劉亞楠 劉然

摘要：本文從專利角度出發(fā)，對(duì)汽車前唇技術(shù)的發(fā)展歷程進(jìn)行了分析，并總結(jié)了其中的技術(shù)創(chuàng)新、應(yīng)用領(lǐng)域和性能提升等方面的發(fā)展趨勢(shì)。文章還涉及對(duì)前唇設(shè)計(jì)、制造材料及生產(chǎn)流程的探討和優(yōu)化。在未來，汽車前唇將會(huì)向更強(qiáng)韌、更耐用、更靈活等方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：汽車前唇；專利技術(shù)；技術(shù)創(chuàng)新；應(yīng)用領(lǐng)域；性能提升

中圖分類號(hào)： U463.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

汽車作為現(xiàn)代人們出行的主要工具之一，在提供便利的同時(shí)也肩負(fù)著保障安全的責(zé)任。而汽車前唇作為一類重要的被動(dòng)安全部件，其技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展也備受關(guān)注。前唇，又名前鏟，是汽車前保險(xiǎn)杠表面靠下位置的一種兼顧防護(hù)、擾流和裝飾作用的配件（圖1）。首先，前唇是汽車的首道防線，在車輛碰撞時(shí)可以起到一定的保護(hù)作用，減少車身變形和減緩沖擊力，從而保證行車安全；其次，在特定情況下，增加前唇可降低風(fēng)阻約3.5%[1]，因此前唇在方程式賽車領(lǐng)域應(yīng)用較廣[2] ；第三，國(guó)內(nèi)市面上的普通乘用車，加裝前唇是為了實(shí)現(xiàn)修飾作用，通過加裝前唇、尾和側(cè)裙等，提高美觀性。

本文從專利角度出發(fā)，對(duì)汽車前唇技術(shù)的發(fā)展歷程進(jìn)行了分析，并總結(jié)了其中的技術(shù)創(chuàng)新、應(yīng)用領(lǐng)域和性能提升等方面的發(fā)展趨勢(shì)。文章還加深了對(duì)前唇設(shè)計(jì)、制造材料及生產(chǎn)流程的探討和優(yōu)化。

1 前唇專利數(shù)量和類型

自20 世紀(jì)初第1 個(gè)汽車前唇專利問世以來，全球范圍內(nèi)已申請(qǐng)和授權(quán)了數(shù)以萬計(jì)的前唇相關(guān)專利。其中，美國(guó)是前唇專利申請(qǐng)和授權(quán)量最多的國(guó)家之一，其次是歐洲地區(qū)以及日本（圖2）。中國(guó)也在逐年增長(zhǎng)，成為前唇專利的重要申請(qǐng)人。

前唇的專利類型主要包括結(jié)構(gòu)形式、適用范圍和制作材料等。其中，結(jié)構(gòu)形式類專利數(shù)量最多，占總量的60% 以上。前唇作為一種保護(hù)、擾流和修飾裝置，其結(jié)構(gòu)直接影響了技術(shù)效果，因而在專利申請(qǐng)中，對(duì)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行改進(jìn)的專利申請(qǐng)量最大。而材料是提升前唇耐用性、經(jīng)濟(jì)性等因素的配套考量。

2 前唇專利技術(shù)創(chuàng)新趨勢(shì)

2.1 前唇制作材料的改進(jìn)

前唇制作材料是前唇制作中的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著科技的不斷進(jìn)步，前唇制作材料也在不斷地改進(jìn)和創(chuàng)新，以達(dá)到更好的性能和穩(wěn)定性。對(duì)鋁合金、高強(qiáng)度鋼等材料的精細(xì)控制，以及對(duì)高分子材料、特殊涂層材料的應(yīng)用都在不斷推進(jìn)，從而提高了前唇的質(zhì)量和性能。例如，專利號(hào)US9027981B2 提出了一種樹脂前唇，通過振動(dòng)焊接的方式確保足夠的強(qiáng)度，焊接成具有在振動(dòng)方向上彎曲的形狀，不僅可以減少接合過程的步驟實(shí)現(xiàn)成本降低，還可以確保足夠的接合強(qiáng)度。又例如，專利號(hào)CN205327195U 提出了一種汽車碳纖維前擾流板，包括上下疊合設(shè)置的第一碳纖板和第二碳纖板，二者之間形成間隙，符合空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)，整體實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度高、重量輕以及安裝輕便的技術(shù)效果。

2.2 前唇結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化

前唇的結(jié)構(gòu)是保證其安全性和可靠性的關(guān)鍵部分之一。近年來，前唇結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化成為研究的熱點(diǎn)之一。例如，在前唇寬度、強(qiáng)度加強(qiáng)等方面進(jìn)行優(yōu)化，通過增加前唇數(shù)量或者使用特殊形態(tài)的前唇等，從而實(shí)現(xiàn)更好的保護(hù)效果。專利號(hào)CN214823695U 提出了一種多功能汽車前唇（圖3），在外保護(hù)板和內(nèi)固定板之間設(shè)置有緩沖腔，緩沖腔內(nèi)部?jī)蓚?cè)和前側(cè)均等距設(shè)置有多個(gè)緩沖彈簧和緩沖墊。在遇到外部撞擊時(shí)，外保護(hù)板首先接觸并向緩沖腔內(nèi)部收縮。此時(shí)緩沖腔內(nèi)部的多個(gè)緩沖彈簧能夠吸收撞擊的沖擊力，保護(hù)整個(gè)汽車前唇的安全；同時(shí)外側(cè)的反光帶能夠在夜間反射光線，給予旁邊車輛警示的作用。

