刘文晶 程志雄 张朝辉 邱永建 闯超（吉利汽车研究院（宁波）有限公司）

通常所说的前防撞梁是指为了保护汽车在碰撞中少受或者不受破坏而设置的梁结构，它包括前端的横梁和左右的吸能盒，其重要的设计理念是前横梁一点受力后，将所受力快速传递到车身两侧纵梁[1]。而随着汽车市场安全要求的不断提高及工艺技术的不断成熟，安全碰撞对前防撞梁的要求也越来越高。虽然各种截面、各种技术的前防撞梁层出不穷，但是抗弯性能仍是考核前防撞梁性能的关键指标。文章通过对抗弯性能、轻量化、成本及成形性等各方面的综合考虑和对比分析，确定了前防撞梁平台化的截面结构。

1 设计要点

前横梁的第1个作用是在低速碰撞下，通过其本身高强度的结构，将能量分散给吸能盒，以减轻低速碰撞时汽车的损坏程度，进而降低维修成本[2]。另外一个作用是在高速碰撞中将碰撞能量均匀传递给左右纵梁等主要承受部件。

在正面碰撞中，前横梁将碰撞能量均匀地传递给左右前纵梁以及左右A柱，并通过纵梁和A柱将撞击力分散到车身的后部结构中，此种情况下，前横梁对于乘员基本起不到保护作用，承担吸能及抵御变形的主要是前纵梁、底梁和A柱等其他结构；但是在遭受部分重叠的正面碰撞，比如偏置碰撞时，前防撞梁可以将撞击侧受到的冲击传递到非撞击侧的前纵梁上，减少单边所承受的撞击力，为碰撞能量的分散与吸收提供了一条传递路径，这时候防撞梁才能真正起到作用。

防撞梁强度太弱，会导致防撞梁内凹，发动机严重受损，而和防撞梁相连接的吸能盒却安然无恙，防撞梁失去应有的作用。

综上可知，在碰撞过程中前防撞梁不能发生断裂失效，否则就不能在关键时刻起到传递和分解力的作用，所以防撞梁本身应该具有极高的强度，而影响其强度的有材料、结构和尺寸3个方面。

汽车防撞梁现在主要采用高强度钢材、玻璃纤维及铝合金等轻金属合金3种材料。

2 平台化设计分析

传统的前横梁是由冷轧钢板经过冷冲压成形，然后各零部件点焊连续成型。随着汽车轻量化的发展、安全性能的提升、先进材料的开发以及工艺技术的成熟，传统的冷冲压焊接前横梁逐渐被采用高强度钢板辊压成型的前横梁、热成型前横梁和铝制前横梁取代。图1示出各种工艺及其典型断面的前横梁。

图1 各种工艺及其典型前横梁截面形状示意图

在抗弯性能相当的情况下，不同工艺截面的前横梁质量及厚度的对比结果，如图2所示。

图2 不同工艺截面的前横梁质量及厚度对比

从图2中可以看出，在抗弯性能相当的情况下，辊压成型前横梁的料厚最薄，热成型前横梁的质量最轻，而传统的冷冲压前横梁质量最重。在等质量的情况下，不同工艺截面的前横梁抗弯性能对比结果，如图3所示。

图3 等质量不同工艺截面的前横梁抗弯性能对比

从图3中可以看出，在等质量的情况下，热成型前横梁的抗弯性能最好，而传统冷冲压前横梁抗弯性能最差。在等料厚的情况下，不同工艺的前横梁的抗弯能力对比结果，如图4所示。

图4 等料厚不同工艺截面的前横梁抗弯性能对比

从图4可以看出，在等料厚的情况下，辊压成型的前横梁抗弯性能较好。现对各种工艺及其典型断面的前横梁进行试验，得出的抗弯性能曲线，如图5所示。

图5 不同工艺及其典型截面前横梁抗弯性能曲线

从图5可以得出：在等料厚的情况下，辊压前横梁的抗弯性能较好，且随着变形量的推移，同等抗弯强度的辊压前横梁较热成型前横梁衰减小。

综上所述，从抗弯性能和轻量化方面考虑，热成型前横梁是最佳的选择方案，但是对于中低端车型来说，热成型前横梁的成本太高，需要根据前横梁结构造型重新开发模具；相对来说，辊压前横梁只需要根据造型调整弧度，截面可以沿用（成本低）且性能也满足要求；而铝合金挤压前横梁工艺技术成熟度不够，综合性能也不如辊压前横梁。所以综合考虑各方面信息，建议中低端车型选择辊压前横梁作为平台化发展方向。

3 结构设计

辊压前横梁的截面尺寸及形状繁多，常用B型和C型截面，这2种截面还有许多延伸截面，如图6所示。

图6 辊压前横梁B型及C型典型截面形状示意图

针对以上8种辊压前横梁典型截面，采用相同材料及相同厚度的前横梁进行抗弯性能试验，抗弯性能对比，如图7所示。

图7 不同截面辊压前横梁抗弯性能对比

根据不同截面的抗弯性能，截面2和截面7的抗弯性能最好，但由于截面7的前横梁Z向有效高度不足，满足不了碰撞安全要求。若增加截面7前横梁Z向有效高度以满足碰撞安全要求，则对空间布置是一个很大的挑战，且较难满足布置要求。综合对比不同截面前横梁的有效高度及抗弯性能，分析得出截面2和截面5的抗弯性能最好，故选择截面2和截面5作为平台化推广优选方案。

4 结论

在抗弯性能相当的情况下，辊压成型前横梁的料厚最薄，热成型前横梁的质量最轻，而传统的冷冲压前横梁质量最重；在等质量的情况下，辊压成型前横梁的料厚最薄，热成型前横梁的抗弯性能最好，而传统冷冲压前横梁抗弯性能最差；在等料厚的情况下，辊压前横梁的抗弯性能随时间的推移衰减最小；在相同辊压工艺的情况下，相同材料及相同厚度的前横梁，B型截面2和C型截面5的抗弯性能最好。

文章的研究对前横梁平台化以及辊压前横梁的截面选择具有指导意义。