某車側碰結構輕量化設計與分析

初陽

摘要：本文闡述了某轎車通過結構輕量化設計，將原結構進行優化，例如更改A柱板、B柱板、增加B柱內板加強板、更改門檻梁后端加強板等，并在后續的CAE分析、樣車驗證中證明，此分析方法是有效的、切實可行的，達到原結構設計的剛度和強度，同時比原設計減輕重量34%。

關鍵詞：B柱；輕量化；CAE分析；結構設計

1.引言

由于安全法規和市場對汽車碰撞安全的要求不斷提高，傳統車身的質量將有可能越來越大，但同時，車輛輕量化又是實現車輛燃油經濟性的重要措施，在側面碰撞中，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。

本文針對某車型側碰結構展開輕量化設計分析，并原設計基礎上進行了結構優化設計，如將B柱、B柱內板加強板、門檻內板等車身中的重要結構部件都設計成剛性結構，增強側圍剛度，用以達到確保對乘員空間侵^量小的目的。

2.側碰相關結構件設計及改進方法

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

綜上所述，通過CAE分析在側面碰撞過程中各個部位的變形量、相對車內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、門檻內板等件結構予以優化設計，提高車輛的被動安全性能：

2.1A柱：由于A柱結構剛度較弱，導致侵入量大，通過優化A柱結構進行實現。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柱外板下段優化設計結構，進行弱化處理，減重0.33kg。（2）增加B柱內板加強板。其厚度為1.2ram，材料為H340。

2.3門檻：（1）優化設計門檻梁后端加強板結構。其材料340LAD，厚度1.5mm，減重0.72kg。（2）優化門檻內板結構。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：優化天窗加強板結構設計。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柱對于汽車發生側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面碰撞中人的損傷，通過優化B柱、門檻等件而使側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，又有效改善側碰性能。

改進結果分析分別給出了B柱變形位置測量示意圖和50km/h的側碰模型圖，側碰的重要指標主要是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柱模擬碰撞結果。從表中可以看出，優化前后側碰對B柱整體侵入量有明顯的改善，側碰中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，整車側碰安全性能明顯提高并減輕了整車重量。

4.結論

本文介紹了某車型側碰結構輕量化設計，對B柱、門檻等件進行優化設計，并進行CAE分析。與目標值對比分析，并針對相關件進行改進，從表1計算結果可知，進行一系列優化后，側碰結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。