一、法规解读
1、常规测试区域的规定
保险杠拐角保险杠拐角是指1个与汽车的纵垂面呈60°夹角，并与保险杠表面相切的垂面与汽车之间的第1个接触点。从第1个接触点沿保险杠外表面弧线向Y0方向移弧长66mm的距离得到第2个接触点，2个第2个接触点之间的区域被定义为测试区域。通过上述几个区域的划分，得到了全部的保险杠测试区域。
2、试验结果要求对于前保险杠装置，在欧盟的行人碰撞保护技术指令2003/102/EC执行的第1阶段、第2阶段和Eu-roNCAP中，下腿部或选择上腿部的试验条件基本相同，但2个阶段有不同的伤害度限值。2个阶段的限值分别为：第1阶段：胫骨加速度200g，弯曲角度21°，剪切位移6mm；第2阶段：胫骨加速度150g，弯曲角度15°，剪切位移6mm。从上面这2组限值可以看出，2个阶段的主要差别就是伤害度限值，但达到第2阶段限值的难度远远超过了第1阶段。
二、外观造型的注意事项
一个好的造型师，不仅要考虑汽车外观新颖别致，还必须考虑如何让汽车更安全，更有利于制造，更容易满足法规要求。
1、正面造型对于前保险杠的正面来讲，最主要的一点就是保险杠蒙皮与前防撞梁之间要有足够的间隙，只有这样，才能在发生碰撞时有足够的缓冲距离，也能让结构设计工程师有空间进行合理的结构设计。通过设计实践和多款车的CAE分析，采用目前通用的蒙皮和缓冲材料，这一间隙至少要达到70mm以上[1]。如果采用特殊材料，可根据材料供应商的意见来适当调整。另外，前部造型应更竖直一些，应尽量减小车头保险杠的突出角度，使车头更加圆滑，以增大碰撞时的受力面积，从而降低与行人碰撞的危险性。
2、两侧造型两侧造型就是考虑如何在符合法规的前提下合理地缩小测试区域，而且最好能使测试区域不要超出前防撞梁。为了更有利于缓冲结构的设计，应是保证测试区域在前防撞梁边缘以内30mm以上。
3、下部造型由于欧盟的行人碰撞保护技术指令2003/102/EC第2阶段的严格要求，仅仅依靠中部的缓冲结构很难保证弯曲角度一项顺利过关，因此需要在前保险杠下部增加一些缓冲结构。正因如此，在外观设计时以往光滑圆润的下部弧线可能不再适合，需加入一些下部突出造型，并在其内部加入刚性缓冲结构，可以大大提高弯曲角度的通过系数。
三、前保险杠缓冲结构设计
按保险杠的功能，可分为非吸能式和吸能式。非吸能式保险杠由于没有内部的缓冲吸能结构，所以缓冲吸能的能力较差，基本只起装饰作用，不起保护作用。在行人保护法规执行以前，大部分车都没有考虑缓冲吸能问题，因此汽车前部的结构通常包括前保险杠蒙皮、前防撞梁和下部的发动机护板。吸能式保险杠按缓冲吸能的方式不同可大致分为3类：自身吸能式、液压吸能式及带气腔式。另外，出于保护行人的要求，现在国外也在研究安全气囊式保险杠。同时还有国外公司尝试使用过一种叫Xenoy树脂的新型材料来设计“行人下肢碰撞安全保护能量吸收器”。但由于液压吸能式及安全气囊式保险杠造价较高，通常用在高档轿车上，而新型材料目前还没有被广泛使用，因此，文章重点研究自身吸能式保险杠。这种前保险杠的典型结构应包含4个方面：1）前保险杠蒙皮，2）前防撞梁，3）中部缓冲结构，4）下部缓冲结构。对于结构设计来讲，只有在中部缓冲结构和下部缓冲结构上下足功夫，才能确保顺利通过低速行人保护碰撞测试。
1、中部缓冲结构中部缓冲结构目前主要有2种设计方法，一种是用发泡的缓冲泡沫，另一种是用塑料的防撞盒结构。1）缓冲泡沫使用比较普遍，常用的结构，置于前保险杠蒙皮和前防撞梁之间。通常此件的原材料为可发性聚丙烯泡沫塑料（Expandedpolypropy-lene，简称EPP）是一种发泡后的聚丙烯，该发泡材料除具有比重轻、高耐热性、高冲击能吸收能力、良好的回弹性和热成型性外，还受100%厂家的喜爱而被广泛应用。此件的形状设计并不是很复杂，它的设计关键在于形状与密度的结合才能充分发挥该材料的特性。2）塑料的防撞盒结构目前在国内用得还比较少，但国外已有很多车使用这样的结构来做行人保护缓冲装置。塑料防撞盒结构，这种结构通常由2个件组成，构成一个盒形的结构。内外板通过自身的卡接结构联接在一起，内板用4个卡接结构与前防撞卡接；外板起主要的缓冲作用，当受力达到设定值时，内板与防撞梁连接的卡扣会脱开，以防止塑料件受力过大。上述2种结构都需要CAE分析来辅助结构设计。
2、下部缓冲结构由于欧盟的行人碰撞保护技术指令2003/102/EC第2阶段对弯曲角度的严格要求，增加下部缓冲结构的设计既有利于通过法规关于弯曲角度的要求，又能够避免发生碰撞时，行人被卷入车下。这种设计有2种常用的结构，一种是用高强度的塑料件，另一种是在下部增加一根金属管梁。1）塑料的缓冲件，通常是以以往的发动机下护板为原型，在上面增加一些加强的结构；2）金属管梁结构是在保险杠的下部增加一根金属梁做为缓冲吸能装置，形状上与保险杠蒙皮保持间隙均匀即可。需要指出的是，无论采用上述2种方案中的哪一种，其与车身的安装结构都需要重新设计。为了能达到较好的缓冲吸能效果，这2种方案所设计的产品都应与水箱下横梁相连接，而且要有一个比较牢固的连接方式。同时，要在保险杠拐角点附近设计比较强的结构与车身的水箱下横梁连接。
四、结论
从以上分析可知，在设计过程中有2个关键要素必须控制：1）在保险杠两拐角之间的范围内，保险杠蒙皮与防撞梁之间的间隙至少要保证70mm以上，以便于布置缓冲结构；2）安装牢固的高强度下部缓冲结构必不可少。本研究是在实践的基础上总结出来的设计方法，可以在以后的设计中应用并能够解决汽车行人保护方面的难题。合适的外表面造型设计是顺利通过行人保护碰撞的先决条件，合理的缓冲空间布置和精确的缓冲件结构设计是其有效的保障。
作者：宋德福 单位：北京汽车股份有限公司汽车工程研究院
