汽车前唇专利分析及未来发展趋势

刘亚楠 刘然

摘要：本文从专利角度出发，对汽车前唇技术的发展历程进行了分析，并总结了其中的技术创新、应用领域和性能提升等方面的发展趋势。文章还涉及对前唇设计、制造材料及生产流程的探讨和优化。在未来，汽车前唇将会向更强韧、更耐用、更灵活等方向发展。

关键词：汽车前唇；专利技术；技术创新；应用领域；性能提升

中图分类号： U463.8 文献标识码：A

0 引言

汽车作为现代人们出行的主要工具之一，在提供便利的同时也肩负着保障安全的责任。而汽车前唇作为一类重要的被动安全部件，其技术创新和发展也备受关注。前唇，又名前铲，是汽车前保险杠表面靠下位置的一种兼顾防护、扰流和装饰作用的配件（图1）。首先，前唇是汽车的首道防线，在车辆碰撞时可以起到一定的保护作用，减少车身变形和减缓冲击力，从而保证行车安全；其次，在特定情况下，增加前唇可降低风阻约3.5%[1]，因此前唇在方程式赛车领域应用较广[2] ；第三，国内市面上的普通乘用车，加装前唇是为了实现修饰作用，通过加装前唇、尾和侧裙等，提高美观性。

本文从专利角度出发，对汽车前唇技术的发展历程进行了分析，并总结了其中的技术创新、应用领域和性能提升等方面的发展趋势。文章还加深了对前唇设计、制造材料及生产流程的探讨和优化。

1 前唇专利数量和类型

自20 世纪初第1 个汽车前唇专利问世以来，全球范围内已申请和授权了数以万计的前唇相关专利。其中，美国是前唇专利申请和授权量最多的国家之一，其次是欧洲地区以及日本（图2）。中国也在逐年增长，成为前唇专利的重要申请人。

前唇的专利类型主要包括结构形式、适用范围和制作材料等。其中，结构形式类专利数量最多，占总量的60% 以上。前唇作为一种保护、扰流和修饰装置，其结构直接影响了技术效果，因而在专利申请中，对结构形式进行改进的专利申请量最大。而材料是提升前唇耐用性、经济性等因素的配套考量。

2 前唇专利技术创新趋势

2.1 前唇制作材料的改进

前唇制作材料是前唇制作中的关键技术之一。随着科技的不断进步，前唇制作材料也在不断地改进和创新，以達到更好的性能和稳定性。对铝合金、高强度钢等材料的精细控制，以及对高分子材料、特殊涂层材料的应用都在不断推进，从而提高了前唇的质量和性能。例如，专利号US9027981B2 提出了一种树脂前唇，通过振动焊接的方式确保足够的强度，焊接成具有在振动方向上弯曲的形状，不仅可以减少接合过程的步骤实现成本降低，还可以确保足够的接合强度。又例如，专利号CN205327195U 提出了一种汽车碳纤维前扰流板，包括上下叠合设置的第一碳纤板和第二碳纤板，二者之间形成间隙，符合空气动力学设计，整体实现强度高、重量轻以及安装轻便的技术效果。

2.2 前唇结构形式的优化

前唇的结构是保证其安全性和可靠性的关键部分之一。近年来，前唇结构形式的优化成为研究的热点之一。例如，在前唇宽度、强度加强等方面进行优化，通过增加前唇数量或者使用特殊形态的前唇等，从而实现更好的保护效果。专利号CN214823695U 提出了一种多功能汽车前唇（图3），在外保护板和内固定板之间设置有缓冲腔，缓冲腔内部两侧和前侧均等距设置有多个缓冲弹簧和缓冲垫。在遇到外部撞击时，外保护板首先接触并向缓冲腔内部收缩。此时缓冲腔内部的多个缓冲弹簧能够吸收撞击的冲击力，保护整个汽车前唇的安全；同时外侧的反光带能够在夜间反射光线，给予旁边车辆警示的作用。

2.3 前唇生产流程和安装方式

前唇生产流程是前唇制作的重要环节之一。通过对前唇生产流程的改进和创新，可以提高生产效率和生产质量，从而降低生产成本，增加企业竞争力。前唇生产加工过程，除了采用传统的加工方式外，还可以采用3D 打印技术[3]，提高加工精度，实现个性化定制。

国内市场上的前唇包括一体式前唇和分段式前唇2 种。由于各种品牌和型号的汽车的车头尺寸不同，一体式前唇只能适用于特定的品牌和型号的汽车，通用性差，并且在制造上必须针对各种品牌和型号的汽车同时生产各种尺寸规格的防撞套，生产繁琐，劳动强度大，造成了极大的资源浪费。分段式前唇在针对不同车型进行安装时，可以通过选择不同安装孔实现通用。

另外，分段式前唇占用空间小，储存和运输成本低，具有一定优势。例如，专利号CN209274543U 提出了一种可调节组合汽车前唇（图4），能够根据汽车前保险杠的尺寸，将第一侧盖板和第二侧盖板上相应位置的安装孔与连接件相对应并固定连接，而把第一侧盖板和第二侧盖板分别固定安装到前盖板的两端上。该前唇具有通用性高、使用范围广和可重复利用的有益效果。

