为了提高铝合金在汽车产品中的材料利用比率，同时实现前防撞梁轻量化设计，通过对铝合金防撞梁和高强钢防撞梁对比分析，论述了铝合金材料在汽车前防撞梁轻量化的应用。文章针对前防撞梁市场应用情况调查及碰撞仿真分析阐明了铝合金防撞梁的应用可行性。分析结果表明：通过合理结构设计，在相同的碰撞仿真条件下，铝合金防撞梁比吸能优于钢制防撞梁。
汽车前防撞梁一般隐藏在前保险杠里面以及车门内部，在较大冲击力作用下，弹性材料已经不能缓冲能量，真正起到保护车内乘员的作用，它是车身被动安全系统的一部分，防撞梁其实并不是让车子“防撞”，它的主要作用是传力。简单概括，防撞梁的作用是：低速碰撞能减少维修成本，高速碰撞有助于提高保护性，尤其在复杂真实的环境碰撞中。
一、汽车前防撞梁市场应用情况调查
汽车前防撞梁作为汽车的安全部件，通常采用金属材质，如高强度钢材和铝合金等。它一般由防撞横梁、吸能盒、吸能盒加强件及连接板组成。图1 示出汽车前防撞梁安装位置。图2 示出汽车前防撞梁实物图。
图1 汽车前防撞梁安装位置
图2 汽车前防撞梁实物图
通过市场调查，共统计65 款车型前防撞梁材料应用情况，自主品牌19 款车型，其中2 款车型应用铝合金防撞梁；合资品牌46 款车型，有10 款车型应用铝合金防撞梁。前防撞梁应用情况统计，如表1 所示。
表1 汽车前防撞梁应用情况统计表
调查结果显示：合资品牌铝合金防撞梁应用比例高于国内自主品牌2 倍多，行业内铝合金防撞梁应用是发展趋势。铝合金防撞梁平均质量4.5 kg，钢制防撞梁平均质量6.6 kg，差值约32%，可见铝合金防撞梁轻量化优势明显。部分铝合金前防撞梁应用车型，如表2所示。
表2 部分铝合金汽车前防撞梁应用车型
二、汽车前防撞梁碰撞仿真对比分析
通过HyperMesh 软件建立前防撞梁碰撞模型，模型建好后导入LS- DYNA 软件进行防撞梁性能仿真分析。工况选择防撞梁正面碰撞，防撞梁材料选用6061 系铝合金，碰撞质量设置为1 700 kg，选用速度为36 km/h，计算时间设置为30 ms。
图3示出高强钢汽车前防撞梁碰撞分析图。图3b显示高强钢汽车前防撞梁碰撞总能量约85 kJ，其中48.2 kJ 被吸收转化为内能，约56.7%的能量被吸收。
图3 高强钢汽车前防撞梁碰撞分析图
图4显示铝合金汽车前防撞梁碰撞总能量约85 kJ,其中58.3 kJ 被吸收转化为内能，约68.6%的能量被吸收。
图4 铝合金汽车前防撞梁碰撞分析图
比吸能即系统单位质量的吸能量，比吸能反映了不同材料和结构的吸能能力。在基于轻量化的结构设计中，希望结构件比吸能值越大越好[1]。图5 显示在30 ms 时铝合金防撞梁比吸能为11.3 kJ/kg，钢防撞梁比吸能为5.2 kJ/kg。铝合金防撞梁的比吸能是钢防撞梁比吸能的2 倍多。
图5 比吸能对比图
3、结论
在汽车产品制造中，逐步加大铝合金材料的应用比例是汽车轻量化的必然趋势，开发铝合金防撞梁是实现汽车轻量化主要途径之一，铝合金防撞梁经过设计验证后必将取代钢制防撞梁。
1）根据仿真分析结果，正面碰撞铝合金防撞梁吸收能量优于钢制防撞梁，满足设计使用要求。
2）铝合金相比钢材料有着密度小的优势，用铝合金结构代替传统钢结构，可使前防撞梁质量减轻30%～50%，轻量化效果显著。
3）通过对比合资车企与自主车企铝合金防撞梁应用情况，可发现采用铝合金防撞梁是汽车轻量化未来趋势。
4）对比防撞梁比吸能分析结果显示，铝合金防撞梁吸能能力明显优于钢防撞梁，有助于提高整车安全性。
