及如下几类。

2.1 汽车前后端保护装置

当车辆发生接触和轻微碰撞时，汽车前后端的设计要求是车辆不会发生严重损伤，很好的保护整车车身、发动机供油系统、排气系统和冷却系统，以及与安全有关的灯具等不会受到损坏。

校核方法：①低速碰撞总布置分析②CAE仿真分析③检测中心碰撞器进行实验验证。

2.2 轿车外部凸出物

车保险杠两端应向车身表面弯曲，假如保险杠是嵌入式的、与车身结构形成一体的、或保险杠端部向内弯曲三种形式的，在测试时其不能被直径为100mm的球体所接触，并且保险杠端部和周边车身表面之间的间隙不超过20mm，则认为满足要求。另外，身外表面不得有朝外的尖锐零件，同时不允许有刮到行人等的朝外零件，如果保险杠上的元件所有朝外的刚性表面的圆角半径应不小于5mm。

校核方法：通过Catia或者UG在保险杠不同位置做截面，然后用φ100的圆，沿着保险杠截面线的外表面进行滚动校核，能够被φ100接触的部位，需要测量其圆角特征半径是否满足法规要求，下图即为某车型的校核截面图。

图1 某车型前保杠Y=0处断面图

2.3 汽车对行人的碰撞保护

行人保护中影响保险杠布置和造型的主要是小腿碰撞部分，主要的评价指标是膝关节弯曲角度＜15°、膝关节剪切位移＜6mm、胫骨顶端加速度＜150g。

校核方法：总布置分析、CAE低速方针碰撞、实验室冲击试验。

图2 行人保护校核示意图

3 结构设计经验总结

3.1 改善空气动力特性的考虑

提高空气动力特性，保险杠正面迎风面积较大，对空气动力特性的影响也大。前保险杠的最佳化设计对减小正面迎风阻力系数和升力系数效果明显。侧视图方向上，矩形断面保险杠的阻力最大，凸形断面的保险杠阻力较小，如下图3所示。

图3 不同形状保险杠示意图

俯视图形状上，应消除棱角与修饰端头形状，以求同车身本体形状相匹配，这样可以减少气流剥离和涡流的产生。另外，保险杠的前端向前延伸可以减小阻力和升力，保险杠与车身本体间隙不宜大。在前保险杠下部设置扰流板一类的形状，也对改善空气动力特性有作用。

图4 某车型前保下端增加扰流板

3.2 结构工艺性的考虑

3.3.1 翻边的设计

避免收缩痕的设计，尾端部料厚一般不能超过产品料厚的50%为宜。对于尾端部的料厚要作减料厚处理以避免收缩痕的产生。塑料件的加强筋、翻边、doghouse等也应该如此设计。如下图所示的，翻边处设计减料槽，减小保险杠局部料厚，避免保险杠本体表面产生缩痕。

图5 某车型保险杠翻边处理

3.3.2 拔模角的选择

加强筋的拔模角一般在0.25～2°之间，塑件表面有皮纹或是结构复杂的应加大拔模角，可达到2°，这是因为形状复杂的制品脱模阻力大如拔模角不够大时会出现拉花现象。

对于网格造型结构，如网眼深度超过5mm，而且网眼数量多，拔模角一般不得小于3°，如果选择较小的拔模角会造成因为网眼部分凹模包裹力过大，导致制品顶花，最严重的致使顶杆断裂。如下图所示，网眼深度8mm，网眼数量多，网眼处拔模角3°，网眼分型面在格栅背面，防止形成的披锋影响外观。

图6 网眼状保险杠

3.3.3 加强筋设计

对零件刚度强度薄弱处，零件易变形的地方要设置加强筋进行增强，某些时候加强筋还能起到限位的作用。

一般筋的壁厚为零件厚的0.4倍，最大不超过0.6倍，筋之间的间距大于4t，筋的高度小于3t，BOSS柱的筋取至少低于柱子端面1.0mm，筋至少需要低于零件表面，或分型面1.0mm。多条筋相交，要注意相交带来的壁厚不均匀性问题。

图7 加强筋的设计

3.3.4 圆角的设计

在注塑件结构设计中，为避免转角处应力集中，应采用圆弧过渡，这对于模具制造、使用寿命是很有利的。一般塑件各连接处应有R0.5～R1mm的圆角。在拐角处，圆角可采用如下图所示的圆角半径，以减少内应力，并能保证壁厚一致。

图8 圆角的设计

4 设计完成后的检查与校核

结构设计完成，下一步则需要进行DMU校核，校核总成内部及总成与周边件的间隙与面差，如下即为间隙面差的经验值。

4.1 前大灯与前保险杠间隙

一般是2～4之间，具体根据造型需要和外观协调来定。

图9 某车型大灯与前保间隙

4.2 前保翼字板间隙

间隙通常是0～0.5，面差为-0.7，保险杠同翼子板的安装方式是重要的影响因素。

图10 某车型翼子板与前保间隙

4.3 保险杠与机盖的间隙（运动件配合，间隙要求大）

间隙3～6，面差2.5，具体根据造型需要和外观协调来确定。4.4 保险杠本体与缓冲块间隙

图11 某车型机盖装饰条与前保间隙

缓冲块与本体不是粘接的形式时应留有2～5mm间隙，防止装配干涉。

保险杠按照规定设计完成后，后续进行工艺性分析，检查成型工艺性（需要供应商进行协助），检查分模线(设计时，分模线尽量放在非外观表面上)，检查拨摸角度，检查拔模角是否足够，有无负角存在，检查斜顶及抽芯行程是否足够，并与模具供应商进行协作，最后还需要模具供应商检查模具的强度和可靠性。紧接着还需要检查装配工艺问题，按照商品性要求，从耐候性试验、剥离强度试验等方面一一进行验证。

保险杠的设计是一个不断校核验证的过程，目前，国内各大主机厂也在保险杠的开发上日益成熟，后续将集合多年从事保险杠设计的经验，总结经常发生的设计失效案例，希望本土化开发过程中可以积累更多的经验，为后续车型的开发奠定基础。

[1] 李余兵.汽车保险杠系统开发设计研究[J].汽车工业研究,2013, (12)∶55-61.

[2] 刘自侠.浅谈汽车保险杠的设计[J].汽车技术,2005,(3)∶16-18.

[3] 史兆杰.浅谈汽车前保险杠设计[J].现代制造技术与装备.2015. (5)∶15-19.

The summary of experience for the bumper system designing and development

Feng Guang
（Beijing Hyundai Motor Company, Beijing 100301）

The automobile bumper is an important part of the vehicles, it must meet the requirements of design, as long as has the good safety. The article starts with the composition of the bumper, then have an introduction of the product and design requirements. Combined with the author who has took part in the bumper designing experience, considering the risk during the project, this paper has a detailed summary below, pedestrian protection、the matching of bumper and the parts around it、the choices and designing of the setpoints, at the end, th eclassic cases are considering, and have an intensive study.

Automobile; bumper; design

U462.1

A

1671-7988 (2017)13-19-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.13.006

冯光，本科，就职于北京现代汽车有限公司，主要从事汽车内外饰方面设计。