3 前唇设计与制造材料的优化

3.1 前唇设计

在设计前唇时，需考虑到其气流性、减振性等特点，并结合车辆整体风阻系数进行设计。而进行空气动力学开发，就是要不断攻克风的挑战，“驯服”气流，实现美学设计和功能设计的完美融合[4]。例如，专利号CN109250001A 提出了一种具有前唇的汽车（图5），通过将空气动力学套件安装于车身上以对气流进行引导，在增加适当阻力下产生较多的下压力。这些下压力会以额外法向力的形式通过轮胎施加到地面上，增加轮胎的摩擦力，提高车辆过弯时的向心加速度，从而提升了汽车轮胎抓地的极限，使得汽车在过弯时能获得较好的操控性能。

另外，前唇位于机动车辆前端的下方，以便拦截底部和地面之间的空气流，同时也降低了车辆的底盘。降低车头高度，可以减少前脸的正压区面积，对降低风阻有积极的意义[5]。而在不同的车速和路况下，驾驶者对扰流的需求也不相同。在低速、崎岖路段行驶时，前唇可能会降低车辆的越野性能，因此在不同驾驶状态下呈现不同模式的前唇是一种改进思路。

例如，专利号US4659130A 提出了一种可自动定位的前唇（图6），当车辆超过既定速度时，前唇会自动调整扰流板的位置，通过改变车辆底部和地面之间的空气通道，从而局部产生负压区域，从而减小车辆的升力。

又例如，专利号US2023129892A1 提出了一种具有维修支持逻辑和机构的车辆主动空气动力装置（图7），前唇可以根据需要在展开位置和缩回位置之间移动。在展开位置时，驾驶中可以有效减少空气阻力。在缩回位置时，车辆下侧的空气流量增加。通过上述设计，可以实现不同的空气动力学效果。

3.2 制造材料

现在汽车前唇常使用的制造材料有铝、钢、热塑性塑料、橡胶和碳纤维等。钢材因其廉价、易处理等优势得到广泛应用，但是铝合金比钢材更轻，可减少汽车的整体质量。将来，随着汽车结构和外观的进一步完善，更多的新材料将被用于制作前唇，尤其是具有更高性能和更环保的新型复合材料。例如，专利号US6644700B2 提出了一种复合材料的前唇（图8），前唇的主体部分由具有高弹性的软热塑性烯烃弹性体制成，基座部分则由比主体部分更硬的聚丙烯树脂或热塑性烯烃弹性体制成，主体和基座在接合部位熔化并集成。通过弹性材料和硬质材料的配合，减小扰流板的损坏。

4 专利技术推动前唇技术的发展

4.1 加强专利管理机制

前唇技术的发展需要一个良好的法律和政策环境，尤其是对于专利管理的规范和监管，需要进一步加强。在此过程中，企业和科研机构应加强专利管理，完善专利申请和授权流程，提高专利申请的质量和效率。

4.2 加大技术投入

前唇技术的推广需要企業不断加大技术投入，以提高核心技术的创新和研发水平，从而获得更多的专利技术保障。企业应逐步增加研究和开发经费，并通过技术合作、联合研发等方式拓宽技术渠道，加强技术创新。

4.3 加强知识产权保护

知识产权保护是前唇技术进一步发展的重要保障。企业应注重知识产权的申请和保护，加强沟通协调，掌握国内外知识产权信息，避免侵权行为，提高市场竞争力。未来，前唇将发展得更强韧、更耐用、更灵活以及更智能化。前唇将采用更强韧的材料，以实现更高的抗撞性能；同时，将采用更加耐磨、耐腐蚀的材料，以延长前唇使用寿命。在设计上也将对前唇不断优化，使其更加适应各种驾驶场景，以达到更佳的行车效果。另外，前唇是车辆正面设备，可以通过其与智能化灯光指引、投影等结构的组合，实现车辆意图对车外行人的指引，提升安全性能。

5 结束语

本文通过对汽车前唇专利的分析和研究，可以发现汽车前唇技术创新正在快速发展，并逐渐从制作材料、结构形式等方面进行拓展。前唇制作材料的改进、结构形式的优化以及生产流程的优化是前唇技术创新的主要趋势。我们可以通过加强前唇技术专利申请和技术研究来推动其突破和创新，提高其在汽车工业中的地位和作用。同时，随着人工智能技术的发展，未来汽车前唇技术将更加智能化。例如，深度学习、自然语言处理等技术被广泛应用于前唇技术中，从而使前唇更加自适应、精准化和可靠化。因此，对前唇技术专利技术的探索和研究具有重要意义，将促进前唇技术的进一步发展和完善。

【参考文献】

[1] 李林， 林强， 陈建超， 等. 基于STAR-CCM+ 的某轿车减阻优化研究[J].汽车技术，2016（09）：4-8.

[2] 孙文. 基于CFD 的低速赛车前尾翼设计[D]. 长沙： 湖南大学，2016.

[3] 吴昊. 基于主动倾斜式尾翼的车辆空气动力学研究[D]. 福州： 福建工程学院，2022.

[4] 包崇美. 风阻、风噪如何做到极限？关注奥迪e-tron 的风洞测试[J]. 世界汽车，2021（02）：88-91.

[5] 罗秋丽， 张风利， 张荣荣， 等. 比亚迪汉空气动力学开发[J]. 汽车工程学报，2020，10（06）：399-406.

作者简介：

刘亚楠，硕士，助理研究员，研究方向为车辆配件。

刘然，硕士，助理研究员，研究方向为车辆制动器。