谈车身B柱的轻量化设计胡启新重庆长安汽车股份有限公司、汽车工程研究总院[摘要]：车身B柱是车身上关系碰撞、车身刚强度的重要结构件。

在设计车身B柱时，根据造型输入设计断面结构，再绘出3D数据，并进行同步分析考虑满足车身的各项性能。

通过分析车身B柱不同的结构设计、制造方式，为车身B柱的轻量化设计提供借鉴意义。

主题词：车身B柱冷冲压热成型超高强度钢板Design BIW’s B-pillar for reduce the autobodyHu QixinChangan Auto Global D&R Center of Changan Automobile Co Ltd, Chongqing China [Abstract]: The car body B-pillar is the important structure about the collision and the car body stiffness strength. In the design of the car body b-pillar, it’s the first to input design cross-section structure according to the modeling and then plot the 3D data and do the synchronization analysis considering the needs of the car body properties. By analyzing the different structure of the car body b-pillar design and manufacture, it can provide referential significance for the car body lightweight.[Keyword]: B-pillar Cold stamping Hot stamping Ultrahigh strength steel.1、引言在高速发展的今天，汽车成为人们必不可少的代步工具。

随着汽车在日常生活中的普及，汽车的安全问题也越来越受到消费者的关注。

而汽车的全性能不仅仅体现在安全气囊、ABS等配置上面，还体现在白车身的结构上，其中骨架梁、立柱的设计在车身设计中尤为关键，直接决定了汽车的刚度、强度。

与此同时，为了满足节能减排的需要，车身进行轻量化研发，高强度钢板得到了广泛应用。

但是随着高强度钢板强度的提高，其冲压成形性能降低，强度越高，成形难度越大，尤其是当屈服强度超过1000MPa时，一些形状复杂的零件，常规的冷冲压工艺几乎无法成形。

因此针对超高度钢板的热成形技术得到了广泛应用。

车身B柱在设计时通常采用高强度钢板，为了尽可能提高车身B柱的安全性，兼顾轻量化，采用超高强度钢板进行热冲压成形在国外已经得到普遍应用。

2、车身B柱的概述2.1概念：车身B柱，又叫中立柱，在乘员舱的前排座椅和后排座椅之间，就是两侧两扇门之间的立柱。

从内侧看前排座椅的安全带就安装在车身B柱上，从外侧看后车门通过铰链、限位器也安装在车身B柱。

2.2性能及作用车身B柱的外形多为“工”字形，断面形状为封闭的型腔，有与周边零件搭接的翻边。

车身B柱上端与车顶纵梁进行焊接，车身B柱下端与车辆门槛加强件进行焊接，从车顶延伸到车底部，有一定的强度和刚度，以保证白车身扭转、模态的要求。

同时车身B柱是车辆侧面碰撞中一条主要垂向传力路径，车身B柱的变形模式以及吸能效率将直接影响到整个车辆侧面结构的变形模式。

在侧面碰撞中，车身B柱变形时车顶纵梁和车辆门槛能够分别提供上部和下部支撑，降低车身B柱侵入量和侵入速度，控制乘员舱变形量，从而保护驾乘人员的安全。

车身B柱外侧的中部靠下设计有两个车门铰链安装点。

铰链承受后车门的重量，为防止后车门下掉，车身B柱也必须有足够的强度，必要时还要设计增加铰链安装加强件。

在两个铰链安装处中间，设计有车门的限位器安装孔。

限位器安装位置需要配合后车门进行设计。

车身B柱的内侧安装有安全带，安全带的固定点设计上要求车身B柱上，必须满足GB 14167—2006《汽车安全带安装固定点》和ECE R14《关于机动车安全带安装固定点认证的统一规定》等法规的安装要求。

3、车身B柱的设计思路3.1断面结构图根据车身B柱设计时的输入：造型效果图和A面Class的输入，绘制车身B柱断面。

根据内外CAS，可以确定后门外蒙皮和前门外蒙皮，B柱内饰板总成的表面，再通过后门铰链其轴线的运动分析确定出车身B空间的位置。

下面图1图1.方案一图例中的件号所示分别为：1.后门框密封条，2.后门内饰板总成，3.后门内蒙皮，4.后门上铰链安装加强件，5.后门密封条总成，6.后门玻璃，7.后门玻璃呢槽，8.后门前滑槽外板，9.车门铰链螺母板，10.后门外蒙皮，11.后车门上铰链总成，12.前门外蒙皮，13.前门内蒙皮，14.前门密封条总成，15.侧围外蒙皮，16. B柱加强件，17. B柱上铰链安装加强件，18. 前门内饰板总成，19. 前门框密封条，20.B柱内蒙皮，21.B柱内饰板总成，22.螺栓，23.螺母，24.B柱上铰链安装加强件加强板3.2工程化产品3D数据以断面图和造型线图为基础，以参考车和竞争车为参照，将钣金件的搭接关系、焊接关系、部件构成等以草图方式表现出设计意图与设计构思。

在工程化阶段以此为参考进行详细的设计。

基于侧面碰撞法规的考虑，车身B柱的设计均带有一定的弧形结构，这个设计主要针对侧面碰撞时车身B柱部分的渗入量问题，要求满足对成员胸腹伤害值THPC规定，必须满足侧面碰撞法规要求。

