保险杠设计指南-LV-02.03--lv

保险杠系统设计开发指南

——乘研院内外饰部

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前言

随着社会不断发展，人类安全意识的不断完善，试验条件的不断提升，世界各国对保险杠技术条件及行人保护要求的提高，因此对保险杠的性能要求逾严格。

保险杠是重要的外观件安全件。保险杠在碰撞时充分吸收能量，保护车辆的功能件能正常工作，行人碰撞时，降低对人体的伤害程度。本章主要介绍：保险杠的发展，分类，主要功能，在设计中应满足的国标和欧标法规要求，功能要求，安装，拆装方便性；保险杠常见结构，选材要求，我司现有保险杠结构；工艺合理性，间隙分析，常见的失效模式等。

目录

1、简要说明 (6)

1.1保险杠的发展 (6)

1.2 汽车保险杠的种类 (6)

1.3保险杠的主要功能 (6)

1.3.1 保护功能 (6)

1.3.2 装置功能 (7)

1.3.3 为车辆冷却系统提供换气通道 (7)

1.3.4 外观装饰功能 (7)

1.3.5 提高空气动力特性 (7)

2、设计构想 (7)

2．1满足法规要求 (7)

2.2满足冷却系统的有效进风面积 (7)

2.3符合造型要求，整体外观的流畅，协调性 (7)

2.4低成本,自重轻, 材料的可回收利用性 (7)

2.5工艺可行性，拆装方便的原则 (7)

2.6进行数据较核..........................................................................................................错误！未定义书签。

3、保险杠法规要求 (8)

3．1 GB17354-1998 ECE R42 《汽车前、后端保护装置》 (8)

(10)

（满载情况下的接近角，及离去角） (10)

3．3外部突出物法规 (10)

3．4 应有足够空间安装牌照及满足牌照的视野要求 (12)

3．5轮胎中心向前30°和向后50°的两个辐射平面内充分盖住轮胎(GB7063-94) (13)

3．6 行人保护要求（EEVC Working Group 17 Pedestrian Safety） (14)

4.保险杠的材料及结构 (18)

4.1 保险杠材料的选择 (18)

4.1.2 PP基础树脂的选择 (19)

4.1.3 抗热氧老化剂的选择 (19)

4.1.4抗紫外线剂的选择 (19)

4.2材料标准确定 (19)

4.3 保险杠结构 (20)

4．4我司现有车型保险杠结构 (20)

5．保险杠在设计机构中应注意的问题 (21)

5.1设计失效模式分析—DFMEA (22)

5.1.1典型截面 (22)

5.1.2失效模式分析及对策 (23)

5．2结构的合理性 (25)

5.2.1 产品“三化”设计 (25)

5.2.2 保险杠系统结构设计 (25)

5.2.3 零件的形状 (25)

5.2.4 可制造性 (25)

5.2.5 可靠性 (26)

5.2.6 零件的壁厚 (26)

5.2.7脱模角度 (26)

5.2.8加强筋 (27)

5.2.9 支撑面 (27)

5.2.10圆角 (27)

5.2.11孔 (27)

5．3工艺合理性 (27)

5.3.1保险杠系统零部件的安装 (28)

5.3.2安装方式 (28)

5.3.3安装点数量 (28)

5．4间隙、公差分析 (29)

5.4.1累积公差原理 (29)

5．4．2大灯同前保险杠间隙 (32)

5．4．3保险杠同翼子板间隙 (32)

5．4．4保险杠同前格栅的间隙 (32)

5．5工艺分析方法 (32)

5．5．1工艺方法 (33)

本体注塑成型，横梁冲压成型，发泡式缓冲器发泡成型。 (33)

5.6 后保险杠与牌照的对应尺寸 ........................................................................错误！未定义书签。

5.7 汽车保险杠的位置尺寸标准 (33)

5.8解决干涉质量问题的一般方法 (33)

5.8.1 问题调查 (33)

5.8.2原因分析 (33)

5.8.3整改方案的确定 (33)

5.8.4设计更改流程进行 (34)

