保险杠产品设计开发流程

保险杠产品开发流程 1 保险杠产品设计开发流程 概 述 分类及构成 造型 保险杠结构设计原则 设计、开发流程 油泥 保险杠材料选择 结构 保险杠安装硬点布置 提纲 保险杠安装点常用方式及其特点 保险杠附件相关设计 选材原则选材方法 材料构成及性能分析 材料构成 常见材质问题分析 注塑工艺相关参数简介 制造工艺 打磨及喷漆工艺简介 主要失效模式及分析 保险杠的新技术、新工艺及发展趋势 4.1概述 保险杠--指位于车辆正面、下部和外部的结构包括所有设计用于当车辆与其它车辆发生低速正面碰撞时为车辆提供防护的结构装置以及附件。 汽车保险杠主要分为前保险杠和后保险杠属于安全件。保险杠作为汽车的外部防护零件的一部分具有如下作用: ? 在车辆发生正、斜碰撞时起到减轻人员伤亡和车辆损坏的作用 ?为照明系统及前后通风系统提供了一定的安装空间与支撑 ?又具有装饰美化车身的作用 ?其它功能。 4.2分类及构成 2 4.2.1 分类 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。年前轿车前后保险杠是以金属材料为主用厚度为毫米以上的钢板冲压成形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上。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的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毫米左右的冷轧薄板冲压而成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、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。 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衬支架也基本不吸能所以缓冲吸能能力较差基本只起装饰作用不起保护作用。我国市场上的部分轻型客车使用的就是非吸能式保险杠这其实是汽车安全性能的一个重大隐患。 吸能式保险杠按缓冲吸能的方式不同可大致分为三类自身吸能式、液压吸能式、带气腔式。另外出于保护行人的现在国外也在研究安全气囊式保险杠。 详细介绍 普通式自身吸能式保险杠Conventional Bumper System 这种保险杠结构比较简单它主要通过内衬和支架的变形吸收能量。大部分轿车都是使用这种型式的保险杠。由于支架需要有一定的强度因此通常使用金属材料而内衬的材料则多种多样包括各种塑料、泡沫状金属材料、树脂等复合材料和蜂窝状材料等。这种保险杠的缓冲性能通常由缓冲材料的特性决定。 液压吸能式保险杠Hydraulic Bumper System 这种类型的保险杠如图所示。液压缓冲器通常作为保险杠的支架。当汽车与障碍物发生碰撞时 3 冲击力通过横杠内侧加强件传到活塞上活塞推动液压油通过节流孔压向活塞右腔推动活塞向左移动并使氮气受到压缩。这样利用液压油的节流力吸收能量效率可以高达80工作特性比较稳定。撞击后靠氮气产生复原动力使保险杠复位。这种保 险杠由于造价较高通常使用在高档的轿车上。 1—横杠 2—横杠加强梁 3—氮气 4—活塞杆 5—浮动活塞 6—液压油 7—节流孔 8—缸体 图1 液压吸能式保险 带气腔式保险杠Gas tube Bumper System 这种类型的保险杠与第一类保险杠的区别如图所示。气腔通常作为内衬安装在外盖板和横杠之间。当碰撞发生时气腔被压缩进而影响其外面包裹部件的变形方式从而改善吸能效果。相关文献曾指出合理的设计气腔个数和气压并保证包裹气腔部件的强度这种保险杠与第一类保险杠相比能使15km/h、40偏置碰撞的减速度减小2050。 