车门防撞梁轻量化设计

车门防撞梁轻量化设计

1、 材料选择

随着汽车行业的发展，各种新材料和新技术不断应用到车门防撞梁生产，如铝合金挤压型材车门防撞梁、碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Rein-forced Polymer,CFRP）和铝合金混合结构车门防撞梁、超高强钢车门防撞梁、热冲压铝合金车门防撞梁、玻璃纤维复合材料车门防撞梁等。其中铝合金和CFRP材料由于高昂的材料成本和开发费用，仅在少量豪华运动品牌车型上有应用案例，市场主流品牌车型的车门防撞梁还是以高强钢材料为主。热成形材料由于其更高的性价比优势、超高的强度、易于成形和尺寸控制等优点，相比于传统钢管和支架设计，可以实现成本、模具数量和质量的降低。长期以来汽车行业广泛应用的热成形材料为22MnB5热成形钢，抗拉强度通常在1500MPa左右，更高强度的热成形材料是重要的发展方向。为进一步实现车门防撞梁的轻量化设计，本研究采用一种新型超高强度的34MnB5V热成形材料。该种新材料相比传统22MnB5热成形钢，在C含量（质量分数）由0.22%增加至0.34%的同时，添加0.11%～0.30%的V，成分如表1中所示。通过C含量的提高，VC析出粒子的晶粒细化和析出强化作用，抗拉强度可达到2000MPa以上，同时保持良好的塑性、弯曲断裂应变[13]及焊接性能。

表1 34MnB5V热成形钢的化学成分（质量分数）[12]%

2、 结构设计

目前车门防撞梁常见的截面形状有圆形（车门防撞杆）、U形、W形等，由于W形截面两侧凸起和中间凹陷部分能够更好地吸收侧面碰撞能量[14]，同时可以取消圆形截面防撞梁的安装支架，带来良好的轻量化效果[9,15]。本研究中的前后车门防撞梁的截面形状均设计为W形，车门防撞梁本体直接与车门限位器加强板和车门内板采用点焊连接，与车门外板采用减震胶连接，无额外的安装支架设计，如图1中所示。由于车门防撞梁选用2000MPa的超高强度热成形钢，相比于采用22MnB5的基础设计方案，材料厚度由1.6mm减薄到1.4mm，实现前车门防撞梁减重0.46kg，后车门防撞梁减重0.43kg，整车减重0.89kg，减重比例达11.7%，实现了良好的车门防撞梁轻量化设计。