基于侧碰多工况的汽车B柱结构设计.pdf
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1、第2 0 期AUTOMOBILE APPLIED TECHNOLOGY设i计研究10.16638/ki.1671-7988.2023.020.013基于侧碰多工况的汽车B柱结构设计崔克天,周丹凤*(宜宾凯翼汽车有限公司,四川宜宾6 440 0 0)摘要:文章旨在对汽车B柱结构多维度优化设计,应对实际道路中侧面碰撞工况复杂、发生概率高和风险大的问题。通过解读国内现行被动安全侧面碰撞相关法规标准,归纳各工况要求及特点,总结各侧面碰撞B柱设计要点,提出B柱变形模式设计思路。结合某运动型多用途汽车(SUV)车型实际开发案例,综合考虑所有侧面工况要求设计B柱兼容性,提出经济有效的设计方案并分析验证全面有
2、效。该设计方案可为后续车型B柱结构设计开发提供参考。关键词:侧面碰撞;变形模式;汽车B柱;SUV;结构设计中图分类号:U467.14Structure Design of Automobile B-pillar Based on Multi-work ConditionAbstract:The study of multidimensional optimization B-pillar aims to deal with the problems ofcomplex,high probability and high risk side impact in actual road.Based
3、 on the interpretation ofrelevant regulations and standards of passive safety about side impact in China,the requirementsand characteristics of working conditions are summarized,to conclude the characteristic of B-pillardesign in side impact,and come up with the design idea of B-pillar deformation m
4、ode.Combinedwith the actual development case of an sport utility vehicle(SUV)mode,the B-pillar compatibilityis designed considering all the requirements of side working conditions,proposed an economicaland effective design plans with validated.The design idea can provide reference for the design ofB
5、-pillar structure to other vehicles.Keywords:Side impact;Deformation mode;Automobile B-pillar;SUV;Structure design从整车来看,汽车侧面结构的设计对乘员保护更为关键。因为汽车侧面碰撞对乘员来说更直接,且无缓冲区域,外界冲击直接作用于车身侧面结构传递至乘员。根据国外相关机构调查统计,作者简介:崔克天(197 8 一),博士研究生,工程师,研究方向为发动机研发,E-mail:。通信作者:周丹风(198 4一),高级工程师,研究方向为碰撞安全,E-mail:。文献标志码:A文章编号:16
6、7 1-7 98 8(2 0 2 3)2 0-6 5-0 6in Side ImpactCUI Ketian,ZHOU Danfeng(Yibin Cowin Automobile Company Limited,Yibin 644000,China)汽车侧面碰撞事故大约占汽车碰撞事故总数的22.9%,导致的死亡人数约占汽车碰撞事故死亡人数的2 7.9%,可见来自侧面的危险对车内乘员威胁更大。汽车侧面结构安全性的保障在很大程度66上取决于B柱设计,当汽车侧面遭受碰撞时,B柱是车内乘员免受外界伤害的有利屏障2。因此,B柱的设计需满足一定的强度要求,起到有效抵抗外力侵入的作用。同时,又要考虑整车轻
