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摘要： 汽车的低速碰撞性能是考量汽车安全性和维修经济性的重要指标。汽车的前后保险杠作为车体结构的主要防护件，在发生低速碰撞时，可以吸收车体碰撞的能量，缓和碰撞对车身的冲击，降低碰撞对车体结构的损坏程度。因此，针对汽车保险杠结构的优化设计一直是汽车生产制造的研究重点。在汽车轻量化的大趋势下，优化保险杠安装结构设计的同时，使用轻质制造材料，不仅可以提高汽车的低速碰撞的安全性，还可以提高车辆的燃油经济性。
Abstract： Low speed collision performance is an important index to consider vehicle safety and maintenance economy. As the main protective parts of the car body structure， the front and rear bumpers can absorb the energy of the car body collision， mitigate the impact of the collision on the car body and reduce the damage to the car body structure. Therefore， the optimization design of automobile bumper structure has always been the research focus of automobile production and manufacturing. Under the general trend of vehicle lightweight， optimizing the design of bumper mounting structure and using lightweight manufacturing materials can not only improve the safety of vehicle low-speed collision， but also improve the fuel economy of vehicle.
关键词： 轻量化;保险杠;结构设计
Key words： lightweight;bumper;structural design
中图分类号：U472.43 文献标识码：A 文章編号：1674-957X（2021）21-0001-02
0 引言
随着我国社会经济状况的不断提高，居民的汽车保有量也逐年递增。汽车保有量的猛增给城市交通带来了不小的挑战。城市道路交通拥堵，几乎成了每一个城市的通病。由于，城市道路拥堵，城市交通事故发生率也逐年攀升。因为城市道路的特殊路况，车辆走走停停，轿车低速碰撞事故占了城市交通事故的绝大部分。
在车速低于15公里每小时时所发生的车体碰撞称为低速碰撞。这种碰撞事故也是交通事故中最为常见的碰撞事故。在车辆发生低速碰撞时，汽车的前后保险杠作为车体结构的主要防护件，可以吸收车体碰撞的能量，缓和碰撞对车身的冲击，降低碰撞对车体结构的损坏程度。在发生轻微交通事故时，汽车保险杠系统能吸收碰撞的撞击能量，不需要修复即可自行恢复原状，从而很好的提高了汽车维修的经济性。当发生严重的碰撞事故时，汽车保险杠的横梁结构可以将碰撞冲击力分散至整个车身，避免冲击力集中而导致车体局部变形损坏严重，保障驾乘仓内乘客拥有保证生存的足够空间。
总之，汽车在发生低速碰撞时，保险杠的防护作用十分重要，所以针对汽车保险杠的结构优化设计一直是汽车生产制造的研究重点。研究汽车的低速碰撞、对汽车保险杠的结构进行优化设计，能有效提高汽车的碰撞防护，对降低维修成本和理赔费用，延长车辆的使用寿命都有着重要的意义。
1 现有汽车保险杠用安装结构设计现状
低速碰撞的安全法规是各国市场的强制性法规要求，该碰撞法规要求汽车前端设置吸能装置，保证轿车一旦发生碰撞时，不会损坏车身纵梁。现有的汽车一般都设计有横梁结构，并且布置有吸能盒装置。在车体发生碰撞时，横梁结构对车体防护起着决定性的作用，能使碰撞能量分散分布，降低碰撞所致的车体损坏程度。因此，保险杠的防护能力取决于防撞横梁吸收能量的能力大小。但现有的保险杠的承受能力偏低，不能够承受过大的外力，从而导致保险杠损坏。
2 铝合金在汽车轻量化中的运用
汽车的轻量化对提高汽车的动力性和燃油经济性都有着十分重要的意义，也是汽车行业在我国落实“双碳”目标大背景下的发展方向。目前汽车轻量化的实现途径主要有，运用轻量化制造工艺技术、应用轻质材料、对汽车结构进行轻量化优化设计。铝合金材料具有质量轻、强度高、耐腐蚀性强等优点，是汽车轻量化的理想材料，在汽车的生产制造中运用越来越广泛。 3 低速碰撞轻量化保险杠安装结构优化设计
