某車型Latin-NCAP側柱碰優化研究

摘 要：根據 2026版latin-NCAP側柱碰評價規程，利用HyperMesh建立有限元模型，仿真發現B柱、前門、門檻、座椅安裝點變形量不滿足要求。針對此問題，結合側柱碰特性，增加擠壓鋁門檻梁和雙排熱氣脹管梁進行仿真優化，然后試驗驗證。結果表明，通過擠壓鋁門檻梁和雙排熱氣脹管梁技術能有效的減少B柱、前門、門檻、座椅安裝點的變形，保證乘員艙空間。

關鍵詞：氮側柱碰 有限元模型 擠壓鋁門檻梁 熱氣脹管梁

近年來，中國汽車行業蓬勃發展，越來越多的汽車出口南美地區，南美地區的新車評價規程（Latin-NCAP）作為衡量汽車碰撞安全水平的重要依據，備受汽車企業和消費者的關注。2026版Latin-NCAP主要包含3個工況，分別是64km/h偏置碰、60km/h側碰、32km/h側柱碰，其中32km/h側柱碰考核難度最高，最容易對乘員造成傷害。側柱碰用于模擬汽車出現側滑而撞擊大樹、電線桿、指示牌立柱等柱狀物所發生的交通事故，據統計，側面碰撞事故導致死亡的案例中，有38%是因為乘員頭部撞到柱狀物體造成的[1]。

車體結構是決定乘用車被動安全性的最重要因素之一，是所有被動安全配置匹配的基礎，合理的車體結構設計再加上約束系統的最佳匹配才能為乘員提供高標準的安全性能[2]由于汽車側柱碰沒有如正碰和后碰那樣有足夠的空間進行變形吸能，因此一旦發生側柱碰撞擊，乘員生存空間就會受到嚴重的威脅，所以保證乘員艙的完整性至關重要。

本文根據2026版Latin-NCAP規程，針對某車型側柱碰中存在的車身結構變形過大，乘員生存空間不足的問題，通過仿真手段，利用熱氣脹管梁、擠壓鋁門檻梁等手段優化車身結構，再進行試驗驗證，對側柱碰安全性能進行研究。

1 側柱碰車身耐撞性研究

1.1 2026版Latin-NCAP側柱碰評價規程

根據 2026版Latin-NCAP側柱碰評價規程，剛性柱靜止不動，車輛以32km/h的速度，以與車輛縱向中心線形成75°的方向撞擊剛性柱，剛性柱表面中心線對準車輛碰撞側外表面與通過假人頭部重心垂直平面的交叉線。在主副駕各放置一個 WorldSID 50 th假人，用以評估乘員的受傷害情況。側柱碰示意圖如圖1所示。

1.2 某車型的側柱碰建模

基于某車型，通過HyperMesh建立側柱碰有限元模型，模型主要包括白車身、車門、底盤、動力總成、座椅等，主副駕放置配重假人，不考察傷害值。在進行建模規劃時，單元尺寸和類型需要充分考慮計算機資源、人力資源以及計算精度的平衡。在既要保證效率又要保證精度的情況下，根據經驗對不同部件采用不同的網格尺寸和類型，門檻、地板橫梁等容易出現焊點失效及鈑金撕裂的地方;采用精細化建模，網格尺寸采用2×2mm，焊點類型采用8hexa-acm（shell gap+coating），并設置失效模式，如圖2所示；其他部件采用常規建模，網格尺寸采用8×8mm，最小單元控制在3mm以上。設置加載、邊界條件、接觸參數及計算時間（120ms）等，最終得到整車側柱碰模型，如圖3所示。

1.3 碰撞結果分析

把側柱碰模型提交LS-DYNA求解器計算，輸出B柱上、B柱中、B柱下、前門上、前門中、前門下的侵入量曲線及4個座椅安裝點X、Y、Z三向變形量的最大值，各點位置如圖4所示，B柱、前門的侵入量曲線如圖5所示。

由圖5的侵入量變化趨勢可以看出，B柱和前門各點的侵入量整體趨勢保持一致：0ms，車輛開始接觸剛性柱，然后侵入量隨著時間的深入快速增大，90ms左右達到最大值，之后逐漸減小，說明此時發生回彈。各測量點中，侵入量最大的位置位于前門上，此處為剛性柱撞擊的正中央，也是處于駕駛員乘坐位置。前門上中下侵入量總體偏大于比B柱上中下坐位置B柱上中下，說明剛性柱對前門的沖擊比B柱大。而前門的侵入量的大小很大程度上取決于門檻、地板橫梁的強度。

