2020年10月，國務院常務會會議通過了《新（xīn）能源汽車產業發展規劃》。《規劃》表明，2021年起（qǐ）國家生態（tài）文明試驗區、大氣汙染防治重點區域（yù）新增（zēng）或（huò）更新公交、出（chū）租、物流配送等（děng）公共領域（yù）車輛，新能源汽車比例不低於80%。2020年11月，國務（wù）院（yuàn）辦公廳印（yìn）發《新能源（yuán）汽車產業發展（zhǎn）規劃（2021～2035年（nián））》，要求深（shēn）入實施發展新能源汽車國家戰略，推（tuī）動中國新能源汽車（chē）產業高（gāo）質量可持續發展，加快建設汽車強（qiáng）國。

中國的新能源汽車發展勢（shì）頭強勁，國家（jiā）為推動新（xīn）能源汽車的發展，出台了很多相關政（zhèng）策，而實際國產新能源汽車的（de）發展也沒（méi）有（yǒu）辜負眾望，未來十（shí）年國產新能源汽車有望在世界汽車領域實現彎（wān）道超車。

新能源汽車的動（dòng）力問題已經有了很多方案，如氫能源、電能源等（děng），其（qí）中電能源應用最廣且效果（guǒ）甚佳，目前新能源汽車所（suǒ）暴露的最大問題就是關於汽車輕量化的問題，如何在保證可靠性能的前提下盡可能地減（jiǎn）輕汽車重量，如何針對（duì）汽車結構（gòu）、材料及工藝方麵提出更加行之有效的輕量化方案是新能源汽車（chē）發展的主要問題之一。

汽車的前防撞梁是汽車最重要（yào）的安全裝置（zhì）之一，本（běn）文將針對本公司（sī）新（xīn）開發某款新能（néng）源車型前防撞（zhuàng）梁的設（shè）計共同（tóng）進行探討學（xué）習。

產品（pǐn）設計背景

產品（pǐn）設計作用

汽車前防撞梁在正常（cháng）汽車使用（yòng）中有著（zhe）至關重要的作用。

第一，車輛在正常行（háng）駛的（de）過程中，與正向的車（chē）輛或障礙物相撞，受到局部撞擊，前防撞梁需保證有足夠的（de）強度和剛度，避免前防撞梁因強（qiáng）烈的撞擊折斷傷害車內乘客以及（jí）汽車內重（chóng）要部件；

第（dì）二，在車輛正常行駛中與（yǔ）正向的車輛或障礙物發生低速相撞，前防撞梁需要保證衝擊避免（miǎn）損壞前大燈（dēng）以及其他重要部（bù）件，最大程度的降低維（wéi）修費用，這（zhè）就（jiù）需要使防撞梁（liáng）除了（le）有足夠的強度剛度外，還需要有優（yōu）良的吸（xī）能特性；

第三，在高速行駛（shǐ）時（shí），與正向來車或障（zhàng）礙（ài）物劇烈相撞，巨大的撞擊能量可以通（tōng）過前防撞梁吸（xī）收並傳遞給車身整體，使衝擊（jī）能量均勻分布到車身結構（gòu），最大限度的（de）吸收緩衝能量。

產品設（shè）計意義

汽車輕量化（huà）在新能源汽車的應用有著重大的意義（yì），汽車每減重10%，它的燃油經濟性、加速性能、動力性能、負載性能（néng）均可得到一定程度地（dì）提升，同時（shí），汽車尾氣的排放可減少7%以上，同理，可減少的能源消耗也將大於7%，質量減小，慣性減小，緊急製動（dòng）距離也隨之縮短。

汽車的輕量化也是新能源能否快速發展的關鍵因素，對於新能源汽車而言（yán），質（zhì）量減輕10%，續航就可（kě）提升5%～6%，汽車（chē）輕量化可有效緩解能源供應壓力、環境保護壓力、和諧汽車社會壓力。實現汽車（chē）輕量化的主要方式是新材料、新工藝、新結構三個途徑，其中新型高強度（dù）、低密度和高減重潛力的材料及專用或適應性更強的新工藝對其影響巨大（dà）。

產品設計思路

產品結構要求

汽車前防撞梁作為（wéi）在高（gāo）速正向碰撞時（shí）吸（xī）收和（hé）傳遞能量的主要零件，在實現輕量化的同（tóng）時，安全性必須（xū）嚴格把（bǎ）控。前防（fáng）撞梁總成安裝位置位於前機艙，與縱梁端板、前端模塊通過螺栓連接，具（jù）體位置如圖1所示，圖中各個零件對其材料、屈服強度要求不同，如圖2，車身紅色部分防撞（zhuàng）梁要求屈服強度高，車身黃色部分防撞結構件要求屈服強度稍低，粉色（sè）部分如吸能盒（hé）的屈服強度最低。

