汽車及總成部件

汽車纖維增強樹脂保險杠

本研究采用纖維增強樹脂作為汽車保險杠橫梁的主要材料。日本專利（公開號2014-24394）已用纖維增強樹脂作為后保險杠橫梁；美國（Pat.7954865）已用蜂窩結(jié)構(gòu)體固定在保險杠橫梁端部設(shè)計保險杠。在后保險杠發(fā)生碰撞時，沖擊負荷會集中作用在保險杠上一點，這樣后部保險杠橫梁將承受較大彎矩，可能發(fā)生局部破碎，且無法充分吸能而發(fā)揮其作用。為了避免這種情況，可以增加后保險杠梁的板厚度，以提高其彎曲強度。但會導(dǎo)致后保險杠梁的質(zhì)量增加，而蜂窩結(jié)構(gòu)體可能無法充分發(fā)揮其能量吸收性能。鑒于上述情況，設(shè)計了一種纖維增強樹脂保險杠，以達到輕量化及高效吸能的效果。

保險杠橫梁采用纖維增強樹脂制成，布置在車輛寬度方向。并且對保險杠橫梁（圖1）進行改進，其采用變截面設(shè)計，中間部分采用小截面，U型底部截面保持不變，U型兩端部分采用大截面，截面由U型兩端向底部小截面平滑過渡。這樣，在較小碰撞的情況下，將沖擊負荷集中于保險杠橫梁的兩點上，從而減小作用于保險杠橫梁的彎矩峰值。此外，通過使橫梁變截面部分和最大截面部分承受彎矩，可以提高保險杠橫梁的強度，同時減小其厚度，從而達到減輕質(zhì)量的目的。

圖1 保險杠橫梁結(jié)構(gòu)示意圖

保險杠橫梁為層狀體，由多層不同方向纖維組成，其中至少有兩層纖維方向平行于車寬方向的連續(xù)纖維增強樹脂層，有一層纖維方向垂直于車輛寬度方向的連續(xù)纖維增強樹脂層，以及一層纖維方向隨機且不連續(xù)的纖維增強樹脂層。將不連續(xù)纖維增強樹脂層應(yīng)用于保險杠橫梁的邊緣部分，并覆蓋連續(xù)纖維增強樹脂層邊緣部分的凸緣。保險杠橫梁包括工字型截面橫梁底壁、工字型截面橫梁上壁、工字型截面橫梁下壁，及由不連續(xù)纖維增強樹脂層制成的連接底壁、上壁和下壁的加強肋，加強肋布置在多個關(guān)鍵受力部分。因此，采用價格昂貴的連續(xù)纖維增強樹脂層和廉價的非連續(xù)纖維增強樹脂層保險杠橫梁，可在滿足安全需求的情況下降低成本。

通過采用所設(shè)計的保險杠結(jié)構(gòu)，可以在減輕質(zhì)量的同時，承受較大彎矩，并實現(xiàn)卓越的碰撞吸能效果，本發(fā)明不僅可用于車輛后保險杠設(shè)計，同樣適用于前保險桿設(shè)計。

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作者：SJ Kim

編譯：徐嘉浩