5 福特捷豹吸能发动机罩技术示意-行人保护汽车安全发展新方向
沈艳++季晓冬
摘 要：本文就以汽车气囊吸能式保险杠的研究为题，阐述了对汽车保险杠碰撞所较常采用的两种研究方法，即仿真分析法与试验分析法，对比了吸能式保险杠与非吸能式保险杠在碰撞时的吸能效果。在传统保险杠结构设计的基础上，提出了一种新的气囊吸能式保险杠结构设计方式，并对其技术原理展开了具体分析。
关键词：汽车 气囊 吸能 保险杠
中图分类号：U463.326 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）09（c）-0102-02
据国家交通部所发布的数据显示，截至2016年6月底全国机动车保有量已达2.85亿量，其中汽车1.84亿量。随着社会经济的快速发展，人们物质生活水平不断提升的同时对于机动出行的需求量也持续升高，汽车市场潜力持续释放，汽车保有量仍将保持较快的增长趋势。但与此同时，汽车碰撞安全问题也愈发被人们所关注，由各种交通事故的死亡情况来看，大都与汽车的保险杠有着密不可分的关系。因此针对汽车保险杠的碰撞性能及其在碰撞过程中的吸能特点展开相关的研究工作有着巨大的现实意义。
1 汽车保险杠碰撞研究方法
（1）受到计算机软硬件技术的快速发展与进步，汽车的碰撞计算设备模拟仿真技术有了巨大的发展与应用，计算机仿真分析法具备有费用低、周期短、可多次重复分析等优势特性，但同时也应当认识到仿真软件无法提供以真实的汽车保险杠模型，因此采用这一方法所研究出的汽车保险杠碰撞结果往往与实际情况相去甚远，最终的仿真结果还必须要应用到实际试验来佐证检验。
（2）试验分析法则可对汽车保险杠的碰撞现象予以情景再现，可高度还原在真实的碰撞情况下汽车保险杠的碰撞情况、吸能情况及受损状况，同时其实际测试后的结果往往更加接近于真实交通事故中的汽车保险杠碰撞结果，因此试验分析法是目前在汽车保险杠研究领域最常用到的一种碰撞研究方法。
2 汽车保险杠的功能与形式
2.1 功能分析
在现代汽车结构当中汽车保险杠是实现安全防护最重要的一项装置设备，通过对汽车保险杠的充分应用能够有效降低人员受伤程度并降低汽车的受损程度。在汽车处于低速形式状况下发生碰撞时，保险杠必须要能够实现对驾乘人员的安全防护，同时还应当减缓一部分外部因素对车身的撞击实现对车身主体结构的安全防护，保险杠所起到的作用价值主要体现在以下几个方面。
（1）保护行人。在驾驶者由于误操作或汽车失控等原因碰撞到行人时，汽车保险杠可对行人起到一定的防护效果，使其免于遭受致命性的伤害。
（2）保护汽车主体结构。在汽车出现碰撞情况时，汽车保险杠应当能够将大部分的冲击力予以吸收、缓冲，从而实现对车辆主体结构的防护效果。
（3）满足与空气动力学要求。保险杠在设计时应当达到空气动力学的标准要求，避免对正常行车产生严重阻力，提高车辆驾驶的经济性。
（4）美化车体。目前汽车品牌多种多样，市场竞争异常激烈，人们对于汽车保险杠的要求应不仅仅局限于安全性的要求，同时还要求其能够对整体车身起到一定的美化效果。
2.2 主要形式
依据保险杠的功能特征来进行类型划分，可将之分成吸能式保险杠和非吸能式保险杠两大类型。其中非吸能式保险杠由于结构建议，不具有吸能效果，缓冲汽车碰撞的效果相对较差，因此实用性相对较差。根据有关实验结果表明，在同等撞击力的影响下吸能式保险杠的变形量相较于非吸能式保险杠要小25%左右，由此便可得出吸能式保险杠的碰撞缓冲小，比非吸能式保险杠高1/4左右，结构稳定性与安全性更高。
而對于吸能式保险杠而言其依据缓冲吸能方式的不同又可进一步被细分成3种类型。
（1）普通吸能保险杠。结构简易，在发生碰撞情况是可利用其内部所填充的泡沫等材料来吸收冲击力，吸能性能可得到显著提升，但效果比较有限。
（2）液压吸能保险杠。采用液压油经由节流孔的黏性阻力来实现对碰撞能量的吸收，工作性质稳定，在碰撞以后依靠氮气来恢复动力，促使保险杠恢复原本位置，吸能效果较为显著。但其价格相对较高，主要是在一些价格较高的汽车上。
（3）带空气腔式保险杠。于外盖板与横梁间安装空气腔，和一般的泡沫填充式吸能保险杠相对比而言，适当的气压与气腔数量可促使保险杠在15km/h的碰撞速度下降40%以上，吸能效果显著，应用范围广泛。
3 气囊吸能式保险杠结构设计
3.1 传统保险杠结构设计
因为受制于钢材本身的强度，结构重量、工艺、成本等个方面的因素限制，导致一般性的结构在规定压缩距离当中的吸能量相对有限。尽管空气压缩可提供较大的缓冲空间，但从整车的结构设计来看，往往要求动力总成前后的空间小型化，即压缩空间越小越好。目前的耐撞性技术主要的应用方式就包括了对结构拓扑的优化以及高强度钢应用、激光焊接、液压成型等众多新型化的工艺技术，传统的设计方式已经难以再提高当前的结构吸能效果。
3.2 气囊吸能式保险杠结构设计
在本次研究中就提出了将保险杠设计为中空状，并在其中装设预充式结构气囊，利用注入合适的压力气体，来促使其刚度能够和传统保险杠大致相等，在和固定障碍物发生碰撞之时促进对吸能效果的显著提升，以实现对保险杠冲击外力的有效缓冲与吸收。
在碰撞系统检测到碰撞物为行人之时，控制系统便会将保险杠气囊上端的泄气阀开启，使气囊刚度正好调节至适宜对行人下肢予以保护的位置。这一整个环节流程无需实施判断及系统闭环控制，仅需在事先依据人体碰撞试验所得出的参数信息来将泄气阀的固定开度调节至相应的位置即可，控制系统仅需输出相应的开关量便可在第一时间开启气囊泄气阀，因此从成本造价的角度而言相较于临时充气式结构会便宜很多，从结构的实现方式来说概率也更高。若气囊装置无法正常工作时，便需针对保险杠实施碰撞计算分析，对于这时的冲击力和保险杠予以检验核对。
为了防止出现过大的撞击力和冲击能量，从而导致汽车发动机发生形变甚至是汽车内室发生结构性损坏，结构气囊预设刚度应当在经过大量的试验测试后确定出相应的参数水平，在碰撞刚度达到这一参数水平时，结构气囊便会将泄气阀门开启，促使气囊内的气体完全排泄出来，将一部分的碰撞能量予以抵消、缓冲，从而加强对驾乘人员的安全防护。
4 结语
总而言之，随着当前我国汽车工业的快速发展，人们对于汽车结构设计的安全性也愈发重视，吸能式保险杠在汽车碰撞中的重要作用也越来越引起了人们的重视。将汽车气囊吸能式保险杠应用到汽车结构设计中，可以最大程度地保护汽车与驾乘人员的安全，应用结构气囊后，可在系统结构刚度不发生改变的情况下，大幅度地促进对保险杠吸能特性的显著提升，同时还可减小纵梁与碰撞盒等原有金属构件重量，降低制造成本，提升车身性能。因而，汽车气囊吸能式保险杠有极其广阔的发展前景。
参考文献
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