图2 带气腔式保险杠和普通保险杠的结构对比 安全气袋奖,崭蹵irbag Bumper System 这是一种专门为了保护行人而设计的保险杠。简单的说就是把安全气囊装入保险杠内。在行人触及保险杠的瞬间保险杠内藏推板迅速落下阻止行人被撞倒在车底下与此同时保险杠前方和两侧的气囊迅速充气将被撞行人托起。这种保险杠可以有效的保证被撞行人的安全但尚处于研究和试验阶段。 4.2.2 构成 4 常见的汽车保险杠系统通常由外盖板、内衬、横杠、支架等部分组成 其中内衬和支架都可作为缓冲吸能元件: FRP保险杠骨架: 由于一些高档轿车很注重制品的美观和软饰化故在制作汽车保险杠时采用热塑性塑料注射保险杠面罩而用片状模塑料压制保险杠骨架. 例如一汽----Audi100 轿车后保险杠总成其保险杠面罩采用改型聚丙烯注射成型保险杠骨架则选用玻璃纤维增强不饱和聚酯模压成型由于其弯曲强度达340MPa因而此保险杠骨架既满足对其刚性等方面的要求又比钢板重量轻因而达到降低车身自重的效果. 随着材料科学不断发展及环保要求现在常见的内衬材料为PP或EPP发泡层优点是 具有一定的强度吸能效果好重量轻等 4.3设计和开发流程 4.3.1造型 效果图除了要美观风格要和车身相衬还必须满足各种功能及法律法规要求选配的附件尽量采用现有的或尽量不要改变尺寸各种功能件及保险杠附件的位置要符合整车布置和人机工程的要求 ?须考虑涉及保险杠的相关法规要求 外部突出物要求、 行人保护要求、后牌照可见性要求 ? 其它功能要求 人员踩踏便利性、网格进风面积、车辆防盗 ?人机系统的协调造型设计的首要任务是满足乘员生理上和心理上的需求必须按照人机工程学的原理满足使用方便性、环保等一系列的要求。 ?创造性 ?时尚性 超前性 造型设计须具备有强烈的时代感随着科学技术的发展造型设计的条件比过去优越得多不断发展的新材料、新工艺、新技术为造型设计创造了跟上时代发展的条件。另一方面随着人们生理、心理及社会环境的变化审美观点也在改变。好奇、好胜、求新、求美的心理状态是促进造型延边的重要因素。 ?经济性 造型设计要考虑降低材料与能源的消耗提高工艺性以降低成本。同时根据汽车的使用对象和车型级别等对汽车的形状和装饰予以权衡。汽车作为价格较高的耐用商品是以它的竞争力和效益来体现其价值的物美价廉是造型设计追求的目标 5 各项法规介绍 A、行人保护 74/483/EEC规定了检验汽车前部的行人安全性能的实验方法是目前较为系统的行人保护法规我国改革开放后道路设施不断完善高速公路里程不断伸延乘员伤害的比例不断上升。虽然从比例上看行人伤害的比例有所下降但行人伤害的绝对人数却在迅速增加。 74/483/EEC规定了检验汽车前部的行人安全性能的实验方法是目前较为系统的行人保护法规 怎样的车头最危险是那些高头大马的平头车包括那些散热器高于人体胸部的凸头车如客车、运货车之类。这些车不管保险杠位置是高或是低人被撞后只有垫车底一条路即使车速很低也会出人命在停车场压死人的个案不在小数。无论在什么情况下对这些车都要敬而远之。不管它外型多么漂亮色彩多么柔和我看着都是凶 神恶煞。 有的车个子较小保险杠高度不超过人体大腿如轿车、轻型越野车。但是这些车往往速度比较高对人体撞击力比较大人被撞后多数会扑向前挡风玻璃甚至拥抱车顶有的会滑过车顶摔到地面。我看到这些车感觉象看到蛮不讲理的街霸。 有少数的车同样牛高马大但是保险杠位置很低发动机罩倾斜且前端在人体腰部位置以下。这些车撞人的伤害程度比平头车小人被撞后倒向汽车一边被车抱着走。目前捷豹车已通过法兰克福车展向公众展示了具有极高安全性能的全球首创爆发式行人撞击引擎盖抬升系统PDBS。一旦被撞人倒向发动机罩或前挡风玻璃立即启动保护机构抱紧被撞的人不让离开汽车。 