某車側(cè)碰結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計與分析

初陽

摘要：本文闡述了某轎車通過結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計，將原結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，例如更改A柱板、B柱板、增加B柱內(nèi)板加強板、更改門檻梁后端加強板等，并在后續(xù)的CAE分析、樣車驗證中證明，此分析方法是有效的、切實可行的，達到原結(jié)構(gòu)設(shè)計的剛度和強度，同時比原設(shè)計減輕重量34%。

關(guān)鍵詞：B柱；輕量化；CAE分析；結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.引言

由于安全法規(guī)和市場對汽車碰撞安全的要求不斷提高，傳統(tǒng)車身的質(zhì)量將有可能越來越大，但同時，車輛輕量化又是實現(xiàn)車輛燃油經(jīng)濟性的重要措施，在側(cè)面碰撞中，轎車車身允許碰撞變形的余地很少，因此通常會采取加強B柱和車門的耐碰撞能力的方式來提高車身的碰撞性能。

本文針對某車型側(cè)碰結(jié)構(gòu)展開輕量化設(shè)計分析，并原設(shè)計基礎(chǔ)上進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，如將B柱、B柱內(nèi)板加強板、門檻內(nèi)板等車身中的重要結(jié)構(gòu)部件都設(shè)計成剛性結(jié)構(gòu)，增強側(cè)圍剛度，用以達到確保對乘員空間侵^量小的目的。

2.側(cè)碰相關(guān)結(jié)構(gòu)件設(shè)計及改進方法

B柱及門檻在側(cè)面碰撞中都具有極其重要的作用。在該車模型分析中，B柱及門檻等件在側(cè)碰碰撞中的變形模式不夠理想，B柱及門檻處變形較嚴(yán)重，導(dǎo)致侵入量偏大。而人體胸部的損傷（肋骨變形指數(shù)RDC）與B柱處撞擊假人的速度成正比，因此本車在側(cè)面碰撞中存在較大的人體胸部損傷風(fēng)險。B柱的侵入量和侵入速度在優(yōu)化前均超出設(shè)計目標(biāo)值。

綜上所述，通過CAE分析在側(cè)面碰撞過程中各個部位的變形量、相對車內(nèi)的侵入量以及各個測量點的侵入速度，通過多輪的方案改進，對B柱、門檻內(nèi)板等件結(jié)構(gòu)予以優(yōu)化設(shè)計，提高車輛的被動安全性能：

2.1A柱：由于A柱結(jié)構(gòu)剛度較弱，導(dǎo)致侵入量大，通過優(yōu)化A柱結(jié)構(gòu)進行實現(xiàn)。將其材料由H500改為H340，厚度由1.8mm改為1.5mm，減重0.47kg。

2.2B柱：（1）通過分析對B柱外板下段優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)，進行弱化處理，減重0.33kg。（2）增加B柱內(nèi)板加強板。其厚度為1.2ram，材料為H340。

2.3門檻：（1）優(yōu)化設(shè)計門檻梁后端加強板結(jié)構(gòu)。其材料340LAD，厚度1.5mm，減重0.72kg。（2）優(yōu)化門檻內(nèi)板結(jié)構(gòu)。其材料由H340改為H500，厚度由1.2mm改為1.0mm，減重1.43kg。

2.4天窗加強板：優(yōu)化天窗加強板結(jié)構(gòu)設(shè)計。其厚度由1.5mm改為1.2mm，減重0.79kg。

2.5前座椅后橫梁：通過分析增加前座椅后橫梁，材料DC54D+ZF，厚度1.2mm。

3.碰撞安全CAE分析

B柱對于汽車發(fā)生側(cè)面碰撞時乘員的損傷程度有著直接的影響。B柱既不能過硬，也不能過軟。因為B柱過硬會使能量迅速轉(zhuǎn)移到乘員身上，不能使能量通過車身和變形移動壁來很好地被吸收；相反，B柱過軟則會使其變形過大，從而對車內(nèi)乘員造成更大的傷害。合理的B柱變形模式和侵入速度能有效防止側(cè)面碰撞中人的損傷，通過優(yōu)化B柱、門檻等件而使側(cè)圍達到了合理的變形模式和侵入速度、侵入量，從而既減輕了重量，又有效改善側(cè)碰性能。

改進結(jié)果分析分別給出了B柱變形位置測量示意圖和50km/h的側(cè)碰模型圖，側(cè)碰的重要指標(biāo)主要是B柱的壓縮量和侵入速度，在B柱上一共選取7個點進行分析評估。表l中列出了B柱模擬碰撞結(jié)果。從表中可以看出，優(yōu)化前后側(cè)碰對B柱整體侵入量有明顯的改善，側(cè)碰中B柱侵入量減少15mm以上。改善B柱變形模式后，B柱處侵入量減小較明顯，同時，在門檻等部件所引起的侵入量也有一定的減小，整車側(cè)碰安全性能明顯提高并減輕了整車重量。

4.結(jié)論

本文介紹了某車型側(cè)碰結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計，對B柱、門檻等件進行優(yōu)化設(shè)計，并進行CAE分析。與目標(biāo)值對比分析，并針對相關(guān)件進行改進，從表1計算結(jié)果可知，進行一系列優(yōu)化后，側(cè)碰結(jié)果顯示既保證了剛度和強度，又減輕重量34%，輕量化效果顯著，并降低了整車成本。