低速碰撞为改变现有保险杠的承受能力偏低，不能够承受过大的外力，在汽车发生低速碰撞时容易导致保险杠损坏的现状，并顺应当前汽车轻量化设计的大趋势。对汽车保险杠结构进行优化设计，以期增加汽车保险杠的碰撞承受能力，并通过轻质材料的选用降低汽车的装备质量，从而同时实现保险杠结构上的强化，与质量上的轻量化。
如低速碰撞轻量化保险杠安装结构优化设计总图1和2所示，新型的低速碰撞轻量化保险杠安装结构构成包含：1、防撞板;2、连接部;3、稳定杆;4、横梁;5、受力弹簧;6、安装板;7、纵梁;8、第一受力杆;9、第二受力杆;10、固定螺钉。该低速碰撞轻量化保险杠安装结构简单，设计合理，安装便捷，且全部采用轻质铝合金材料，有效的降低了保险杠的质量。
其中防撞板1为扇形铝合金板，其两端安装有连接部2，连接部2之间安装有横梁4，在防撞板1和横梁4之间设置有稳定杆3，稳定杆3的顶端安装在防撞板1的内侧，稳定杆3的底端安装在横梁4上，扇形结构加稳定杆的组合能够有效的承受更大的压力，减少在汽车发生低速碰撞时汽车保险杠的损坏。且扇形防撞板为具有良好塑性的铝合金板，在发生碰撞时可以吸收更多的碰撞能量，减少由于碰撞对车体其他部分的损坏。
在稳定杆3的背面安装有第一受力杆8，第一受力杆8上安装有第二受力杆9，第二受力杆9的顶端安装有安装板6，安装板6通过固定螺钉10固定安装在纵梁7上，在第一受力杆8的外侧设置有受力弹簧5，受力弹簧5的两端分别安装在连接部2和安装板6上。在受力杆处设置受力弹簧，能有效缓冲汽车发生低速碰撞时的碰撞力，吸收碰撞能量，减少保险杠的形变与损坏。第一受力杆和第二受力杆又能很好的保证保险杠的受力刚度，使得该新型的低速碰撞轻量化保险杠柔中带刚，从而提高汽车的低速耐撞性与维修的经济性。
具体的，如图1和图2所示，在该新型低速碰撞轻量化保险杠安装结构优化设计中稳定杆3与横梁4之间的角度为30°，稳定杆3将防撞板1和横梁4连为一体，对防撞板1和横梁4都起到很好的支撑作用。通过稳定杆3能够有效的防止横梁4在受到外力时而断裂，又可以有效减少发生碰撞时，防撞板1的形变量。防撞板1优化设计为60°-75°的扇形，相较于传统的直线结构，扇形结构能够有效的承受更大的壓力，从而保证在汽车发生低速碰撞时结构的稳定性。可以说该新型低速碰撞轻量化保险杠安装结构，在结构设计上从多方位尽最大程度的进行了优化，以保证结构的稳定性。
具体的，如图1和图2所示，在该新型低速碰撞轻量化保险杠安装结构优化设计中将第一受力杆8和第二受力杆9创新设计为伸缩结构，第二受力杆9能在第一受力杆8内运动，并通过受力弹簧5支撑第二受力杆9，伸缩结构能够有效的卸掉外部压力。同时伸缩结构与受力弹簧的组合使用，可以较好的满足保险杠刚度需要，也可以在发生碰撞时起到很好的卸力的作用，从而降低保险杠的损坏几率和损坏程度。
具体的，如图1、图2及图3所示，在该新型低速碰撞轻量化保险杠安装结构优化设计中第一受力杆8和第二受力杆9为铝合金材质，铝合金材质能够具有良好的吸能效果。所以该新型低速碰撞轻量化保险杠安装结构，不仅能从结构上降低在汽车发生碰撞时保险杠的损坏几率和损坏程度，还能在材料上进一步保障。
在该新型低速碰撞轻量化保险杠安装结构优化设计中的工作原理及使用流程：在汽车发生碰撞，致使保险杠受到外力时，防撞板1和稳定杆3能够支撑起横梁不会因为外部的压力而断裂，同时将所受到的力往两边的连接部2卸去，第一受力杆8和第二受力杆9通过受力弹簧5在受到外力的同时也会随着受收到的压力方向进行运动，并将所受到的压力卸掉，而第一受力杆8和第二受力杆9的铝合金材质能够更好的将收到的压力进行吸收和卸掉。
综合上述，该新型低速碰撞轻量化保险杠在结构上同时充分考虑了结构的稳定性和系统韧性，多举措保证保险杠在汽车发生低速碰撞时，既能起到良好的防护作用，又可以减少自身及车体其他部位的损坏程度。另外，还从材料的选择上综合考虑了汽车的轻量化与保险杠系统的良好塑性。从结构和材料两方面优化现有保险杠系统的设计，全面提升保险杠的低速碰撞性能，降低车辆因低速碰撞所导致的维修成本。
4 结语
通过汽车低速碰撞轻量化保险杠安装结构的优化设计，在原有汽车保险杠的基础上改进了横梁的结构，并通过防撞板与稳定杆来增加横梁的稳固程度，同时又设置第一受力杆、第二受力杆和受力弹簧，来增加保险杠的承受能力，解决了现有的保险杠的承受能力偏低，不能够承受过大的外力，而导致保险杠损坏的问题。同时采用轻质铝合金材料有效的降低了保险杠的重量，有力地配合了整车的轻量化。
参考文献：
[1]陈永化.汽车前保险杠结构设计及优化[J].基层建设，
2020，31.