A-1名词解释 “地面参照面”-------应指一个平行于地面的平面代表手制动器拉起并处于正常行车状态的车辆所静止停放其上的地平面。 “保险杠”-------- 应指位于车辆正面、下部和外部的结构包括所有设计用于当车辆与其它车辆发生低速正面碰撞时为车辆提供防护的结构装置以及附件。保险杠的参照高度和侧面极限由本部分第2.5.1项至2.5.5项所定义的保险杠拐角和保险杠参照线确定。 “保险杠上参照线”------确定保险杠与行人之间重要接触点的上限位置。保险杠上参照线被定义为一根700毫米长的直尺与保险杠之间最上端接触点的几何轨迹。将直尺保持与车辆纵垂面平行并向后倾20度在始终保持与地面和保险杠表面接触的情况下横向通过车辆前部见图1a。在必要的情况下可缩短直尺的长度以避免直尺与位于保险杠上方的其它车辆部件接触。 6 “保险杠下参照线”------确定保险杠与行人之间重要接触点的下限位置。保险杠下参照线被定义为一根700毫米长的直尺与保险杠之间最下端接触点的几何轨迹。将直尺保持与车辆纵垂面平行并向前倾25度在始终保持与地面和保险杠表面接触的情况下横向通过车辆前部见图1b。 “上保险杠高度”-------应指车辆处于正常运行状态时地面和本部分第2.5.1 项所定义的保险杠上参照线之间的垂直距离。 7 “下保险杠高度”------应指车辆处于正常运行状态时地面和本部分第2.5.2 项所定义的保险杠下参照线之间的垂直距离。 “保险杠拐角”------应指一个与车辆的纵垂面呈60度夹角并与保险杠表面相切的垂面与车辆之间的接触点见图2。 “保险杠三分之一线”------应指位于本部分第2.5.5项所定义的两保险杠拐角之间并将该保险杠平均分成3等分的几何轨迹。上述轨迹应使用一根软尺沿保险杠的外轮廓进行测量并确定。 “保险杠导程”------应指本部分第2.5.1项所定义的保险杠上参照线与本部分第2.9.2项所定义的发动机罩前沿参照线之间的水平距离。 “正面上表面”------应指车辆除挡风玻璃、A柱以及挡风玻璃和A柱之后所有结构以外的所有外部结构的上表面包括但不仅限于发动机罩、翼子板、挡风玻璃和发动机罩之间部分、雨刷和挡风玻璃下框等。 “1000 毫米包络参照线” ------应指一根1000 毫米长软尺的末端在正面上表面形成的几何轨迹。始终将上述软尺保持在车辆的纵向垂直平面内并横向地划过车辆的发动机罩和保险杠。在上述操作过程中软尺应始终处于绷紧状态且其中一端应始终位于保险杠前沿面的下方并与地面接触另一端始终与正面上表面接触见图3 。车辆应处于正常行车状态。分别使用1500 毫米长和2100毫米长的软尺按照上述程序操作确定1500 毫米包络参照线和2100 毫米包络参照线。 8 “发动机罩前沿参照线” ------应指一根1000毫米长的直尺与发动机罩正面之间的接触点所形成的几何轨迹。将上述直尺保持与车辆纵垂面平行并向后倾斜50度保持直尺的下端离地间距为600毫米在始终与发动机罩前沿保持接触的情况下横向划过发动机罩前沿见图4 。对于发动机罩顶面倾斜角度为50度的车辆按照上述程序确定发动机罩前沿参照线时直尺将与发动机罩形成完全接触或多点接触而并非单点接 触。在这种情况下应将直尺的后倾角度调整为40度。若某种车辆的形状决定了直尺的下端首先与发动机罩接触则发动机罩前沿参照线于车辆侧面的部分应以上述接触点所形成的几何轨迹为准。若某种车辆的形状决定了直尺的上端首先与发动机罩接触则发动机罩前沿参照线于车辆侧面的部分应以本部分第2.8项所定义的1000毫米包络参照线为准。若保险杠的顶边在整个操作过程中始终与直尺接触则保险杠的顶边应视为发动机罩前沿。 9 A-2小腿模拟撞击器与保险杠的撞击测试 一般规定 保险杠测试中所使用的小腿模拟撞击器在撞击瞬间应呈自由飞行状态。