把B柱上、B柱中、B柱下、前門上、前門中、前門下的侵入量最大值及4個座椅安裝點X、Y、Z變形量的最大值統計到表1中，可以看出B柱、前門、座椅安裝點都不同程度超過目標要求，其中B柱上中位置侵入量剛超過目標值，前門上侵入量和座椅安裝點Y向、Z向變形量嚴重超出目標值，分別達到373.5mm、104.6mm、160.9mm，說明此處變形嚴重，應重點優化。

2 側柱碰優化

2.1 側柱碰優化方案

側柱碰的變形和車身眾多結構有關，包括車門、A柱、B柱、門檻、地板橫梁等，想要減少側柱碰車身變形，需要進行多方面改進。綜合考慮車身重量、成本、工藝及制造等相關因素，確定從兩方面減少側柱碰變形。

2.1.1 增加擠壓鋁門檻梁提高門檻強度

擠壓鋁門檻梁不僅對提升車身承載能力和抵抗側碰變形具有舉足輕重的作用，而且輕量化效果顯著，通過拓撲優化技術[3]，結合某車型門檻空間結構，降低門檻支架高度，然后在門檻支架上增加擠壓鋁門檻梁，擠壓鋁門檻梁方案如圖6所示。

2.1.2 增加熱氣脹管梁和地板橫梁減小中通道的折彎

熱氣脹技術不僅可成型變截面閉合管梁，實現模內一體成型，零件剛度好，而且熱氣脹管梁抗拉強度可達1500MPa，且高溫成型回彈小、成型精度高[4]。根據某車型的地板特征，在座椅后腳安裝橫梁內部增加雙排熱氣脹管梁（材料B1500HS/厚度2.5mm），長度延伸到左右門檻，同時在地板下新增一根橫梁（材料780DP/厚度1.5mm），如圖7所示。

2.2 側柱碰仿真優化結果

為了驗證車身優化方案的效果，按上述方案更新模型后提交LS-DYNA計算，輸出仿真動畫和侵入變形。比較優化前后各測量點的侵入量和變形，如表2所示。前門、門檻、座椅安裝橫梁的變形如圖8～10所示。

通過表2和圖8～10可知，優化方案的侵入量總體變化趨勢和原模型一致，侵入量最大的位置仍然位于前門上，最由373.5mm降低到298.3mm，B柱、座椅安裝點的侵入量也出現了不同程度的降低，均小于目標值，滿足目標值要求，因此可以得出，優化方案的侵入量得到明顯的改善，具有更好抵抗變形的能力，保證乘員艙空間，確保乘員安全。

3 實車試驗驗證

為檢驗優化方案的可靠性和準確性，根據仿真結果，組織實物造車并進行整車碰撞試驗，以驗證試驗仿真分析結果與實際試驗結果差異，為改進當前產品及后續項目側柱碰安全性能提供依據，碰撞后車輛變形的仿真和試驗變形對比如圖11所示。通過現場觀察及測量比較，仿真模擬和試驗的車輛變形基本吻合，獲取各測量點的侵入量表3所示。

通過表3可知，試驗的B柱、前門、座椅等侵入變形和仿真基本保持一致，侵入量最大值均位于前門上的位置，分別為298.3mm和294.1mm，誤差為1.43%，各測量點侵入量的最大誤差為9.64%，屬于合理工程應用范圍內。表明了仿真模型的可靠性和準確性，具有開發指導意義。

4 結語

（1）通過HyperMesh建立有限元模型，門檻、地板橫梁采用精細化建模，網格尺寸采用2×2mm，焊點類型采用8hexa-acm（shell gap+coating），并設置失效模式，其他部件采用常規建模，仿真結果具有較高的可靠性和準確性，具有開發指導意義。

（2）侵入量最大的位置位于前門上，此處為剛性柱撞擊的正中央，也是處于駕駛員乘坐位置，應特別關注。

（3）通過擠壓鋁門檻梁和雙排熱氣脹管梁技術能有效的減少B柱、前門、門檻、座椅安裝點的變形，保證乘員艙空間，確保乘員安全。

參考文獻：

[1]夏丁，邸曙升，張建，等.基于大壁障側碰和側柱碰性能平衡的B柱和門檻優化[C].中國汽車工程學會，2021：294-299

[2]管立君，肖海濤，祁洪娟，等.某車型正面偏置碰撞中踏板侵入超標的優化[J].汽車安全與節能學報，2013，4（03）：232-237.

[3]董宗岐.電動汽車擠壓鋁門檻梁結構優化[J].中國汽車，2024（06）：29-37.

[4]聶曉旭，闖超.熱氣脹技術在無B柱車身上的應用[J].時代汽車，2024（24）：135-138.