[2]杨永生.汽车保险杠系统低速碰撞性能研究[D].哈尔滨工程大学，2009.
[3]姜立岩，韩洪涛.铝合金汽车轻量化及其焊接技术[J].内燃机与配件，2021（07）：048.
[4]李光霁，刘新玲.汽车轻量化技术的研究现状综述[J].材料科学与工艺，2020，28（5）.
[5]刘陈，孙后环.碰撞条件下的保险杠系统轻量化研究[J].汽车零部件，2021（1）.
[6]曹立波，陈杰，欧阳志高，刘适.基于碰撞安全性的保险杠横梁轻量化设计与优化[J].2012，23（23）.
[7]谢晖，唐泽皓，王杭燕，周诗琦，楚博，詹兆宇.基于耐撞性能的保险杠轻量化研究[J].塑性工程学报，2020，27（3）：81-87.
[8]谭继锦，季天宇，程文文，解宇.低速碰撞工况下的铸铝保险杠轻量化设计[J].车辆与动力技术，2019（4）：25-30.
[9]仲伟东，王东方，李静.复合材料防撞梁低速碰撞的研究与多目标优化[J].南京工业大学学报（自然科学版），2019，41（4）：463-471.
[10]蒋荣超，张涛，孙海霞，刘大维，陈焕明，王登峰.基于熵权TOPSIS法的CFRP防撞梁轻量化研究[J].汽车工程，2021，43（3）：421-428.
Abstract： Low speed collision performance is an important index to consider vehicle safety and maintenance economy. As the main protective parts of the car body structure， the front and rear bumpers can absorb the energy of the car body collision， mitigate the impact of the collision on the car body and reduce the damage to the car body structure. Therefore， the optimization design of automobile bumper structure has always been the research focus of automobile production and manufacturing. Under the general trend of vehicle lightweight， optimizing the design of bumper mounting structure and using lightweight manufacturing materials can not only improve the safety of vehicle low-speed collision， but also improve the fuel economy of vehicle.
关键词： 轻量化;保险杠;结构设计
Key words： lightweight;bumper;structural design
中图分类号：U472.43 文献标识码：A 文章編号：1674-957X（2021）21-0001-02
0 引言
随着我国社会经济状况的不断提高，居民的汽车保有量也逐年递增。汽车保有量的猛增给城市交通带来了不小的挑战。城市道路交通拥堵，几乎成了每一个城市的通病。由于，城市道路拥堵，城市交通事故发生率也逐年攀升。因为城市道路的特殊路况，车辆走走停停，轿车低速碰撞事故占了城市交通事故的绝大部分。
