汽车保险杠轻量化的设计

 汽车轻量化设计有两大途径：一是通过改变汽车零件的结构来达到的轻量化设计的目的。通过结构的改进，使部件薄壁化、中空化、小型化及复合化，继而轻量化；二是使用轻量化材料，通过采用轻量化的金属和非金属材料，主要是采用高强度钢材、铝镁合金、工程塑料和各种复合材料进行汽车轻量化设计。

    同样，保险杠的轻量化设计也不外乎这两种方式。

    由于保险杠是由多个部分组成的，因此其采用的材料也非常广泛。例如金属材料一般用于保险杠内部的加强梁和大型车辆的保险杠外覆盖件上；而小型车辆保险杠的外覆盖件及部分承担吸能任务的元件则采用了复合材料。值得一提的是，在绝大多数小型乘用车辆如轿车或者小型面包车上，保险杠的外覆盖件都采用了塑料材料而非金属，这一方面是出于保护行人考虑，另一方面也可以进一步减小整车质量，而且此类材料的记忆特性可以使得保险杠在轻微碰撞后自动复原。当然，无论是新的金属还是复合材料，其研发目的都是更强、更轻。本文将分别介绍这些轻量化材料。

    1铝

    铝的密度仅为钢铁的1/3，是以轻量化为设计目标的汽车保险杠频繁采用的材料。奥迪100C3轿车的前保险杠是由塑料制成的外板和由铝合金制成的横梁等组成，横梁的材料为A1MgSMnW27，板厚为2.0mm。用铝合金做前保险杠横梁的主要目的是减轻质量，其次是利用其吸收碰撞能量的特点。

    2泡沫铝

    近来，德国不来梅的科学家已经成功研制出泡沫金属铝，用这种材料制造的汽车保险杠，能很大程度地将两车的碰撞能量吸收掉，使汽车的安全性得到很大改善。有试验表明，两辆各自总质量(包括轿车和乘客)为2000kg，行驶速度为20km/h的轿车相碰撞，只需3块15cm×15cm×10cm的泡沫金属铝就能将碰撞能量吸收掉，而这样的3块泡沫金属铝价格也就只有几十元。

    从性能上说，泡沫铝填充圆管在轴向冲击时具有非常优异的抗冲击能量吸收作用，因此它在机械缓冲装置中具有非常广泛的应用前景。对比传统的薄壁空心金属保险杠，在吸能相同，圆管壁厚、圆管内半径和圆管长度均相同的情况下，泡沫铝填充圆管汽车保险杠只需泡沫铝填充圆管11根，而空心金属圆管保险杠需空心金属圆管20根，一根泡沫铝填充圆管吸收的能量与一根空心金属圆管吸收的能量相比提高了82%，因此泡沫铝填充圆管汽车保险杠的质量比空心金属圆管保险杠的减少了55%。汽车专用料、功能母料技术研讨及新产品推广。