劉江波，趙 震，張 羽，陳 晗

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230000）

隨著中國(guó)保險(xiǎn)汽車安全指數(shù)（China-Insurance Automotive Safety Index, C-IASI）25%小偏置碰撞法規(guī)實(shí)施，汽車碰撞傳力路徑及能量分配發(fā)生了較大變化，車體的A柱、A柱上、A柱下、門檻等部位成為25%小偏置碰撞的主要傳力結(jié)構(gòu)，對(duì)A柱及A柱下相關(guān)部件性能和輕量化、成本的要求也越來(lái)越嚴(yán)格，傳統(tǒng)的車體結(jié)構(gòu)很難達(dá)到高碰撞評(píng)級(jí)與重量成本平衡。近年來(lái)，行業(yè)出現(xiàn)了整 體式熱成形門環(huán)技術(shù)，經(jīng)驗(yàn)證整體式熱成形門環(huán)可解決當(dāng)前高小偏置碰撞評(píng)級(jí)與重量成本相平衡問(wèn)題，已成為汽車企業(yè)研究的熱點(diǎn)。

1 整體式熱成型門環(huán)技術(shù)應(yīng)用背景

1.1 整體式熱成型門環(huán)技術(shù)介紹

熱成形門環(huán)技術(shù)起源是為應(yīng)對(duì)25%小偏置碰撞法規(guī)，本田謳歌在其2014款MDX車型上率先應(yīng)用熱成形門環(huán)，獲得美國(guó)公路安全保險(xiǎn)協(xié)會(huì)（Insurance Institute for Highway Safety, IIHS） 25%小偏置碰撞G評(píng)級(jí)。整體式熱成形門環(huán)是將前門環(huán)上的A柱下、A柱上、B柱、門檻4大部分集成為1個(gè)件，并經(jīng)熱沖壓成形獲得的整體式門環(huán)零部件[1-2]，如圖1所示。

圖1 門環(huán)圖

整體式熱成形門環(huán)具有以下優(yōu)勢(shì)：1）1個(gè)零件代替4～6個(gè)零件，減少零件及焊點(diǎn)數(shù)量，降低工裝及焊接成本；2）省掉零件搭接邊，結(jié)合料厚優(yōu)化及補(bǔ)丁板設(shè)計(jì)，具有較大輕量化優(yōu)勢(shì)；3）熱 成形強(qiáng)度高，可有效提升車身碰撞性能；4）尺寸精度較高[3]。

1.2 整體式熱成型門環(huán)技術(shù)發(fā)展歷程

國(guó)外的主流汽車企業(yè)已逐步將整體式熱成形門環(huán)技術(shù)作為提升小偏執(zhí)碰撞性能并實(shí)現(xiàn)輕量化的重要選項(xiàng)[4]。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，整體式熱成形門環(huán)技術(shù)在國(guó)外制造商中應(yīng)用較早，其中本田謳歌MDX2014車型是全球首款應(yīng)用整體式熱成形門環(huán)的車型，另外謳歌RDX2019、克萊斯勒Pacific、道奇RAM1500、本田車型也有應(yīng)用，截至目前共有9款車型應(yīng)用[5]。

國(guó)內(nèi)整體式熱成形門環(huán)應(yīng)用研究處于起步階段，受限于其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法不成熟、成本控制等問(wèn)題，暫未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)應(yīng)用。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，整體式熱成形門環(huán)技術(shù)在國(guó)內(nèi)主要有長(zhǎng)城哈弗、廣汽埃安、東風(fēng)嵐圖的車型中開(kāi)始量產(chǎn)應(yīng)用，江淮、比亞迪、東風(fēng)、長(zhǎng)安、吉利、理想、哪吒等已開(kāi)始進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，如圖2所示。

圖2 整體式熱成型門環(huán)的車型應(yīng)用示例

1.3 整體式熱成型門環(huán)技術(shù)路線

國(guó)外技術(shù)路線主要有兩種，一種是整體式等厚熱成型門環(huán)；一種是整體式不等厚熱成型門環(huán)，如圖3所示；兩種技術(shù)路線技術(shù)特點(diǎn)如表1所示。

表1 兩種技術(shù)路線技術(shù)特點(diǎn)

圖3 門環(huán)外形示意圖

1.4 整體式熱成型門環(huán)典型結(jié)構(gòu)

國(guó)內(nèi)外應(yīng)用以整體式不等厚熱成型單門環(huán)為主。國(guó)外于2019年開(kāi)始應(yīng)用雙門環(huán)結(jié)構(gòu)，國(guó)內(nèi)暫未應(yīng)用雙門環(huán)方案，如圖4、圖5所示；其中單門環(huán)是將加強(qiáng)板對(duì)應(yīng)的A柱下、A柱上、B柱、門檻4大部分集成設(shè)計(jì)為1個(gè)整體式不等厚熱成型門環(huán)（加強(qiáng)板）；雙門環(huán)是同時(shí)采用整體式不等厚 熱成型門環(huán)（加強(qiáng)板）和整體式不等厚熱成型門環(huán)（內(nèi)板）相結(jié)合的設(shè)計(jì)。