6．主要性能要求 (34)

6．1材料性能要求 (34)

6．1．1高温性能 (34)

6．1．2低温性能 (34)

6．1．3耐光照牢度 (34)

6．1．4耐老化 (34)

6．1．5落球实验 (34)

6．1．6冲击韧性、缺口冲击强度 (35)

6．2．1耐热性能 (35)

6．2．2耐寒性能 (35)

6．2．3耐光性能 (35)

6．2．4耐侯性能 (35)

6．2．5耐热氧老化性能 (35)

7.道路试验要求 (35)

8．相关法规 (36)

1、简要说明

1.1保险杠的发展

汽车保险杠是吸收缓和外界冲击力,防护车身前后部的安全装置. 20年前,轿车前后保险杠是以金属材料为主,用厚度为3毫米以上的钢板冲压成U型槽钢,表面处理镀铬,与车架纵梁铆接或焊接在一起,与车身有一段较大的间隙,好像是一件附加上去的部件.

随着汽车工业的发展,汽车保险杠作为一种重要的安全装置也走向了革新的道路.今天的轿车前后保险杠除了保持原有的保护功能外,还要追求与车体造型和谐与统一,追求本身的轻量化. 为了达到这种目的，目前轿车的前后保险杠采用了塑料，人们称为塑料保险杠。

塑料保险杠是由外板、缓冲材料和横梁三部分组成。其中外板和缓冲材料用塑料制成，横梁用厚度为1.5毫米左右的冷轧薄板冲压而成Ｕ形槽；外板和缓冲材料附着在横梁上，横梁与车架纵梁螺丝连接，可以随时拆卸下来。这种塑料保险杠使用的塑料，大体上使用聚酯系和聚丙烯系两种材料，采用注射成型法制成。例如标致405轿车的保险杠，采用了聚酯系材料并用反应注射模成型法做成。而大众的奥迪100、高尔夫、上海的桑塔纳、天津的夏利等型号轿车的保险杠，采用了聚丙烯系材料用注射成型法制成。国外还有一种称为聚碳酯系的塑料，渗进合金成分，采用合金注射成型的方法，加工出来的保险杠不但具有高强度的刚性，还具有可以焊接的优点，而且涂装性能好，在轿车上的用量越来越多。

塑料保险杠具有强度、刚性和装饰性，从安全上看，汽车发生碰撞事故时能起到缓冲作用，保护前后车体；从外观上看，可以很自然的与车体结合在一块，浑然成一体，具有很好的装饰性，成为装饰轿车外型的重要部件。

1.2 汽车保险杠的种类

钢板保险杠

塑料保险杠

铝合金的保险杠

镜钢保险杠

1.3保险杠的主要功能

保险杠属于安全件。汽车保险杠不仅是吸收缓和外界冲击力保护车身安全的装置，而且也是车身外部的装饰品。它在车辆碰撞时起到吸收碰撞能量，降低对人体的伤害程度的作用。其主要功能有：

1.3.1 保护功能

在汽车发生纵向及角部碰撞时，保险杠应能吸收部分能量，以保护车身，整车照明系统，冷却系统，发动机盖，行礼箱盖等；行人保护功能，在保险杠下部加装有缓冲块，更好的保护行人碰撞时小腿的伤害值。

1.3.2 装置功能

在保险杠上，有的装置着灯具、牌照架及牌照等件，要给予足够的空间和装置条件；

1.3.3 为车辆冷却系统提供换气通道

1.3.4 外观装饰功能

1.3.5 提高空气动力特性

保险杠正面迎风面积较大，对空气动力特性的影响也大。前保险杠的最佳化设计对减小正面迎风阻力系数和升力系数效果明显。侧视图方向上，矩形断面保险杠的阻力最大，凸形断面的保险杠阻力较小。俯视图形状上，应消除棱角与修饰端头形状，以求同车身本体形状相匹配，这样可以减少气流剥离和涡流的产生。另外，保险杠的前端向前延伸可以减小阻力和升力，保险杠与车身本体间隙不宜大。在前保险杠下部设置导流板一类的形状，也对改善空气动力特性有作用。