小腿模拟撞击器应被从与车辆相隔一定距离的位置发射进行自由飞行并确保在小腿模拟撞击器与保险杠碰撞并反弹的过程中该撞击器不会与推进装置发生接触从而影响测试结果。 撞击器可使用气动、弹簧或液压枪推进亦可采用其它能够获得同样效果的方式进行推进。 测试说明 本测试的目的是确保车辆符合指令2003/102/EC 附件I第3.1.1.1项和3.2.1.1 项所规定的要求。 至少应进行3次小腿模拟撞击器与保险杠的撞击测试分别在保险杠中段及两边三分之一段上被认为最容易造成伤害的部位进行测试。所选定的测试点之间的间距至少应达到132毫米且各个测试点与保险杠拐角的间距至少应达到66毫米。上述距离应使用一条软尺沿车辆外表面绷紧测量。测试部门选定进行测试的位置应在测试报告中体现出。 生产厂家可将可移动式拖钩所在部位定为免测部位以免损毁该部位。 A-3大腿模拟撞击器与保险杠的撞击测试 1. 一般规定 1.1 进行保险杠撞击测试的大腿模拟撞击器应通过一个限定扭矩的接头装配于推进系统上以防止过度的偏心负载对引导装置造成损坏。大腿模拟撞击器的引导装置应装配低摩擦力且对偏轴负 10 载不敏感的导轨以确保撞击器仅沿着规定的撞击方向移动。上述导轨应能够防止大腿模拟撞击器在其它方向上的运动如绕某个轴旋转等。 1.2 撞击器可使用气动、弹簧或液压枪推进亦可采用其它能够获得同样效果的方式进行推进。 2. 测试说明 2.1 本测试的目的是确保车辆符合指令2003/102/EC 附件I第3.1.1.1 项和3.2.1.1 项所规定的要求。 2.1.1 如果测试部位的下保险杠高度超过500 毫米且生产厂家选择进行大腿模拟撞击器撞击测试而并非小腿模拟撞击器撞击测试则大腿模拟撞击器与保险杠的撞击测试应在本部分第2章第3.2项所规定的部位进行。 2.1.2 生产厂家可申请将可移动式拖钩所在部位定为免测部位以免损毁该部位。 2.2 测试方法 2.2.1 测试装置 2.2.1.1 大腿模拟撞击器应为刚性结构在撞击一侧应覆盖泡沫塑料层长度应为350? 5毫米并应符合本章第4条以及本部分图4a的规定。 2.2.1.2 大腿模拟撞击器上应装配2个负载传感器分别用于测量大腿模拟撞击器两端所承受的力同时应装配多个变形测定器分别用于测量大腿模拟撞击器中心以及中线两侧50毫米处所承受的弯曲力矩见图4a。 11 2.2.1.3 对于所有的传感器其按照ISO 6487:2000 所定义的仪器响应值CFC 应达到180 力度传感器按照ISO 6487:2000 标准所定义的响应值CAC 应为10千牛顿用于测定弯曲力矩的变形测定器按照ISO 6487:2000 标准所定义的响应值CAC 应为1000牛顿米。 2.2.1.4 大腿模拟撞击器应符合本附件附录I第3条所规定的性能要求用于覆盖大腿模拟撞击器的泡沫塑料和撞击器在进行合格验证测试时所覆盖的泡沫塑料应从同一块泡沫塑料板材上裁切而得。在完成一次合格验证后大腿模拟撞击器最多可用于进行20次撞击然后应再次进行合格验证。任何大腿模拟撞击器在进行合格验证后最迟不超过1年 应再次进行验证。对于任何大腿模拟撞击器若在某次撞击测试中其传感器的输出值超过规定的CAC响应值则该撞击器应重新进行合格验证。 2.2.1.5 大腿模拟撞击器应按 照本章第2.1和2.2项的规定进行装配、推进和发射。 2.2.2 测试程序 2.4.2.1 车辆或子系统的状态应符合本部分第1章所规定的要求。测试设备、车辆或子系统的温度应稳定于20?4摄氏度。 2.4.2.2 测试应在本章第3.2项所规定的保险杠部位进行。 2.1.1.1 撞击方向应与车辆的纵轴平行。在与保险杠第一次接触时大腿模拟撞击器轴应处于垂直状态。上述方向的误差不得超过?2?。在与保险杠第一次接触时大腿模拟撞击器的中线应处于保险杠上参照线和保险杠下参照线之间误差不得超过?10 毫米。