基于侧面碰撞的白车身设计

基于侧面碰撞的白车身设计

吴书男 卜祥凯 闫龙 苏更涛

徐州淮海新能源汽车配件有限公司，江苏徐州 221000

摘要：汽车碰撞安全是汽车性能开发的重要内容。针对侧面碰撞，车体耐撞性尤为重要。白车身是侧面耐撞性的主要贡献者，本论文从理论及对比分析，依据侧面刚度分配、B柱截面、B柱结构方面定性说明相关设计。

关键词：碰撞安全；白车身；侧面刚度分配；B柱截面；B柱结构；车门防撞杆

1、前言

随着侧面碰撞法规及要求，从汽车侧面结构及力学性能提出要求，尽量降低侧面碰撞事故中伤害乘员的风险。车身结构设计中主要依据侧面刚度分配、B柱截面的优化设计、B柱结构的取优设计等方面定性设计侧面白车身结构。

2、白车身侧面刚度分配设计

2.1 总体描述

在侧碰中，头部、颈部、胸部、脊椎、腹部、骨盆、下肢的伤害是人体受到的普遍的伤害部位，受伤的原因在于碰撞中车门、B柱的侵入（变形）和冲击（速度），与人体相接触部位产生了生物力学响应。因此通过合理分配B柱、车门、的刚度，限制车身侧面部件在碰撞的变形和速度，从而降低人体伤害。

2.2 设计方法

设计要点：分配车身侧面刚度首先要明白人身的伤害是由哪一部分结构造成的，然后通过调整各部分结构刚度来降低伤害。

通过对参考文献1^[1]的总结得出，胸部肋骨的伤害与车身B柱刚度直接相关；腹部和骨盆受力与车门刚度直接相关；门槛地板等部件的刚度增加使腹部和骨盆的受力增加，但影响不大，而与胸部肋骨的伤害无关。

2.3 设计参考

2.3.1 人体胸部肋骨变形量RDC与B柱刚度的关系， 随着B柱刚度的增加，胸部肋骨的变形量呈递减趋势，且峰值时刻延迟，因此B柱刚度在一定范围内增加可以减小对人体肋骨的伤害。

2.3.2 人体胸部VC值与B柱刚度的关系，通过对参考文献2^[2]的总结得出：1、B柱的刚度变化对人体胸部VC值影响最大，这与B柱的侵入速度有关；2、B柱的刚度变化对人体胸部肋骨变形量RDC值影响较大，这与B柱的变形形状有关。3、B柱的刚度变化对人体腹部力（APF）的影响一般，腹部力对B柱的刚度变化不敏感。4、B柱的刚度变化对人体骨盆力PSPF的影响较小。

从第1、2节的叙述来看，B柱的刚度主要与胸部的伤害有关（RDC值和VC值）。因此可以通过调整B柱的刚度分配，来控制B柱的变形特性（最大速度和最大变形）来减小对胸部的伤害。

2.3.3 人体腹部伤害力（APF）与车门刚度的关系，通过对参考文献3^[3]的总结得出：车门刚度对腹部伤害力影响最直接，刚度增加可以使腹部力减小。而B柱刚度对腹部力影响很小，门槛和地板的刚度增加将增加腹部伤害。

2.3.4 人体骨盆力（PSPF）与车门刚度的关系，通过对参考文献4^[4] 的总结得出：车门刚度对骨盆受力影响最直接，刚度增加可以使耻骨力减小。而B柱刚度增加使骨盆力增大，门槛和地板的刚度增加对耻骨力影响不明显。

2.4 总结

侧面碰撞对乘员的伤害主要集中在B柱刚度和车门刚度两方面，可以通过调整B柱、车门的刚度分配，控制其变形特性来降低人体伤害。

3、侧碰中B柱截面设计

3.1 总体描述

B柱与乘员之间的距离小，允许结构变形的空间小。因此在碰撞中，B柱的变形好坏直接影响着乘员的伤害程度。根据B柱的形状和碰撞变形，将B柱分为四段梁或五段梁（文献5^[5]中根据B柱的变形情况将B柱分为5部分），通过合理分配各断梁的刚度，使B柱变形达到合理的状态，即对乘员伤害最小。

3.2 设计方法

设计要点：乘员的伤害跟B柱的变形形状和侵入速度有直接关系，而B柱变形或侵入速度又跟B柱的刚度密切相关。通过参考竞争车的截面，调整B柱的截面形状，得到合理的几何特性。

3.3 设计参考

通过B柱截面几何特性的对比，以及参考文献中B柱各处的刚度对比，得出B柱各截面几何刚度的分配比值，从而得出B柱刚度的最优分布。

4、侧碰中B柱结构设计

4.1 总体描述

在侧面碰撞中B柱的承载作用巨大。B柱中影响碰撞性能的参数包含α（外张角）、β（倾斜度）、a（内板拉延深度）、b（外板拉延深度）、C（翻边宽）、L （结构宽）。

4.2 设计方法

将侧碰力分散转移，防止碰撞后变形过大。通过选择合理的参数值，优化B柱结构的抗撞性能。

4.3 设计参考

4.3.1 当α取90°时，结构具有较高抗弯曲冲击特性，但此时结构变形不易掌握。根据研究经验，建议α取100°，此时结构的位移以及速度最大值都相对较小。

4.3.2 随着截面宽度L的增大，结构最大位移减小，但是变化不明显。因此可以认为宽度L对结构抗撞撞性的影响不大。

4.3.3 随着外板拉延深度b值的增加，抗弯曲冲击特性在一定范围内增加很快，但超过一定数值后，抗弯曲冲击特性增加不明显。参数b的建议值为60mm~65mm。

4.3.4 立柱斜度β值对B柱抗弯曲冲击特性比较敏感，当倾斜度处于6°~10°区间时，立柱的变形比较大。参数β的建议值为0°~6°。

6、结束语

汽车侧面碰撞是一项极其复杂的设计过程，涉及白车身的耐撞性是侧面碰撞的关键内容项。侧面刚度分配、B柱截面的优化设计、B柱结构的取优设计是白车身侧面耐撞性的设计支撑。定性设计相关方面对于侧面碰撞有较为重要的指导意义，为其设计指定方向，避免后续大量变更，缩短开发周期。

参考文献

[1]王鹏，基于侧面碰撞安全性的车辆侧面刚度匹配研究，湖南大学硕士学位论文，47页~48页，

2007.1

[2] 叶文涛，轿车车体侧面抗撞性影响因素及评价方法研究，吉林大学硕士学位论文，34页~36

页，2006.12

[3]王鹏，基于侧面碰撞安全性的车辆侧面刚度匹配研究，湖南大学硕士学位论文，48页~49页，

2007.1

王鹏，基于侧面碰撞安全性的车辆侧面刚度匹配研究，湖南大学硕士学位论文，48页，2007.1

[5] 叶文涛，轿车车体侧面抗撞性影响因素及评价方法研究，吉林大学硕士学位论文，31页~40

页，2006.12

[6] 叶文涛，轿车车体侧面抗撞性影响因素及评价方法研究，吉林大学硕士学位论文，42页~44

页，2006.12