側面柱碰的案例
碳纖維復合材料在汽車碰撞安全上的應用
圖8
三.CFRP在汽車前地板總成的應用：
如圖9所示，為同時滿足輕量化設計要求和碰撞安全性能需求，采用CFRP新材料替代原有的金屬材料重新設計前地板，并驗證整車碰撞側面工況安全性能（注：前地板的設計變更主要影響側面工況性能）。
圖9
側面柱碰：Steel和CFRP兩種狀態的前地板側面柱碰B柱最大傾入量結果如圖10所示，由此可知，在側面柱碰工況中，兩種狀態的前地板B柱最大傾入量基本一致，滿足性能目標。
圖10 側面柱碰B柱最大傾入量
側面碰撞：Steel和CFRP兩種狀態的前地板側面可變性壁障碰撞B柱最大傾入量結果如圖11、圖12所示，由此可知，在側面可變性壁障碰撞中，采用CFRP前地板B柱最大傾入量小于原金屬材質前地板，B柱上、中、下三處的傾入速度基本一致，滿足性能目標。
圖11 側面碰撞B柱最大傾入量
圖12 側面碰撞B柱上中下最大傾入速度
綜上所述，在碰撞安全性能保持一致的情況下，采用CFRP的前地板相較于金屬前地板仍減重了41.9%，由此可見，碳纖維復合材料在輕量化和安全性能設計過程中具有巨大的潛力。碳纖維復合材料因其優異的性能，在新能源汽車的國家戰略規劃下，隨著技術的不斷發展，必將引領汽車設計的變革。通過CFRP新材料新技術應用，為人們提供更為高效、安全、節能產品，是每一位工程師不變的初心。
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另外，理想L9的電池組采用側防護梁和鋁合金外殼組成的雙重防護設計，即使在嚴苛的側面柱碰和底部托底測試中，也可以保證電池組的安全。
根據計劃，理想L9將于4月16日正式發布，價格區間為45-50萬元（根據配置不同）。
熱成形技術在汽車輕量化中的應用
因此，熱成形的零件結構設計可參考傳統冷成形零件，但在進行熱成形零件結構設計時需要注意：熱成形B柱的設計中，應該避免圓孔翻邊（見圖2）。目前的熱沖壓工藝中還無法進行圓孔熱翻邊，對成形后的B柱進行圓孔翻邊也極為困難。
（2）熱成形B柱的鉸鏈安裝點結構。B柱上需設計車門鉸鏈及車門限位器等的安裝點，其結構特點為：除B柱加強板外在安裝點處還設計安裝螺母板，以提升安裝點處的結構剛度，圖3為典型的B柱車門鉸鏈安裝點處斷面。
（3）熱成形B柱防銹設計。為使B柱外腔達到良好的電泳效果，B柱加強板與側圍外板間、以及與相臨加強板間最小隙要達到5mm以上，如圖4所示。
熱成形仿真分析
1.熱成形仿真與沖壓工藝
B柱結構設計完成后，需要進行熱成形工藝仿真分析。如圖5所示，該結構產品件成形良好，無缺陷。熱成形設備與模具結構如圖6所示，基本結構分為：模具，板料，托料板，頂桿。產品件三維數據與實物如圖7所示。
2.熱成形件側碰性能仿真分析
正面碰撞、側面碰撞、追尾和翻滾是最為常見的事故種類。據交通事故的調查統計，側面碰撞在其中約占30%。與正面碰撞相比，汽車的側面結構的緩沖空間小，發生側面碰撞時車內駕駛員和乘員的受傷幾率相對較高。頭部損傷和胸部損傷是車輛側面碰撞中常見的損傷類型，并且是造成重傷和死亡的主要原因。
展開 基于有限元仿真的某車門輕量化分析
圖4 車門應力分布
1.5 車門柱碰安全分析
車門的安全性能測試一般采用側面柱碰的試驗方法，根據相關實驗標準《汽車側面碰撞的成員保護》（GB 20071—2006），按照標準要求對車門添加約束并放置碰撞圓柱，設置圓柱初速度為50 km/h，總計算時間為0.025 s，考察車門的最大侵入量[5]。通過計算，本車門向艙室內的最大侵入量為364.8 mm，如圖5所示。
圖5 車門柱碰最大侵入量
2 輕量化方案設計
根據車門各項性能的計算結果，車門的用材存在優化空間，可以進行輕量化設計，客戶要求減重至少5%。從降低用戶成本的角度，采用去掉門內板左側加強板、內板坯料采用激光拼焊的方式設計輕量化方案一，除拼焊部分外所有零部件牌號及厚度不變；輕量化方案二為內板左側加強板厚度減為1.4 mm、內板厚度減為0.7 mm，其余零件厚度不變。輕量化方案有限元模型如圖6和圖7所示。
圖6 車門輕量化方案一
圖7 車門輕量化方案二
新方案的輕量化效果如表2所示。
表2 兩方案輕量化效果對比
3 輕量化車門性能分析
3.1 方案一車門性能分析
針對輕量化方案一車門，依照前述方法開展車門的模態、垂向剛度、靜強度分析，結果顯示車門的一階非剛體模態為30.21 Hz；門鎖處垂向位移為1.44 mm，根據式（1）計算得垂向剛度為694.44 N/mm，振型為內板中部彎曲；最大應力依然出現在內板的下方鉸鏈附近，最大應力值為98.16 MPa，如圖8、圖9、圖10所示。
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沖壓熱成型在汽車部件的應用
目前的熱沖壓工藝中還無法進行圓孔熱翻邊，對成形后的B柱進行圓孔翻邊也極為困難。
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熱成形B柱的鉸鏈安裝點結構。B柱上需設計車門鉸鏈及車門限位器等的安裝點，其結構特點為：除B柱加強板外在安裝點處還設計安裝螺母板，以提升安裝點處的結構剛度，圖3為典型的B柱車門鉸鏈安裝點處斷面。
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熱成形B柱防銹設計。為使B柱外腔達到良好的電泳效果，B柱加強板與側圍外板間、以及與相臨加強板間最小隙要達到5mm以上，如圖4所示。
熱成形仿真分析
01 熱成形仿真與沖壓工藝
B柱結構設計完成后，需要進行熱成形工藝仿真分析。如圖5所示，該結構產品件成形良好，無缺陷。熱成形設備與模具結構如圖6所示，基本結構分為：模具，板料，托料板，頂桿。產品件三維數據與實物如圖7所示。
02 熱成形件側碰性能仿真分析
正面碰撞、側面碰撞、追尾和翻滾是最為常見的事故種類。據交通事故的調查統計，側面碰撞在其中約占30%。與正面碰撞相比，汽車的側面結構的緩沖空間小，發生側面碰撞時車內駕駛員和乘員的受傷幾率相對較高。頭部損傷和胸部損傷是車輛側面碰撞中常見的損傷類型，并且是造成重傷和死亡的主要原因。B柱作為車身重要的安全結構件，在整車側面碰撞中，B柱的耐碰撞性能對整車側面碰撞性能具有重要影響。本文采用仿真分析方法，對熱沖壓成形和冷沖壓高強鋼B 柱零件的耐碰撞性能進行了對比研究。
仿真分析模型：可變形移動壁障側面碰撞試驗，如圖8，在移動臺車前端加裝可變形蜂窩鋁，移動壁障行駛方向與車輛垂直，移動壁障中心線對準車輛B柱，行駛方向與車輛垂直。
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