同时大腿模拟撞击器中线与选定撞击点的横向偏差亦不得超过?10毫米。 2.1.1.2 在撞击保险杠时撞击器的撞击速度应为11.1?0.2米/秒。 3. 大腿模拟撞击器 3.1 大腿模拟撞击器包括推进和引导装置的总质量应9.5?0.1公斤。大腿模拟撞击器的实际质量可在上述数值的基础上进行?1公斤的浮动但撞击速度也应按以下公式进行相应的调整 3.2 大腿模拟撞击器的正面构件、位于负载传感器总成前面的部件以及负载传感器总成中位于能动部件之前的部件但不包括泡沫塑料和皮肤其总质量应为1.95?0.05 公斤。 3.3 泡沫塑料应为2块厚度为25毫米的CONFOR 牌CF-45型泡沫塑料板。皮肤应为1.5毫米厚的纤维增强型橡胶薄板。泡沫塑料和皮肤的总质量应为0.6?0.1公斤 不包括用于将橡胶皮肤后部边缘固定 12 在大腿模拟撞击器后面构件上的固定装置等。泡沫塑料和橡胶皮肤均应向后折叠橡胶皮肤通过一个垫片连接至大腿模拟撞击器后面构件确保橡胶皮肤的侧面平行。泡沫塑料的尺寸和形状应确保泡沫塑料和大腿模拟撞击器正面构件之后的部件之间存在空隙从而避免在泡沫塑料和上述部件之间形成负载。 3.4 正面构件上应装配3个变形测定器以分别测定图4a所示3个位置的弯曲力矩。上述变形测定器应装配于撞击器正面构件的背面。其中2个变形测定器安装于撞击器对称轴两侧各50?1毫米处中间的1个变形测定器安装于对称轴上位置误差不得超过?1毫米。 3.5 应在适当位置装配1个限定力矩型关节以确保大腿模拟撞击器正面构件的纵轴与引导装置的轴相互垂直误差不得超过?2?。限定力矩型关节的力矩应至少设定为650 牛顿米。 3.6 撞击器上位于限定力矩型关节之前的所有部ㄋ酱捻缆氲鹊闹匦挠β湓谧不髌髯菹蛑邢呱衔蟛畈坏贸 毫米。 3.7 负载传感器中线的长度应为310?1毫米正面构件的直径应为50?1毫米 B保险杠外部突出物 1 保险杠两端应向车身表面弯曲以降低被堵塞的危险性至最小。如果保险杠是嵌入式的或和车身结构形成一体的或保险杠端部向内弯曲使其不能被直径100 mm 的球体所接触并且保险杠端部和附近的车身表面之间的间隙不超过20 mm则应该认为满足要求。 2 如果与汽车竖直方面投影的轮廓线相一致的保险杠线条在一刚性平面则此平面在从其轮廓线起向内20 mm 所有点处至少应有5 mm 的曲率半径另外在其它情况下曲率半径至少为2.5 mm。此规定应用于从轮廓线至向内20 mm 处的环状区域这一区域位于与车辆纵向对称平面各成15?角见图1的两竖直平面轮廓线切线点之间和前方或后部对于后保险杠的情况。 3 第 2 条的要求不适用于保险杠上的镶嵌件或装在保险杠上的但凸出高度不足5 mm 的零件尤其是前照灯洗涤器的连接盖及喷嘴这些零件向外的棱角应为圆滑除了那些凸出不足1.5 mm 的零件的棱角。 13 4.3.2油泥 根据平面效果图制作油泥模型和数据模型数据模型是运用逆向技术在油泥模型的基础上建立的。有时也可以直接在三维设计软件中构建数据模型以减少设计成本。在制作模型过程中同时进行工程校核满足各项法规要求和其他功能的要求满足各个选配附件的大小和位置要求除此之外还要进行结构分块考虑各部件制造工艺和材料。 4.3.3光顺 光顺的要求很简单外表面所有高 可见区表面都应达到A级曲面。A面标准属于汽车企业的核心技术。体现的是一个企业纳杓扑己头绺瘛?比如GM标准的美式作风——粗旷GM的A面标准要求在汽车业中属于比较低的。 A-class包括多方面评测标准比如说反射是不是好看、顺眼等等。当然G2可以说是一个基本要求因为g2以上才有光顺的反射效果。但是即使G3了也未必是a-class也就是说有时虽然连续但是面之间出现褶皱此时就不是a-class。 4.4保险杠结构设计 结构设计是一个比较繁杂的工作需要的周期也是最长的。 保险杠设计原则 14.