某车侧碰结构轻量化设计与分析

初阳

摘要：本文阐述了某轿车通过结构轻量化设计，将原结构进行优化，例如更改A柱板、B柱板、增加B柱内板加强板、更改门槛梁后端加强板等，并在后续的CAE分析、样车验证中证明，此分析方法是有效的、切实可行的，达到原结构设计的刚度和强度，同时比原设计减轻重量34%。

关键词：B柱；轻量化；CAE分析；结构设计

1.引言

由于安全法规和市场对汽车碰撞安全的要求不断提高，传统车身的质量将有可能越来越大，但同时，车辆轻量化又是实现车辆燃油经济性的重要措施，在侧面碰撞中，轿车车身允许碰撞变形的余地很少，因此通常会采取加强B柱和车门的耐碰撞能力的方式来提高车身的碰撞性能。

本文针对某车型侧碰结构展开轻量化设计分析，并原设计基础上进行了结构优化设计，如将B柱、B柱内板加强板、门槛内板等车身中的重要结构部件都设计成刚性结构，增强侧围刚度，用以达到确保对乘员空间侵^量小的目的。

2.侧碰相关结构件设计及改进方法

B柱及门槛在侧面碰撞中都具有极其重要的作用。在该车模型分析中，B柱及门槛等件在侧碰碰撞中的变形模式不够理想，B柱及门槛处变形较严重，导致侵入量偏大。而人体胸部的损伤（肋骨变形指数RDC）与B柱处撞击假人的速度成正比，因此本车在侧面碰撞中存在较大的人体胸部损伤风险。B柱的侵入量和侵入速度在优化前均超出设计目标值。

综上所述，通过CAE分析在侧面碰撞过程中各个部位的变形量、相对车内的侵入量以及各个测量点的侵入速度，通过多轮的方案改进，对B柱、门槛内板等件结构予以优化设计，提高车辆的被动安全性能：

2.1A柱：由于A柱结构刚度较弱，导致侵入量大，通过优化A柱结构进行实现。将其材料由H500改为H340，厚度由1.8mm改为1.5mm，减重0.47kg。

2.2B柱：（1）通过分析对B柱外板下段优化设计结构，进行弱化处理，减重0.33kg。（2）增加B柱内板加强板。其厚度为1.2ram，材料为H340。

2.3门槛：（1）优化设计门槛梁后端加强板结构。其材料340LAD，厚度1.5mm，减重0.72kg。（2）优化门槛内板结构。其材料由H340改为H500，厚度由1.2mm改为1.0mm，减重1.43kg。

2.4天窗加强板：优化天窗加强板结构设计。其厚度由1.5mm改为1.2mm，减重0.79kg。

2.5前座椅后横梁：通过分析增加前座椅后横梁，材料DC54D+ZF，厚度1.2mm。

3.碰撞安全CAE分析

B柱对于汽车发生侧面碰撞时乘员的损伤程度有着直接的影响。B柱既不能过硬，也不能过软。因为B柱过硬会使能量迅速转移到乘员身上，不能使能量通过车身和变形移动壁来很好地被吸收；相反，B柱过软则会使其变形过大，从而对车内乘员造成更大的伤害。合理的B柱变形模式和侵入速度能有效防止侧面碰撞中人的损伤，通过优化B柱、门槛等件而使侧围达到了合理的变形模式和侵入速度、侵入量，从而既减轻了重量，又有效改善侧碰性能。

改进结果分析分别给出了B柱变形位置测量示意图和50km/h的侧碰模型图，侧碰的重要指标主要是B柱的压缩量和侵入速度，在B柱上一共选取7个点进行分析评估。表l中列出了B柱模拟碰撞结果。从表中可以看出，优化前后侧碰对B柱整体侵入量有明显的改善，侧碰中B柱侵入量减少15mm以上。改善B柱变形模式后，B柱处侵入量减小较明显，同时，在门槛等部件所引起的侵入量也有一定的减小，整车侧碰安全性能明顯提高并减轻了整车重量。

4.结论

本文介绍了某车型侧碰结构轻量化设计，对B柱、门槛等件进行优化设计，并进行CAE分析。与目标值对比分析，并针对相关件进行改进，从表1计算结果可知，进行一系列优化后，侧碰结果显示既保证了刚度和强度，又减轻重量34%，轻量化效果显著，并降低了整车成本。