門立忠 佟磊 王帥

（華晨汽車工程研究院）

汽車前防撞梁一般隱藏在前保險(xiǎn)杠里面以及車門內(nèi)部，在較大沖擊力作用下，彈性材料已經(jīng)不能緩沖能量，真正起到保護(hù)車內(nèi)乘員的作用，它是車身被動(dòng)安全系統(tǒng)的一部分，防撞梁其實(shí)并不是讓車子“防撞”，它的主要作用是傳力。簡(jiǎn)單概括，防撞梁的作用是：低速碰撞能減少維修成本，高速碰撞有助于提高保護(hù)性，尤其在復(fù)雜真實(shí)的環(huán)境碰撞中。

1 汽車前防撞梁市場(chǎng)應(yīng)用情況調(diào)查

汽車前防撞梁作為汽車的安全部件，通常采用金屬材質(zhì)，如高強(qiáng)度鋼材和鋁合金等。它一般由防撞橫梁、吸能盒、吸能盒加強(qiáng)件及連接板組成。圖1示出汽車前防撞梁安裝位置。圖2示出汽車前防撞梁實(shí)物圖。

圖1 汽車前防撞梁安裝位置

圖2 汽車前防撞梁實(shí)物圖

通過市場(chǎng)調(diào)查，共統(tǒng)計(jì)65款車型前防撞梁材料應(yīng)用情況，自主品牌19款車型，其中2款車型應(yīng)用鋁合金防撞梁；合資品牌46款車型，有10款車型應(yīng)用鋁合金防撞梁。前防撞梁應(yīng)用情況統(tǒng)計(jì)，如表1所示。

表1 汽車前防撞梁應(yīng)用情況統(tǒng)計(jì)表

調(diào)查結(jié)果顯示：合資品牌鋁合金防撞梁應(yīng)用比例高于國(guó)內(nèi)自主品牌2倍多，行業(yè)內(nèi)鋁合金防撞梁應(yīng)用是發(fā)展趨勢(shì)。鋁合金防撞梁平均質(zhì)量4.5 kg，鋼制防撞梁平均質(zhì)量6.6 kg，差值約32%，可見鋁合金防撞梁輕量化優(yōu)勢(shì)明顯。部分鋁合金前防撞梁應(yīng)用車型，如表2所示。

表2 部分鋁合金汽車前防撞梁應(yīng)用車型

2 汽車前防撞梁碰撞仿真對(duì)比分析

通過Hyper Mesh軟件建立前防撞梁碰撞模型，模型建好后導(dǎo)入LS-DYNA軟件進(jìn)行防撞梁性能仿真分析。工況選擇防撞梁正面碰撞，防撞梁材料選用6061系鋁合金，碰撞質(zhì)量設(shè)置為1 700 kg，選用速度為36 km/h，計(jì)算時(shí)間設(shè)置為30 m s。

圖3示出高強(qiáng)鋼汽車前防撞梁碰撞分析圖。圖3b顯示高強(qiáng)鋼汽車前防撞梁碰撞總能量約85 kJ，其中48.2 kJ被吸收轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，約56.7%的能量被吸收。

圖3 高強(qiáng)鋼汽車前防撞梁碰撞分析圖

圖4顯示鋁合金汽車前防撞梁碰撞總能量約85 kJ,其中58.3 kJ被吸收轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，約68.6%的能量被吸收。

圖4 鋁合金汽車前防撞梁碰撞分析圖

比吸能即系統(tǒng)單位質(zhì)量的吸能量，比吸能反映了不同材料和結(jié)構(gòu)的吸能能力。在基于輕量化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，希望結(jié)構(gòu)件比吸能值越大越好[1]。圖5顯示在30 m s時(shí)鋁合金防撞梁比吸能為11.3 kJ/kg，鋼防撞梁比吸能為5.2 kJ/kg。鋁合金防撞梁的比吸能是鋼防撞梁比吸能的2倍多。

圖5 比吸能對(duì)比圖

3 結(jié)論

在汽車產(chǎn)品制造中，逐步加大鋁合金材料的應(yīng)用比例是汽車輕量化的必然趨勢(shì)，開發(fā)鋁合金防撞梁是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化主要途徑之一，鋁合金防撞梁經(jīng)過設(shè)計(jì)驗(yàn)證后必將取代鋼制防撞梁。

1）根據(jù)仿真分析結(jié)果，正面碰撞鋁合金防撞梁吸收能量?jī)?yōu)于鋼制防撞梁，滿足設(shè)計(jì)使用要求。

2）鋁合金相比鋼材料有著密度小的優(yōu)勢(shì)，用鋁合金結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)，可使前防撞梁質(zhì)量減輕30%～50%，輕量化效果顯著[2]。

3）通過對(duì)比合資車企與自主車企鋁合金防撞梁應(yīng)用情況，可發(fā)現(xiàn)采用鋁合金防撞梁是汽車輕量化未來趨勢(shì)。

4）對(duì)比防撞梁比吸能分析結(jié)果顯示，鋁合金防撞梁吸能能力明顯優(yōu)于鋼防撞梁，有助于提高整車安全性。