粉色部分主（zhǔ）要起潰縮吸能的作用，在設計的時候就需要保證防撞梁的強度要（yào）大於吸能盒，這樣才能保證車身在受到撞擊時實現（xiàn）有序潰縮變形，達到最佳吸能（néng）效果，最大（dà）程（chéng）度的保證車內人員以及汽車（chē）重要部件不受損害。

圖1 前防撞梁總成安裝位置

圖2 車身結構件強度標識

產品連接方式（shì）

前防撞梁與（yǔ）車身的固定方式采用螺栓連接，方便對其更換。前防撞梁主要由橫梁、吸能盒和安裝底板組成，通（tōng）過焊接連接，吸能盒與安裝板采用焊接連接，安裝底（dǐ）板用於實現車體與部件的連接。如圖3所示，提升了安全性的同時，也防止了在輕碰撞時隻更換吸能盒的不（bú）當操作，在輕（qīng）度碰撞時，低屈服強度的吸能盒吸收能量，產生一定（dìng）程度的潰縮（suō），而防撞橫（héng）梁的屈服強度要比吸能盒高，所以不會產生太大程度的變形，但其內（nèi）部已經產生變形，並不能有效保證安（ān）全性，所以需要更換前（qián）防撞梁總成（chéng）。

圖3 前防撞（zhuàng）梁總成

產品選材性能

橫梁作為前防（fáng）撞（zhuàng）梁主要剛性支（zhī）撐件，在發生（shēng）低速碰撞時，減輕（qīng）車體前部電子（zǐ）元件的損傷並將能量傳遞給其他結構件，在（zài）高速碰撞時（shí）除了將能量（liàng）傳遞也（yě）將抵擋障礙物直接損傷車體和乘客，吸能盒（hé）吸收並傳遞能量，同時在（zài）高速碰撞時（shí）發生變形保證橫梁的穩定性，該產品的材料性能如表1所示（shì）。

橫梁結構及工藝設計

拉彎成型工藝是（shì）通過設備（bèi）拉伸缸鉗（qián）口夾住（zhù）型材，並給材料施加一個預拉伸力，達到材料屈服強度，拉彎機回轉（zhuǎn）缸加載彎曲回轉，拉彎缸施加軸向拉彎力，如（rú）圖4所示，使型材圍（wéi）繞拉彎模具做（zuò）貼合運動產生塑性變形（xíng），根據材料的回彈（dàn）情況增加補（bǔ）拉伸，工件在彎曲過（guò）程中，拉伸缸對材料始終施加軸向拉伸力（lì），材料長（zhǎng）度伸長部分始終被拉伸缸牽引補償，這就避免了材料起皺的趨勢，達到良好的弧度效果，拉彎原理圖如圖5所示。

汽車前防撞梁橫（héng）梁的截麵主要（yào）有“口”“日”“目”“田”等，本產品（pǐn）選用（yòng）“目”截麵型材，可有效（xiào）提升產品（pǐn）的（de）強度。常規的截麵有開口形式和閉口形式，從結構（gòu）強度上來講，閉口形式的要（yào）優於開口形式，從輕（qīng）量化的角度上來講，開口形（xíng）式優於閉（bì）口形式（shì）。本產品采用（yòng）的是熱（rè）處理可強化鋁合金，也稱航空硬鋁，實質上輕量化已經得到了很大程度（dù）地提升，采用閉（bì）口形式可有效提升防撞梁的強度（dù），使輕量化和強度盡量達到一個絕對平衡的狀態（tài）。

圖4 拉彎設（shè）備作業

圖4 拉彎設備作業

圖5 拉彎設備原理

吸能盒結（jié）構設計

如（rú）圖6所示，為吸能盒數模結（jié）構，單獨的“口”型界麵無法滿（mǎn）足碰撞要求強度（dù），為了加強結構強度中間設有加強筋，吸（xī）能盒在理（lǐ）想（xiǎng）狀態下，在受到輕度碰撞（zhuàng）時可以發生變形吸能，保護汽車內部結構，而在重（chóng）度撞擊時可以（yǐ）吸收能量並且發揮出更高的強度效果，本產品吸能（néng）盒半包裹（guǒ）橫梁截麵，受到撞擊時，兩側向中間擠壓，如（rú）圖7所示，可達到更好的強度效果。

圖6 前（qián）防撞梁吸能盒

圖7 前防撞梁吸能盒受（shòu）力分析

如圖8，發成碰撞時前防撞梁橫梁（liáng）把力傳遞給車身各（gè）個結構（gòu）件，隨著力的增（zēng）大，屈服強度最低的吸能（néng）盒吸能（néng）優先發生潰縮，潰縮方向按照三角方向可達到最佳的潰縮效果，為了使潰縮（suō）方向按照（zhào）標準方向潰縮，吸能盒上設置了潰縮引導。