2.3 前唇生產(chǎn)流程和安裝方式

前唇生產(chǎn)流程是前唇制作的重要環(huán)節(jié)之一。通過對(duì)前唇生產(chǎn)流程的改進(jìn)和創(chuàng)新，可以提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，從而降低生產(chǎn)成本，增加企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。前唇生產(chǎn)加工過程，除了采用傳統(tǒng)的加工方式外，還可以采用3D 打印技術(shù)[3]，提高加工精度，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制。

國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的前唇包括一體式前唇和分段式前唇2 種。由于各種品牌和型號(hào)的汽車的車頭尺寸不同，一體式前唇只能適用于特定的品牌和型號(hào)的汽車，通用性差，并且在制造上必須針對(duì)各種品牌和型號(hào)的汽車同時(shí)生產(chǎn)各種尺寸規(guī)格的防撞套，生產(chǎn)繁瑣，勞動(dòng)強(qiáng)度大，造成了極大的資源浪費(fèi)。分段式前唇在針對(duì)不同車型進(jìn)行安裝時(shí)，可以通過選擇不同安裝孔實(shí)現(xiàn)通用。

另外，分段式前唇占用空間小，儲(chǔ)存和運(yùn)輸成本低，具有一定優(yōu)勢(shì)。例如，專利號(hào)CN209274543U 提出了一種可調(diào)節(jié)組合汽車前唇（圖4），能夠根據(jù)汽車前保險(xiǎn)杠的尺寸，將第一側(cè)蓋板和第二側(cè)蓋板上相應(yīng)位置的安裝孔與連接件相對(duì)應(yīng)并固定連接，而把第一側(cè)蓋板和第二側(cè)蓋板分別固定安裝到前蓋板的兩端上。該前唇具有通用性高、使用范圍廣和可重復(fù)利用的有益效果。

3 前唇設(shè)計(jì)與制造材料的優(yōu)化

3.1 前唇設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)前唇時(shí)，需考慮到其氣流性、減振性等特點(diǎn)，并結(jié)合車輛整體風(fēng)阻系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。而進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)開發(fā)，就是要不斷攻克風(fēng)的挑戰(zhàn)，“馴服”氣流，實(shí)現(xiàn)美學(xué)設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)的完美融合[4]。例如，專利號(hào)CN109250001A 提出了一種具有前唇的汽車（圖5），通過將空氣動(dòng)力學(xué)套件安裝于車身上以對(duì)氣流進(jìn)行引導(dǎo)，在增加適當(dāng)阻力下產(chǎn)生較多的下壓力。這些下壓力會(huì)以額外法向力的形式通過輪胎施加到地面上，增加輪胎的摩擦力，提高車輛過彎時(shí)的向心加速度，從而提升了汽車輪胎抓地的極限，使得汽車在過彎時(shí)能獲得較好的操控性能。

另外，前唇位于機(jī)動(dòng)車輛前端的下方，以便攔截底部和地面之間的空氣流，同時(shí)也降低了車輛的底盤。降低車頭高度，可以減少前臉的正壓區(qū)面積，對(duì)降低風(fēng)阻有積極的意義[5]。而在不同的車速和路況下，駕駛者對(duì)擾流的需求也不相同。在低速、崎嶇路段行駛時(shí)，前唇可能會(huì)降低車輛的越野性能，因此在不同駕駛狀態(tài)下呈現(xiàn)不同模式的前唇是一種改進(jìn)思路。

例如，專利號(hào)US4659130A 提出了一種可自動(dòng)定位的前唇（圖6），當(dāng)車輛超過既定速度時(shí)，前唇會(huì)自動(dòng)調(diào)整擾流板的位置，通過改變車輛底部和地面之間的空氣通道，從而局部產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)域，從而減小車輛的升力。

又例如，專利號(hào)US2023129892A1 提出了一種具有維修支持邏輯和機(jī)構(gòu)的車輛主動(dòng)空氣動(dòng)力裝置（圖7），前唇可以根據(jù)需要在展開位置和縮回位置之間移動(dòng)。在展開位置時(shí)，駕駛中可以有效減少空氣阻力。在縮回位置時(shí)，車輛下側(cè)的空氣流量增加。通過上述設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)不同的空氣動(dòng)力學(xué)效果。

