关注被动安全;汽车保险杠防撞横梁是关键

前后保险杠在被动安全中只是配角
经过多年的发展,现在汽车保险杠的结构与以前的汽车保险杠结构相比已经发生了很大的变化。北京汽车学院从事汽车研究的教授宋刚介绍说：“如今,常见的轿车前后保险杠一般都是由塑料保险杠壳体、防撞横梁和左右两个吸能支架以及其他安装用部件组成。其中,塑料保险杠壳体便是我们能从外观上看到的保险杠。从汽车的外观上看,我们是看不到横在车身前后部的保险杠的。拆下塑料保险杠壳体,安装在车身结构上的防撞横梁便是保险杠的重要组成部分。”
对于一个完善的车身结构而言,由舱和行李舱两个溃缩吸能区,以及车身中部的高强度乘员舱组成。宋刚说：“以车身前部结构为例,一般来说,舱作为溃缩区域被分为三级变形区,其中第一级变形区位于舱前部,用于保护行人和降低车辆在低速下对于车辆的破坏。第二级变形区位于舱中部,即相容区。当两车相撞时,通过这部分变形区的溃缩最大化吸收和分散能量。第三级变形区则靠近舱后部,位于乘员舱之前,最大程度保持乘员舱完整性,也被称为自身保护区。”很显然,前保险杠的位置处于第一变形区,保护行人和降低低速对于车辆的破坏是其主要作用。
当车辆发生时,前保险杠防撞横梁可以将任何形式的偏置和正面产生的能量尽可能均匀地分布到两个吸能支架上,使能量最大限度均匀地被吸能支架所吸收,并将力均匀地传递到其他吸能部位。而当汽车在市区道路发生的低速追尾等时,前保险杠防撞横梁对保护翼子板、散热器、罩和灯具等部件起着一定作用。后保险杠防撞横梁则可以减少行李舱、尾门、后灯组等部位的损害。
防撞横梁轻量化设计是趋势
上文已经说过,保险杠最重要的部分是防撞横梁,而防撞横梁强度对整个保险杠骨架系统起着决定性作用,高强度的防撞横梁更有利于能量的均匀分布。同时,要提高保险杠的防护能力就需要提高保险杠系统吸收能量的能力。因此制造防撞横梁的材料也需要具备吸能功效。
宋刚还说：“目前,大多数的防撞横梁普遍采用抗拉强度为1000MPa左右或更高的超高强度钢,其厚度大多在2毫米左右。如果采用420MPa钢板冲压件,其等效替代厚度至少要达到6毫米,其重量差异显而易见。因此如果在不清楚钢板强度的情况下,仅凭视觉观察防撞横梁的厚度来判断保险杠安全与否显然是不合理的。”
如今,汽车轻量化是未来的发展趋势,保险杠也不例外。宋刚接着说：“目前,国际上一些汽车品牌开始使用铝合金材料来制造防撞横梁。铝合金的密度是钢的三分之一,而同样体积的铝合金其重量也只有钢的三分之一。钢制保险杠防撞横梁采用提高钢板抗拉强度,从而减小厚度,提高材料吸收能量性能。而铝合金保险杠防撞横梁则是反其道而行之,通过优化结构设计设置不同厚度,从而提高吸能性能。经过合理设计的铝合金保险杠防撞横梁不仅比钢制保险杠防撞横梁更轻,并且能够吸收更大的能量。”
北京汽车学院的刘东教授补充说：“虽然铝合金保险杠防撞横梁重量更轻,效果更好,但其制造成本比钢制保险杠防撞横梁更高。目前高端豪华品牌车型大多数采用铝合金保险杠防撞横梁,但随着一些中端车型为实现轻量化,铝合金保险杠加强横梁也开始出现在了中端车型上。可以预见,随着油耗和排放限值的逐渐提高,车身轻量化设计的趋势将更为明显。保险杠防撞横梁作为车身结构中相对并不太复杂的组件,铝合金将很可能成为未来保险杠防撞横梁的主流材质。”
不能忘记的缓冲材料
一般来说,大多数汽车都会在前后保险杠防撞横梁与保险杠外壳之间安装泡沫材料,这个泡沫材料被称之为缓冲材料。刘东介绍说：“该泡沫与一般的泡沫不同,是一种结构非常致密的材料,最大的优点是不容易变形。该缓冲材料有两大作用：首先,当车辆与行人发生之后,安装位置较低的泡沫材料可以对行人腿部提供进一步缓冲；其次,对于保险杠外壳提供支撑,保证其在轻微受压时不易断裂或变形。”