2、设计构想

2．1满足法规要求

碰撞性能要求：2.5MPH BUMPER（ECE R42）；

行人保护性能要求：EEC70/156；

外部突出物要求：ECE R26。01，EEC 79/488；

2.2满足冷却系统的有效进风面积

2.3符合造型要求，整体外观的流畅，协调性

2.4低成本,自重轻, 材料的可回收利用性

2.5工艺可行性，拆装方便的原则

3、保险杠法规要求

3．1 GB17354-1998 ECE R42 《汽车前、后端保护装置》

车辆在按规定的条件和规程进行碰撞试验后，车辆应能满足下列要求：

前/后保险杠正向前/后保险杠30 °角

前/后保险杠碰撞高度要求

3．2车辆的通过性能

（满载情况下的接近角，及离去角）

车辆的接近角车辆的离去角3．3外部突出物法规

（GB11566-1995，ECE R26,EEC 74/483,EEC 79/488）要求如下：

保险杠与车身，所有端面应向内弯曲，且不能被直径为100mm的球体所接触，且与车身（发盖，后背门，翼字板，大灯等）表面配合间隙不超过20mm。保险杠上所有朝外表面且能被半径100mm的球所接触到的圆角半径应不小5mm（下图为S18前保外表面圆角的检查情况）

3．4 应有足够空间安装牌照及满足牌照的视野要求

GB15741-1995可视范围：安装于号牌板上的号牌应在如下空间范围内可视，该空间由以下四个平面组成：通过号牌两侧边并向外30°的两个铅垂面；通边号牌上边缘与水平向上15°的平面，经号牌下边缘的水平面（若号牌上边缘离地高度大于1.20m,该平面应与水平面呈向下15°）。

图为S18后保牌照安装情况的检查

3．5轮胎中心向前30°和向后50°的两个辐射平面内充分盖住轮胎(GB7063-94)

前/后保险杠如上图所示的范围内,向下的投影线必须盖住轮胎，要求如下图所示

3．6 行人保护要求（EEVC Working Group 17 Pedestrian Safety）

行人保护碰撞区域

下图a为保险杠,发盖间偏置量,b为吸能块,c为缓冲横梁,d为保险杠下护板;根据经验值,a的最小尺寸为75mm.

图为S18行人保护校核情况（结果符合法规）

图为S18行人保护校核情况（结果符合法规）

3.7 汽车保险杠的位置尺寸标准

本标准适用于载货汽车、轿车和乘员在17人以下的小型客车。

1保险杠应能在汽车低速行驶与同类车辆相撞时，保护汽车部件免受或减轻损坏。

2.轿车和小型客车应装置有前后保险杠，载货汽车应装置有保险杠。

3.保险杠应相对汽车纵向对称平面左右对称。

4.轿车和小型客车保险杠的长度应小于车辆宽的90％，载货汽车的保险杠长度应不小于车辆宽的70％。

5.保险杠的高度应在保险杠水平件有效接触面的上、下翼缘处测量。

注：为保险杠水平方向的有效接触区域，并沿水平方向的零部件称为水平件。

6、保险杠水平件（在不小于车辆宽的70％长度内）安装位置尺寸应符合下表规定。

7.保险杠上、下翼缘面与腹板相交处的圆角半径尺寸应尽量小。以免减少相撞时的有效接触面积。

8.保险杠应当具有一定的刚度和强度，一辆汽车应能在不小于5％的坡度路面上（干的水泥或沥青路面），向上推行另一辆同吨位满载汽车，而保险杠无明显变性。两车应对正接触。

