事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，側(cè)面碰撞是造成乘員嚴(yán)重傷害的主要事故形式之一。從設(shè)計(jì)角度來(lái)看，與正面碰撞有較大的吸能空間不同，側(cè)面碰撞中可利用的空間極少，結(jié)構(gòu)的抗變形能力成為側(cè)面防護(hù)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。因此，側(cè)面主要傳力路徑B柱的重要性得以凸顯。

目前針對(duì)側(cè)碰事故的評(píng)價(jià)工況主要有NCAP體系下的MDB/AE-MDB工況及IIHS/C-IASI體系下的MDB工況。各工況中壁障形式、沖擊能量有所差異，但總體碰撞形式類似，均為模擬十字路口出現(xiàn)的垂直碰撞事故。該工況重點(diǎn)考察車輛的側(cè)面結(jié)構(gòu)尤其B柱剛度。


圖1 NCAP/保險(xiǎn)體系側(cè)碰工況（來(lái)源SafetyCompanion-2020）

在熱成型技術(shù)應(yīng)用之前，車輛B柱一般采用高強(qiáng)度冷沖鋼材料，并且為了滿足開(kāi)發(fā)要求，材料厚度一般都在1.8mm以上。這種設(shè)計(jì)一方面會(huì)帶來(lái)較大的車身重量，另一方面大厚度高強(qiáng)鋼的冷沖壓成型工藝?yán)щy，成型過(guò)程中容易產(chǎn)生一系列問(wèn)題。



圖2 冷沖壓B柱系統(tǒng)示意圖

隨著熱成型技術(shù)的成熟，熱成型鋼在汽車中開(kāi)始被廣泛應(yīng)用。

熱成型B柱的應(yīng)用對(duì)于NCAP及保險(xiǎn)指數(shù)中側(cè)碰工況的性能改善效果明顯，它可以極大提升車輛側(cè)面剛度，減小乘員艙變形，從而保護(hù)乘員安全。同時(shí)它也克服了高強(qiáng)鋼冷沖壓成型中的回彈、開(kāi)裂等諸多問(wèn)題，且輕量化效果顯著。目前整車中多以普通等厚熱成型的應(yīng)用為主。

熱成型B柱的廣泛應(yīng)用帶來(lái)性能提升的同時(shí)，也帶來(lái)新的問(wèn)題。一方面，熱成型整體強(qiáng)度較大，理想的變形模式不易實(shí)現(xiàn)。在日益嚴(yán)苛的側(cè)碰工況中，靠增加加強(qiáng)板控制變形模式并不容易，且性價(jià)比不高。另一方面，熱成型材料延伸率急劇下降，在大變形區(qū)域很容易出現(xiàn)焊點(diǎn)處脆化發(fā)生裂紋導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效的問(wèn)題。這些問(wèn)題在難度不斷升級(jí)的側(cè)碰工況中（如60AE-MDB、下一代IIHS MDB等）變得愈發(fā)常見(jiàn)及突出。

圖3 熱成型B柱失效 圖4 IIHS MDB(2022)工況（來(lái)源SafetyCompanion-2020）

針對(duì)以上問(wèn)題，目前也出現(xiàn)了一些新的解決方案，比如補(bǔ)丁板（B柱外板與補(bǔ)丁板預(yù)點(diǎn)焊，然后一體成型），差厚板，激光拼焊板，硬度分區(qū)的熱成型(軟區(qū)設(shè)計(jì))等，目的是通過(guò)材料厚度或強(qiáng)度的差異化設(shè)計(jì)，使B柱下方更容易變形吸能，上方則仍保持足夠的剛度，以控制B柱整體達(dá)到較理想的變形模式。



對(duì)于焊點(diǎn)熱影響區(qū)開(kāi)裂引起的失效問(wèn)題，軟區(qū)設(shè)計(jì)被認(rèn)為是一種可行的解決方案。其原理是通過(guò)一定工藝，將大變形區(qū)域或局部區(qū)域材料處理成強(qiáng)度相對(duì)較低的水平，以增加該區(qū)域材料的延伸率，提升焊接性能，降低由焊點(diǎn)引發(fā)的失效風(fēng)險(xiǎn)。目前在應(yīng)用的主要包括B柱下部整體軟化的大軟區(qū)方案及B柱焊接邊局部軟化的小軟區(qū)方案。


圖6 BMW 7系碳纖維復(fù)材B柱加強(qiáng)板（來(lái)源EuroCarBody 2015）

除了傳統(tǒng)的金屬材料，增強(qiáng)型復(fù)合材料的身影也漸漸出現(xiàn)在車輛重要傳力結(jié)構(gòu)中，如碳纖維復(fù)合材料B柱加強(qiáng)板等。不難想象，隨著材料技術(shù)的不斷發(fā)展和輕量化需求的進(jìn)一步深化，越來(lái)越多的輕量化新材料將在車身結(jié)構(gòu)中得以應(yīng)用，伴隨而來(lái)的可能是一些新的問(wèn)題及新的解決方案。

變化時(shí)刻在發(fā)生，但一成不變的是汽車安全人守護(hù)乘員生命安全的初心。