7、量化设计,故B柱设计需从多维度考虑。本文归纳B柱相关工况特点,总结各工况对B柱的要求,参考“S”型设计理念,综合考虑B柱结构优化设计,最终得到满足多目标要求的汽车轻量化B柱结构。据调查数据显示,近年交通事故、死亡人数及直接经济损失无明显浮动,交通伤亡情况并没有随着汽车行业技术的发展而降低,反而还略有提升3。虽然数据居高不下与汽车销量逐年增加,数据统计基数增大有直接关系,但从客观数据来看安全问题仍然不容小靓。安全是汽车领域最重要、最关键的问题,同时也是老百姓最为关注的问题。最新中国汽车消费人群研究报告显示,汽车安全性能稳居消费者重点关注top10 问题之首4。汽车安全技术在新发展形势下呈现两个重
8、点趋势:1)技术更新,纵深发展。工况更严格、更贴近实际交通事故;2)广泛融合,横向拓展。提出多场景融合安全新视角。但从本质来讲都是对人的保护,现在各传统被动安全工况要求越来越严格。针对车身结构要求更高,尤其是车身骨架要求更强。对于侧面碰撞工况来说,汽车B柱设计的挑战越来越大,要兼顾轻量化要求就必须合理匹配不同部位的刚强度。表1二工况定义说明(1)GB 20071-工况2006侧碰壁障重量/kg950试验速度50 km/h(90)壁障类型MDB假人类型ES-2壁障高度/mm300ES-2300.mm工况图示50.km/hj90950kgMDB EEVC,注:MDB全称MobileDeformab
9、leBarrier,即移动变形壁障;AE-MDB全称Advanced European MobileDeformableBarrier,即侧面移动可变形壁障。如表1所示,工况(1)壁障质量较小,碰撞能量相对较低,该工况是必须满足的强制法规要汽车实用技术1B柱结构及相关工况对比作为车身骨架的重要组成部分,B柱是支撑车身顶盖及侧面结构的主要承力构件,是上车体的“顶梁柱”,布置于汽车前车门和后车门之间。该部位还安装有安全带高度调节器、安全带卷收器、后车门铰链、前车门锁扣等关键部件,因而该部件需要满足整体刚度和强度要求,及局部刚度和强度要求,并且对于装置安装空间布设要求也很高。从整体刚强度考虑,与汽车
10、B柱强相关的安全工况主要为国家强制法规及行业评价标准两个维度。中华人民共和国国家标准(GB)、中国新车评价规程(China-New Car Assessment Program,C-NCAP)5和中国保险汽车安全指数(ChinaInsurance Automotive Safety Index,C-IASI)规程6 是国内三大主流标准,GB为强制标准,C-NCAP和C-IASI为影响力较大的行业标准。以上现行标准与汽车B柱相关的工况有汽车侧面碰撞的乘员保护(GB20071-2006)7、乘用车顶部抗压强度(GB26134-2010)8、C-NCA P2 0 2 1版侧碰、C-NCAP2021版
11、柱碰、C-IASI2020版侧碰和 C-IASI 2020版车顶抗压。其中,GB 200712006、C-NC A P2 0 2 1版侧碰、C-IASI2020版侧碰主要考察B柱中下部结构设计匹配;GB26134一2010和C-IASI2020版车顶抗压主要考察B柱上部结构设计;C-NCAP 2021版柱碰更侧重考察门槛及地板的支撑作用,本文不做详述,具体工况说明如表1所示。(5)GB 26134-2010(2)C-NCAP 侧碰(3)C-IASI 侧碰1 400150050 km/h(90)50 km/h(90)AE-MDBMDB IIHS50%WS&SID IIsSID IIs350379
12、350.mm50%WSAE-MDB,1.400kg元50km/hSIDIls ES-20902023年(4)C-NCAP POLE&C-IASI车顶抗压32 km/h(75)3 mm/s245mmpole刚性压板50%WS379.mmSIDIlsMDBIHS50km/hl-90SIDIls求,是车身结构设计的最基本要求,符合该法规要求是车辆上市销售的条件之一;工况(2)壁障WS50%254mmPole2km/h75加载力带角度加车顶最载设备前点一苹表面刚性水右侧视图第2 0 期质量和壁障高度较工况(1)更大,壁障模拟真实车头型面,两侧斜角设计,中间区域有凸出的一条尺寸较小相对靠下的蜂窝铝结构,
13、模拟正常车辆的防撞横梁结构,更贴近实际车辆侧面撞击场景,碰撞速度和角度均为90;工况(3)壁障质量最大、高度更高、刚度更大,虽碰撞速度和角度与工况(1)、工况(2)相同,但碰撞位置更靠上,模拟大型运动型多用途汽车(SportUtilityVehicle,SUV)的撞击,对B柱的压力更大;工况(4)碰撞区域为前门靠后位置,碰撞方向与车身成7 5夹角,对门槛及地板传递路径及支撑性挑战更大,B柱在该碰撞中会参与变形,但不作为主角存在,故后面不对该工况做深度剖析;工况(5)与美标的翻滚工况考察类似,考察翻车时车内乘员生存空间的保持情况,车顶抗压工况主要(1)GB 20071-工况2006侧碰壁障高度/
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