基本车型的变型车保险杠位置尺寸可与基本车型相同。

4.保险杠的材料及结构

4.1 保险杠材料的选择

随着汽车工业的发展，全金属保险杠越来越不适应现代汽车在轻量化、高机能化以及与车体造型一体化等方面的要求，尤其在轿车、轻型车上，有用塑料保险杠取代全金属保险杠的趋势。作为钢铁件的替代产品，汽车塑料保险杠以其造型美观，重量轻，易于成型，耐腐蚀，成本低，综合机械性能良好，且容易实现规模化生产等优点在汽车行业占据了一席之地。目前，我国轿车。微型车、轻型车等生产厂家正在逐步实现该产品的更新换代。塑料保险杠取代金属保险扛是汽车行业的发展趋势。

保险杠材料要求在较宽的温度范围内刚性好，耐冲击性能好，尺寸稳定性好，耐溶剂性好，涂装性能好。

4.1.1 弹性体的选择

目前国外用于成型小轿车保险杠的聚丙烯专用科主要采取以下三种方法制得：

A．聚丙烯共聚物／EPDM共混料

B．丙烯一乙烯嵌段共聚物／聚烯径热塑性弹性体（简称TPE）共混料

C．橡胶物含量高达 35％的耐冲击型 PP／EPM“反应性共混料”

由于目前国内工业水平所限，国内轿车保险社多选用A、B方法，而其中又以A法居多。

采用弹性体AB分别共聚PP进行共混。A是一种EPDM，它具有优异的低温冲击效果，但其粘度大，与PP共混后流动性差。B是一种TPE，既有较好的冲击韧性，又和聚丙烯有很好的相容性，还能像一般热塑性塑料那样在通用加工设备上成型。不论从拉伸强度、断裂伸长率，还是冲击强度考察，弹性体B 均比A改性效果好，共混改性后树脂综合性能优。

4.1.2 PP基础树脂的选择

保险杠属于大型薄壁注塑件，由于其模腔结构的复杂性，要求共混材料有较好的加工性，即要有良好的流动性能。同时，保险杠是抗冲部件，使用单一的均聚PP与橡胶共混橡胶含量高，使共混物机械强度大幅下降，而且成本较高。添加嵌段共聚PP不仅模量下降不多，而且冲击强度较高，选择合适的添加比，可以做到最优的性能价格比。（见下表）

由上表可知，添加30％共聚PP-C的体系冲击强度大大提高，可达到 700J／m以上，而添加15％ PP-C 的冲击强度只比均聚PP-A体系稍高，约600J／m左右。此外，添加共聚PP-C的体系不但强度下降不多，而且流动性非常好，冲击强度也较高，完全适合保险杠的要求。

4.1.3 抗热氧老化剂的选择

抗氧剂的使用应考虑到抗氧剂的变色性、热稳定性、水解稳定性、挥发性、聚合物中的相容性、迁移性和抽出稳定性、工业卫生与安全等。同时抗氧剂之间存在着协同效应与对抗效应。因此，如何合理选择抗氧剂既是科学，又是艺术，用得好，可以起点石成金之功效，使塑料性能和制品使用价值倍增；反之，会事倍功半，甚至产生相反的效果．

4.1.4抗紫外线剂的选择

PP的光氧化主要是由在合成、加工和储存期间引入的催化剂残留物、氢过氧化物、羰基和双键所造成。这些残留物或基因能不同程度地吸收波长大于290nm的紫外光，并参与多种光化学反应。光稳定剂一般分为紫外线吸收剂、猝水剂、氢过氧化物分解剂、自由基捕获剂四类。目前PP光稳定剂主要有受阻胺光稳定剂（HALS）和紫外线吸收剂。由于PP对紫外线辐射特别敏感，尤其保险杠作为轿车的外饰功能件，使用于户外。因此，保险杠材料的紫外线吸收剂选用尤为重要。保险杠中使用光稳定剂，要注意它与树脂的相容性。这是因为一方面光稳定剂的使用度高于抗氧剂；另一方面，光稳定性在加工温度下溶解子聚合物中，而冷却后其溶解度降低甚至过饱和，从而导致起霜，影响了保险杠的外现质量。

4.2材料标准确定

同一类材料执行不同材料标准，其试验项目，成品性能，模具设计均有差异。根据产品将要投放国家地区的不同，汽车材料工程师可确定材料具体执行的标准，或请原材料供应商提供相关资料。