需要用CAE方法进行具体分析，并进一步优化，绘制出3D数据的轮廓。

根据生产现场制造工序，考虑车身B柱各个零件之间的搭接焊接顺序，尽量避免多层焊接。

在可能产生多层焊或焊接厚度超过4.5mm的位置，开工艺缺口，设计成锯齿边或者设计成波浪边，以焊接工艺性。

车身B柱的各个零件设计时，定位孔一般要求其中一个是圆孔，另一个是长圆孔。

圆孔一般是主定位孔，起限定四个方向两个自由度的作用。

长圆孔是次定位孔，限定两个方向一个自由度的作用。

如果两个定位孔都是圆孔就需要根据焊接工艺确定主次。

定位孔所在型面一般要求是平面，所在部位增加沉台使其不易变形。

两个定位孔之间的距离要尽量大，不小于零件总长度的三分之二。

过孔与定位孔直径不能相等，过孔要比定位孔直径大1～2mm 。

为增加刚强度并控制回弹会在后地板后横梁上设计加强筋，分为角筋、横筋、竖筋。

如图是根据图1断面结构设计出不同的产品3D 数据图2.车身B 柱结构分解图序号 名称 材料料厚重量（Kg）1 B 柱加强件B340/590DP2.0 5.46 2 B 柱上铰链安装加强件 B340/590DP2.0 2.05 3 B 柱上铰链安装加强件加强板 HC280/590DP2.5 1.13 4 B 柱下铰链安装加强件 DC01 1.2 0.09 5 B 柱内蒙皮HC280/590DP1.62.85 6 B 柱安全带调节器上加强件 DC01 1.5 0.08 7B 柱安全带调节器下加强件DC041.50.09B 柱零部件的总重量为11.75Kg 3.3优化结构设计为了对车身B 柱进行轻量化设计,考虑采用超高强度钢板运用热成型制造技术。

首先对断面结构进行优化。

在内外CAS 保持不变的前提下，重新设计断面，分析铰链运动区域。

2322171819202116151413121110090807060504030201 后门铰链轴线（需要运动校核）图3.更改后方案根据断面结构重新设计B柱零部件，并重新选择零件材料图2.更改后的方案所设计的车身B柱结构分解图所推荐选择的材料分别是更改后方案序号 名称 材料 料厚 重量（Kg）1 B柱加强件 B1500HS 1.5 4.452 B柱上铰链安装加强件 B280VK 2.0 0.383 B柱限位器安装加强件 B240ZK 1.5 0.144 B柱下铰链安装加强件 B280VK 1.8 0.385 B柱内蒙皮 B340/590DP 1.0 2.296 B柱安全带调节器上加强件 DC01 1.5 0.097 B柱安全带调节器下加强件 DC04 1.5 0.03B柱零部件的总重量为7.77Kg。

更改后的方案除了零件料厚减薄，还减少了加强件零件的外形结构设计尺寸的大小，以实现轻量化的目的。

经过侧碰CAE分析，车身B柱的侵入量和侵入速度都达到目标值，侧面防护性能良好。

进行车门安装点的刚强度分析也都达到目标，其安装性，能够得到满足。

对各个零件进行相应的冲压成形分析，具制造可行。

3.4制造工艺车身B柱更改前后方案车身重量相差近4Kg，除了零件部件的结构设计不同，车身能实现轻量化的主要原因是B柱加强件选取了超高强度钢板，直接减重约1Kg。

因此两种方案所采取的制造工艺有显著区别。

更改前方案，B柱加强件采取冷冲压成形。

冷冲压是在常温条件下，利用模具和冲压设备对板料施加压力，使板料产生塑性变形或分享，从而获得具有一定形状、尺寸和性能的零件。

B柱加强件采取的冷冲压工艺过程为：拉延——切边冲孔——整形——冲孔侧冲孔，其工装费用约300万元，工装开发周期约3—5个月。

更改后方案，B柱加强件采取热冲压成形。

热成形是热成型技术就是将特定材质的钢板加热到奥氏体温度区间（900℃以上），快速输送到压机上，由模具一次成型，在钢板具有很高延展性的时候进行冲压。

水冷却模具确保专用钢板经淬火后得到马氏体组织，再由激光切割设备加工所需的孔与外形尺寸，使成形零件具有良好的尺寸精度和高达1500MPa的抗拉强度，其工装费用约500万元，工装开发周期约6—9个月。

3.5设计优缺分析车身B柱更改后方案较更改前方案有显著优点：实现轻量化，但是和更改前方案相比较还是各有优缺点。

更改前方案的优点：技术成熟，开发周期短，工装可摊销，开发成本压力小；缺点：成形性相对较差，回弹大，难以控制，焊接工艺复杂。

更改后方案的优点：零件成形性相对好，焊接工艺相对简单；缺点：新兴技术开发周期长，工装一般不全部摊销，开发成本压力相对大，零件表面氧化影响零件表面质量。

4、结束语车身B柱由多件钢板焊接，复杂，重量大，要实现车身轻量化是一个系统工程，要考虑材料、结构设计、制造工艺及设备等各方面要求。

随着汽车制造技术的发展，新技术、新工艺、新材料的发展将改变传统车身B柱的制造方式，除了本文所提到的热成型以外，目前已经有直接采用液压成型的封闭式截面制造车身B柱来实现更高层次的轻量化。

参考文献[1] 《汽车碰撞安全性设计》张金换等编著，——北京：清华大家出版社，2010.2[2] 《汽车车身结构与设计》黄天泽.黄金陵——机械工业出版社。