圖4 單門環(huán)結(jié)構(gòu)圖

圖5 雙門環(huán)結(jié)構(gòu)圖

其中，整體式不等厚熱成型門環(huán)結(jié)構(gòu)以4塊分塊、4條激光焊縫結(jié)構(gòu)為主，料厚區(qū)間為1.0～ 1.9 mm，材料以1.5 GPa的AlSi鍍層板為主[6]，具體典型應(yīng)用如表2所示。

表2 典型應(yīng)用調(diào)研

2 整體式熱成型門環(huán)技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

本文基于某款中高端新能源車型，通過(guò)應(yīng)用整體式不等厚熱成型門環(huán)，實(shí)現(xiàn)25%小偏置碰撞性能提升和輕量化效果。

2.1 整體式不等厚熱成型門環(huán)設(shè)計(jì)方案

不等厚整體式熱成形門環(huán)方案主體結(jié)構(gòu)基本參考拼焊式門環(huán)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)采用A柱上-A柱下-B柱-門檻封閉式的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，整體剛度、抗變形強(qiáng)。不等厚整體式熱成形門環(huán)方案參考標(biāo)桿車型的調(diào)研結(jié)果，整體采用4段式厚度分布，分塊基本參考拼焊式門環(huán)分件，分為A柱上、A柱下、門檻和B柱上，另外分塊需考慮激光焊縫長(zhǎng)度和避開(kāi)R角的原則（≥50 mm），分塊位置如圖6所示。厚度設(shè)計(jì)基于拼焊式門環(huán)結(jié)構(gòu)，其中A柱上直接影響25%小偏置碰性能，厚度初步設(shè)計(jì)為1.4 mm，比拼焊式門環(huán)略厚，以抵御A柱折斷；A柱下厚度1.2 mm，與拼焊式門環(huán)一致；門檻由于材質(zhì)采 用熱成形鋼代替拼焊式門環(huán)的高強(qiáng)鋼（1.4 mm厚度），性能提升，因此，厚度設(shè)計(jì)為1.2 mm；B柱上由于影響側(cè)碰和頂壓性能，同時(shí)集成拼焊式門環(huán)的B柱加強(qiáng)板和內(nèi)部加強(qiáng)板，故厚度設(shè)計(jì)為2.1 mm，材質(zhì)均采用B1500HS-AL。

圖6 門環(huán)方案圖示

不等厚整體式熱成形門環(huán)關(guān)鍵斷面均采用幾字型結(jié)構(gòu)，如圖7所示；斷面尺寸和拔模角度如表3所示。

圖7 關(guān)鍵斷面

表3 斷面設(shè)計(jì)參數(shù)信息

2.2 碰撞性能分析

整體式不等厚熱成形門環(huán)方案對(duì)應(yīng)25%小偏置碰撞性能M，與拼焊式門環(huán)一致，A柱折彎位置在最前端，基本和拼焊式門環(huán)一致，滿足性能要求，如圖8所示。25%小偏置碰撞分析結(jié)果如表4所示。

表4 25%小偏置碰撞分析結(jié)果

圖8 25%小偏置碰撞結(jié)果圖

2.3 重量分析

通過(guò)對(duì)比分析原始拼焊式門環(huán)結(jié)構(gòu)和整體式不等厚熱成形門環(huán)結(jié)構(gòu)。在滿足相同25%小偏置碰撞性能的情況下，整體式不等厚熱成形門環(huán)輕量化效果明顯，降重約15%，重量性能對(duì)比如表5所示。

表5 重量性能對(duì)比表

3 結(jié)語(yǔ)

隨著C-IASI 25%小偏置碰撞法規(guī)實(shí)施，對(duì)A柱、B柱及A柱下相關(guān)部件的性能和輕量化、成本的要求也越來(lái)越嚴(yán)格，整體式熱成形門環(huán)技術(shù)作為可解決小偏置碰撞高評(píng)級(jí)與重量成本相平衡問(wèn)題的一種有效路徑，已成為汽車企業(yè)研究的熱點(diǎn)。本文基于某款新能源車型，通過(guò)應(yīng)用整體式不等厚熱成型門環(huán)，最終實(shí)現(xiàn)25%小偏置碰撞性能提升和明顯輕量化效果。相信隨著新能源汽車行業(yè)的發(fā)展，整體式熱成型門環(huán)技術(shù)在輕量化車身上的應(yīng)用將有著更廣泛的前景。