现代轿车外饰件一般多为注塑喷漆或皮纹件，喷漆件为保证与车身颜色及漆面质量的一致，在选材时必须考虑喷涂系统。例如北美车身油漆多采用高温烘烤系统，外饰件选材时相应亦须选择可高温烘烤的原料。皮纹件选材时须特别考虑原料的颜色及耐候性能是否满足设计要求。

4.3 保险杠结构

M1类车保险杠要求满足GB17354中规定的低速碰撞要求，它们的共同特点是都有能量吸收体。这类保险杠一般由面罩、能量吸收体、骨架及连接件组成。

常见吸能体形式：

①、简筒结构能量吸收式，这种能量吸收装置利用机械油等液体和在高压下像硅酮橡胶那样的显示液体性质的材料，通过偏移时产生粘性阻力吸收冲击能，吸能率高。其特点是保险杠突出车身外的量小、耐温性好。保险杠表面一般采用不锈钢材料，或聚氨酯和聚丙烯等树脂。

②、发泡树脂能量吸收式，这种形式比上述形式结构简单、质量小、成本低，并且有可吸收上下、左右偏置输入力的能力。能量吸收发泡树脂采用聚氨酯和聚丙烯等发泡树脂，在受冲击时可吸收大的变形及变形过程中的能量。保险杠外表在受冲击变形后要恢复原状，所以应采用聚氨酯和聚乙烯发泡树脂等复原性好的材料。

③、蜂窝状结构树脂能量吸收式，结构与前一种相同，但采用的不是发泡树脂，而是成型蜂窝状聚氨酯等树脂结构。由于是靠蜂窝部分的压缩来吸收能量，所以比发泡树脂吸能能效高，但应注意它有模具费用高和模具修整困难等缺点.也有采用聚丙烯(改性PP)材料的.

4．4我司现有车型保险杠结构

A11前、后保险杠的材料选用PP+ PE，其中PE使保险杠具有一定的弹性，保险杠结构分为内外两层，本体＋缓冲器，缓冲器用热板焊接工艺连接到本体上。缓冲器采用蜂窝状结构，使保险杠的缓冲性能发挥到极限。

S11前、后保险杠的材料选用PP+ EPDM+T15，其中EPDM使保险杠具有一定的弹性，S11考虑到成本，缓冲器结构相当简单，性能上相对于A11的要差些。

B11前、后保险杠的材料选用PP+ EPDM+T10，其中EPDM使保险杠具有一定的弹性，保险杠结构分为内外两层，本体＋缓冲器，缓冲器用卡扣联接到本体上。前保险杠缓冲器采用中空状结构，材料为GMT，强度很好，有很好的缓冲性能，但价格昂贵。后保险杠缓冲器也采用中空状结构，材料为PC+PBT，强度很好，但保险杠的缓冲性能相对来说不如A11。

S18保险杠由缓冲横梁、（吸能器）吸能泡沫、本体及连接支架组成，其中吸能器采用PP发泡的形式。（下图为S180前保险杠系统构成图）

保险杠本体，上下格栅，拖钩盖，下部支撑护板材料采用PP+EPDM+T20:其中的PP为保险杠外罩的基体，EPDM能够提高保险杠外罩的弹性，而T20的含义是材料中加上20％的滑石粉，主要是提高保险杠外罩的刚度。吸能块一般采用EPP或者是PP发泡结构，起到吸收撞击能量的作用。前/后保缓冲横梁本体材料采用冷轧高强度结构钢B340/590DP，缓冲横梁支架采用B180P2（相对横梁本体的材料，该材料强度较低，但价格便宜），主要是为了满足欧洲法规中的前/后碰撞要求。两侧支架材料采用PP66+GF30%，该材料具有韧性好，表面坚硬的特性。下部支撑护板主要起行人保护作用，碰撞时支撑保护小腿，并起一定的美观作用。以上提到的这些材料一般均具有回收再利用的环保效果，可以降低对于环境的污染。