在车速低于15公里每小时时所发生的车体碰撞称为低速碰撞。这种碰撞事故也是交通事故中最为常见的碰撞事故。在车辆发生低速碰撞时，汽车的前后保险杠作为车体结构的主要防护件，可以吸收车体碰撞的能量，缓和碰撞对车身的冲击，降低碰撞对车体结构的损坏程度。在发生轻微交通事故时，汽车保险杠系统能吸收碰撞的撞击能量，不需要修复即可自行恢复原状，从而很好的提高了汽车维修的经济性。当发生严重的碰撞事故时，汽车保险杠的横梁结构可以将碰撞冲击力分散至整个车身，避免冲击力集中而导致车体局部变形损坏严重，保障驾乘仓内乘客拥有保证生存的足够空间。
总之，汽车在发生低速碰撞时，保险杠的防护作用十分重要，所以针对汽车保险杠的结构优化设计一直是汽车生产制造的研究重点。研究汽车的低速碰撞、对汽车保险杠的结构进行优化设计，能有效提高汽车的碰撞防护，对降低维修成本和理赔费用，延长车辆的使用寿命都有着重要的意义。
1 现有汽车保险杠用安装结构设计现状
低速碰撞的安全法规是各国市场的强制性法规要求，该碰撞法规要求汽车前端设置吸能装置，保证轿车一旦发生碰撞时，不会损坏车身纵梁。现有的汽车一般都设计有横梁结构，并且布置有吸能盒装置。在车体发生碰撞时，横梁结构对车体防护起着决定性的作用，能使碰撞能量分散分布，降低碰撞所致的车体损坏程度。因此，保险杠的防护能力取决于防撞横梁吸收能量的能力大小。但现有的保险杠的承受能力偏低，不能够承受过大的外力，从而导致保险杠损坏。
2 铝合金在汽车轻量化中的运用
汽车的轻量化对提高汽车的动力性和燃油经济性都有着十分重要的意义，也是汽车行业在我国落实“双碳”目标大背景下的发展方向。目前汽车轻量化的实现途径主要有，运用轻量化制造工艺技术、应用轻质材料、对汽车结构进行轻量化优化设计。铝合金材料具有质量轻、强度高、耐腐蚀性强等优点，是汽车轻量化的理想材料，在汽车的生产制造中运用越来越广泛。 3 低速碰撞轻量化保险杠安装结构优化设计
低速碰撞为改变现有保险杠的承受能力偏低，不能够承受过大的外力，在汽车发生低速碰撞时容易导致保险杠损坏的现状，并顺应当前汽车轻量化设计的大趋势。对汽车保险杠结构进行优化设计，以期增加汽车保险杠的碰撞承受能力，并通过轻质材料的选用降低汽车的装备质量，从而同时实现保险杠结构上的强化，与质量上的轻量化。
如低速碰撞轻量化保险杠安装结构优化设计总图1和2所示，新型的低速碰撞轻量化保险杠安装结构构成包含：1、防撞板;2、连接部;3、稳定杆;4、横梁;5、受力弹簧;6、安装板;7、纵梁;8、第一受力杆;9、第二受力杆;10、固定螺钉。该低速碰撞轻量化保险杠安装结构简单，设计合理，安装便捷，且全部采用轻质铝合金材料，有效的降低了保险杠的质量。
其中防撞板1为扇形铝合金板，其两端安装有连接部2，连接部2之间安装有横梁4，在防撞板1和横梁4之间设置有稳定杆3，稳定杆3的顶端安装在防撞板1的内侧，稳定杆3的底端安装在横梁4上，扇形结构加稳定杆的组合能够有效的承受更大的压力，减少在汽车发生低速碰撞时汽车保险杠的损坏。且扇形防撞板为具有良好塑性的铝合金板，在发生碰撞时可以吸收更多的碰撞能量，减少由于碰撞对车体其他部分的损坏。
在稳定杆3的背面安装有第一受力杆8，第一受力杆8上安装有第二受力杆9，第二受力杆9的顶端安装有安装板6，安装板6通过固定螺钉10固定安装在纵梁7上，在第一受力杆8的外侧设置有受力弹簧5，受力弹簧5的两端分别安装在连接部2和安装板6上。在受力杆处设置受力弹簧，能有效缓冲汽车发生低速碰撞时的碰撞力，吸收碰撞能量，减少保险杠的形变与损坏。第一受力杆和第二受力杆又能很好的保证保险杠的受力刚度，使得该新型的低速碰撞轻量化保险杠柔中带刚，从而提高汽车的低速耐撞性与维修的经济性。
