汽车及总成部件

汽车纤维增强树脂保险杠

本研究采用纤维增强树脂作为汽车保险杠横梁的主要材料。日本专利（公开号2014-24394）已用纤维增强树脂作为后保险杠横梁；美国（Pat.7954865）已用蜂窝结构体固定在保险杠横梁端部设计保险杠。在后保险杠发生碰撞时，冲击负荷会集中作用在保险杠上一点，这样后部保险杠横梁将承受较大弯矩，可能发生局部破碎，且无法充分吸能而发挥其作用。为了避免这种情况，可以增加后保险杠梁的板厚度，以提高其弯曲强度。但会导致后保险杠梁的质量增加，而蜂窝结构体可能无法充分发挥其能量吸收性能。鉴于上述情况，设计了一种纤维增强树脂保险杠，以达到轻量化及高效吸能的效果。

保险杠横梁采用纤维增强树脂制成，布置在车辆宽度方向。并且对保险杠横梁（图1）进行改进，其采用变截面设计，中间部分采用小截面，U型底部截面保持不变，U型两端部分采用大截面，截面由U型两端向底部小截面平滑过渡。这样，在较小碰撞的情况下，将冲击负荷集中于保险杠横梁的两点上，从而减小作用于保险杠横梁的弯矩峰值。此外，通过使横梁变截面部分和最大截面部分承受弯矩，可以提高保险杠横梁的强度，同时减小其厚度，从而达到减轻质量的目的。

图1 保险杠横梁结构示意图

保险杠横梁为层状体，由多层不同方向纤维组成，其中至少有两层纤维方向平行于车宽方向的连续纤维增强树脂层，有一层纤维方向垂直于车辆宽度方向的连续纤维增强树脂层，以及一层纤维方向随机且不连续的纤维增强树脂层。将不连续纤维增强树脂层应用于保险杠横梁的边缘部分，并覆盖连续纤维增强树脂层边缘部分的凸缘。保险杠横梁包括工字型截面横梁底壁、工字型截面横梁上壁、工字型截面横梁下壁，及由不连续纤维增强树脂层制成的连接底壁、上壁和下壁的加强肋，加强肋布置在多个关键受力部分。因此，采用价格昂贵的连续纤维增强树脂层和廉价的非连续纤维增强树脂层保险杠横梁，可在满足安全需求的情况下降低成本。

通过采用所设计的保险杠结构，可以在减轻质量的同时，承受较大弯矩，并实现卓越的碰撞吸能效果，本发明不仅可用于车辆后保险杠设计，同样适用于前保险杆设计。

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作者：SJ Kim

编译：徐嘉浩