圖8 前防撞梁吸能盒潰縮試（shì）驗

產品（pǐn）設（shè）計分析

產品材料介紹

該前（qián）防撞梁所用材料為（wéi）鋁合金，牌號為6082和6063，鋁（lǚ）合金的密度是鋼（gāng）材的三分之一，同體積下鋁（lǚ）合（hé）金的（de）質量為鋼的三分之一（yī）。在防撞梁的應用中，鋁合金材料要比鋼材料（liào）減重35%～60%，在防（fáng）撞（zhuàng）梁發生碰撞時（shí），鋁材料要比鋼材料多吸收50%～70%的（de）衝擊能量，鋁材料有較好的耐腐蝕性，便於再次回收利用，各零件普（pǔ）遍所用（yòng）的材料如表2。本產品橫梁部分選用6082-T6，如（rú）上文所述，可達到高強度、低重量的效果。吸能盒選用6063-T6，可達到良好的吸能效果（guǒ）。

新材料拓展

在這個新（xīn）型技術及材料不斷更迭的時代，鋁合金的（de）風靡也可能是一時的，未來幾（jǐ）年汽車是（shì）否會大量采用鋁合金材料仍存在很大的不確定性，下麵為國內外關於汽車前防撞梁新型材料研究成果:

玻璃鋼（gāng）（玻璃纖維增強塑料），在同等強度要求（qiú）下，它的成本要比鋁合金材料低2～3倍，甚至比金屬材（cái）料（liào）還要低20%～30%，並且製作周期要相比金屬材料短10%，該材料相對密（mì）度在1.5～2之間，隻有普通碳鋼的1/4到1/5，拉伸強度、彎曲強度和壓縮強度可達到400MPa以上，它具有塑料的耐腐蝕、絕緣、工藝性（xìng）好等優點，也有（yǒu）著鋁合金材料的高強度、熱性能良好等優點（diǎn），但（dàn）是也存在彈性模量（liàng）小、不能長期暴露在高溫場（chǎng）合等缺點。

泡沫鋁合金（泡沫（mò）鋁），該材（cái）料是在純鋁或鋁合金中加添加劑發泡而成，具有密度小、高（gāo）衝擊能量吸收、耐高溫、耐腐蝕、隔音防震、低導熱、易加工等優點，它的密度是（shì）金屬鋁的0.1～0.4倍，高比剛度。

碳纖維，是一種由碳元素組成的特種纖維，它導電、導熱，並（bìng）且強度較（jiào）高，呈纖（xiān）維狀，柔軟，可塑性（xìng）較強。目前在汽車領域的應用遠不及鋁合金，其原（yuán）因主要在於碳纖維製（zhì）造成本高昂，難以回收利用，並且製造過程複雜，但是如寶（bǎo）馬、奔馳、奧迪（dí）等這些車企都成立了關於碳纖維的研究公司，可見碳纖維有著很大的發展前景。

產品設計選材

本文關於防撞梁的設計將應用在某款（kuǎn）高端輕量化電動汽車上（shàng），該款（kuǎn）汽（qì）車為轎車，汽車地盤較低，並且動力較強，這就需要保證（zhèng）駕駛安全（quán）的（de）前提下將汽車（chē）的（de）輕量化發揮到極致，所以，對於橫梁（liáng）以（yǐ）及吸能盒（hé）均（jun1）采用鋁合金材料，前防撞梁橫梁是采用鋁合（hé）金材料拉彎成型的，吸能盒則采用機加成型，安（ān）裝板以及支架同樣（yàng）采用鋁合金材料，這種選材方（fāng）法極大地（dì）減輕了前防撞梁總成（chéng）的重量，各個零件總重量為8.037kg，如表3所示。

結（jié）論

汽車（chē）的前防撞梁是汽車重要安全部件之一，其中橫梁又是前防撞梁的核心（xīn）零件，其安全性尤為重要（yào）。前防撞橫梁選用6082-T6合金鋁板，是一種可熱處（chù）理強化的合金鋁板，相比（bǐ）而言具有（yǒu）良好的焊接性，中等強度，並（bìng）且耐（nài）腐（fǔ）蝕，質量輕，在高速船隻（zhī）上應用較（jiào）多，這（zhè）些優勢同（tóng）樣也適用於汽車前（qián）防撞梁，易於滿足安全性（xìng）能及實現輕量化。

鋁合金材質的前防撞梁在滿足設計要求的同時，其屈服強度、剛度以及模態均要優於鋼製前防撞梁，並且鋁合金材質在吸振性能上要更加優良，提升了整車（chē）的NVH性能，可以給使用者更（gèng）加直接純（chún）粹的舒適，進而提升整車的性能。吸能盒的結構減小了（le）正麵受力的變形量，增（zēng）大（dà）了截麵受力，有效的改善了吸能盒（hé）的吸（xī）能特性和潰縮（suō）特性，使整車的安全性及耐（nài）撞性得到提升。

來源：網絡

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