3.2 制造材料

現(xiàn)在汽車前唇常使用的制造材料有鋁、鋼、熱塑性塑料、橡膠和碳纖維等。鋼材因其廉價(jià)、易處理等優(yōu)勢(shì)得到廣泛應(yīng)用，但是鋁合金比鋼材更輕，可減少汽車的整體質(zhì)量。將來，隨著汽車結(jié)構(gòu)和外觀的進(jìn)一步完善，更多的新材料將被用于制作前唇，尤其是具有更高性能和更環(huán)保的新型復(fù)合材料。例如，專利號(hào)US6644700B2 提出了一種復(fù)合材料的前唇（圖8），前唇的主體部分由具有高彈性的軟熱塑性烯烴彈性體制成，基座部分則由比主體部分更硬的聚丙烯樹脂或熱塑性烯烴彈性體制成，主體和基座在接合部位熔化并集成。通過彈性材料和硬質(zhì)材料的配合，減小擾流板的損壞。

4 專利技術(shù)推動(dòng)前唇技術(shù)的發(fā)展

4.1 加強(qiáng)專利管理機(jī)制

前唇技術(shù)的發(fā)展需要一個(gè)良好的法律和政策環(huán)境，尤其是對(duì)于專利管理的規(guī)范和監(jiān)管，需要進(jìn)一步加強(qiáng)。在此過程中，企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)應(yīng)加強(qiáng)專利管理，完善專利申請(qǐng)和授權(quán)流程，提高專利申請(qǐng)的質(zhì)量和效率。

4.2 加大技術(shù)投入

前唇技術(shù)的推廣需要企業(yè)不斷加大技術(shù)投入，以提高核心技術(shù)的創(chuàng)新和研發(fā)水平，從而獲得更多的專利技術(shù)保障。企業(yè)應(yīng)逐步增加研究和開發(fā)經(jīng)費(fèi)，并通過技術(shù)合作、聯(lián)合研發(fā)等方式拓寬技術(shù)渠道，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新。

4.3 加強(qiáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)

知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)是前唇技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的重要保障。企業(yè)應(yīng)注重知識(shí)產(chǎn)權(quán)的申請(qǐng)和保護(hù)，加強(qiáng)溝通協(xié)調(diào)，掌握國(guó)內(nèi)外知識(shí)產(chǎn)權(quán)信息，避免侵權(quán)行為，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。未來，前唇將發(fā)展得更強(qiáng)韌、更耐用、更靈活以及更智能化。前唇將采用更強(qiáng)韌的材料，以實(shí)現(xiàn)更高的抗撞性能；同時(shí)，將采用更加耐磨、耐腐蝕的材料，以延長(zhǎng)前唇使用壽命。在設(shè)計(jì)上也將對(duì)前唇不斷優(yōu)化，使其更加適應(yīng)各種駕駛場(chǎng)景，以達(dá)到更佳的行車效果。另外，前唇是車輛正面設(shè)備，可以通過其與智能化燈光指引、投影等結(jié)構(gòu)的組合，實(shí)現(xiàn)車輛意圖對(duì)車外行人的指引，提升安全性能。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過對(duì)汽車前唇專利的分析和研究，可以發(fā)現(xiàn)汽車前唇技術(shù)創(chuàng)新正在快速發(fā)展，并逐漸從制作材料、結(jié)構(gòu)形式等方面進(jìn)行拓展。前唇制作材料的改進(jìn)、結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化以及生產(chǎn)流程的優(yōu)化是前唇技術(shù)創(chuàng)新的主要趨勢(shì)。我們可以通過加強(qiáng)前唇技術(shù)專利申請(qǐng)和技術(shù)研究來推動(dòng)其突破和創(chuàng)新，提高其在汽車工業(yè)中的地位和作用。同時(shí)，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，未來汽車前唇技術(shù)將更加智能化。例如，深度學(xué)習(xí)、自然語(yǔ)言處理等技術(shù)被廣泛應(yīng)用于前唇技術(shù)中，從而使前唇更加自適應(yīng)、精準(zhǔn)化和可靠化。因此，對(duì)前唇技術(shù)專利技術(shù)的探索和研究具有重要意義，將促進(jìn)前唇技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和完善。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 李林， 林強(qiáng)， 陳建超， 等. 基于STAR-CCM+ 的某轎車減阻優(yōu)化研究[J].汽車技術(shù)，2016（09）：4-8.

[2] 孫文. 基于CFD 的低速賽車前尾翼設(shè)計(jì)[D]. 長(zhǎng)沙： 湖南大學(xué)，2016.

[3] 吳昊. 基于主動(dòng)傾斜式尾翼的車輛空氣動(dòng)力學(xué)研究[D]. 福州： 福建工程學(xué)院，2022.

[4] 包崇美. 風(fēng)阻、風(fēng)噪如何做到極限？關(guān)注奧迪e-tron 的風(fēng)洞測(cè)試[J]. 世界汽車，2021（02）：88-91.

[5] 羅秋麗， 張風(fēng)利， 張榮榮， 等. 比亞迪漢空氣動(dòng)力學(xué)開發(fā)[J]. 汽車工程學(xué)報(bào)，2020，10（06）：399-406.

作者簡(jiǎn)介：

劉亞楠，碩士，助理研究員，研究方向?yàn)檐囕v配件。

劉然，碩士，助理研究員，研究方向?yàn)檐囕v制動(dòng)器。