具体的，如图1和图2所示，在该新型低速碰撞轻量化保险杠安装结构优化设计中稳定杆3与横梁4之间的角度为30°，稳定杆3将防撞板1和横梁4连为一体，对防撞板1和横梁4都起到很好的支撑作用。通过稳定杆3能够有效的防止横梁4在受到外力时而断裂，又可以有效减少发生碰撞时，防撞板1的形变量。防撞板1优化设计为60°-75°的扇形，相较于传统的直线结构，扇形结构能够有效的承受更大的壓力，从而保证在汽车发生低速碰撞时结构的稳定性。可以说该新型低速碰撞轻量化保险杠安装结构，在结构设计上从多方位尽最大程度的进行了优化，以保证结构的稳定性。
具体的，如图1和图2所示，在该新型低速碰撞轻量化保险杠安装结构优化设计中将第一受力杆8和第二受力杆9创新设计为伸缩结构，第二受力杆9能在第一受力杆8内运动，并通过受力弹簧5支撑第二受力杆9，伸缩结构能够有效的卸掉外部压力。同时伸缩结构与受力弹簧的组合使用，可以较好的满足保险杠刚度需要，也可以在发生碰撞时起到很好的卸力的作用，从而降低保险杠的损坏几率和损坏程度。
具体的，如图1、图2及图3所示，在该新型低速碰撞轻量化保险杠安装结构优化设计中第一受力杆8和第二受力杆9为铝合金材质，铝合金材质能够具有良好的吸能效果。所以该新型低速碰撞轻量化保险杠安装结构，不仅能从结构上降低在汽车发生碰撞时保险杠的损坏几率和损坏程度，还能在材料上进一步保障。
在该新型低速碰撞轻量化保险杠安装结构优化设计中的工作原理及使用流程：在汽车发生碰撞，致使保险杠受到外力时，防撞板1和稳定杆3能够支撑起横梁不会因为外部的压力而断裂，同时将所受到的力往两边的连接部2卸去，第一受力杆8和第二受力杆9通过受力弹簧5在受到外力的同时也会随着受收到的压力方向进行运动，并将所受到的压力卸掉，而第一受力杆8和第二受力杆9的铝合金材质能够更好的将收到的压力进行吸收和卸掉。
综合上述，该新型低速碰撞轻量化保险杠在结构上同时充分考虑了结构的稳定性和系统韧性，多举措保证保险杠在汽车发生低速碰撞时，既能起到良好的防护作用，又可以减少自身及车体其他部位的损坏程度。另外，还从材料的选择上综合考虑了汽车的轻量化与保险杠系统的良好塑性。从结构和材料两方面优化现有保险杠系统的设计，全面提升保险杠的低速碰撞性能，降低车辆因低速碰撞所导致的维修成本。
4 结语
通过汽车低速碰撞轻量化保险杠安装结构的优化设计，在原有汽车保险杠的基础上改进了横梁的结构，并通过防撞板与稳定杆来增加横梁的稳固程度，同时又设置第一受力杆、第二受力杆和受力弹簧，来增加保险杠的承受能力，解决了现有的保险杠的承受能力偏低，不能够承受过大的外力，而导致保险杠损坏的问题。同时采用轻质铝合金材料有效的降低了保险杠的重量，有力地配合了整车的轻量化。
参考文献：
[1]陈永化.汽车前保险杠结构设计及优化[J].基层建设，
2020，31.
[2]杨永生.汽车保险杠系统低速碰撞性能研究[D].哈尔滨工程大学，2009.
[3]姜立岩，韩洪涛.铝合金汽车轻量化及其焊接技术[J].内燃机与配件，2021（07）：048.
[4]李光霁，刘新玲.汽车轻量化技术的研究现状综述[J].材料科学与工艺，2020，28（5）.
[5]刘陈，孙后环.碰撞条件下的保险杠系统轻量化研究[J].汽车零部件，2021（1）.
[6]曹立波，陈杰，欧阳志高，刘适.基于碰撞安全性的保险杠横梁轻量化设计与优化[J].2012，23（23）.
[7]谢晖，唐泽皓，王杭燕，周诗琦，楚博，詹兆宇.基于耐撞性能的保险杠轻量化研究[J].塑性工程学报，2020，27（3）：81-87.
[8]谭继锦，季天宇，程文文，解宇.低速碰撞工况下的铸铝保险杠轻量化设计[J].车辆与动力技术，2019（4）：25-30.
[9]仲伟东，王东方，李静.复合材料防撞梁低速碰撞的研究与多目标优化[J].南京工业大学学报（自然科学版），2019，41（4）：463-471.
[10]蒋荣超，张涛，孙海霞，刘大维，陈焕明，王登峰.基于熵权TOPSIS法的CFRP防撞梁轻量化研究[J].汽车工程，2021，43（3）：421-428.