初陽(yáng)

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

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

1.引言

由于安全法規(guī)和市場(chǎng)對(duì)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(lái)越大，但同時(shí)，車輛輕量化又是實(shí)現(xiàn)車輛燃油經(jīng)濟(jì)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(huì)采取加強(qiáng)B柱和車門的耐碰撞能力的方式來(lái)提高車身的碰撞性能。

本文針對(duì)某車型側(cè)碰結(jié)構(gòu)展開輕量化設(shè)計(jì)分析，并原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，如將B柱、B柱內(nèi)板加強(qiáng)板、門檻內(nèi)板等車身中的重要結(jié)構(gòu)部件都設(shè)計(jì)成剛性結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)側(cè)圍剛度，用以達(dá)到確保對(duì)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(jì)及改進(jìn)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(xiǎn)。B柱的侵入量和侵入速度在優(yōu)化前均超出設(shè)計(jì)目標(biāo)值。

綜上所述，通過CAE分析在側(cè)面碰撞過程中各個(gè)部位的變形量、相對(duì)車內(nèi)的侵入量以及各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的侵入速度，通過多輪的方案改進(jìn)，對(duì)B柱、門檻內(nèi)板等件結(jié)構(gòu)予以優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高車輛的被動(dòng)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(jìn)行實(shí)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(duì)B柱外板下段優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行弱化處理，減重0.33kg。（2）增加B柱內(nèi)板加強(qiáng)板。其厚度為1.2ram，材料為H340。

2.3門檻：（1）優(yōu)化設(shè)計(jì)門檻梁后端加強(qiáng)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(qiáng)板：優(yōu)化天窗加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。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(duì)于汽車發(fā)生側(cè)面碰撞時(shí)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?yàn)锽柱過硬會(huì)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(dòng)壁來(lái)很好地被吸收；相反，B柱過軟則會(huì)使其變形過大，從而對(duì)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(dá)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(jìn)結(jié)果分析分別給出了B柱變形位置測(cè)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(gè)點(diǎn)進(jìn)行分析評(píng)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(duì)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(shí)，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(jì)，對(duì)B柱、門檻等件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并進(jìn)行CAE分析。與目標(biāo)值對(duì)比分析，并針對(duì)相關(guān)件進(jìn)行改進(jìn)，從表1計(jì)算結(jié)果可知，進(jìn)行一系列優(yōu)化后，側(cè)碰結(jié)果顯示既保證了剛度和強(qiáng)度，又減輕重量34%，輕量化效果顯著，并降低了整車成本。