CN108995716A - 一种汽车变强度b柱结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车变强度B柱结构，包括B柱结构由上至下依次分为顶端过渡区、中间区和底端过渡区，通过控制B柱结构不同位置的冷却速度，实现B柱结构的强度分布；中间区的强度为第一强度区，顶端过渡区的强度为第二强度区，底端过渡区的强度为第三强度区，第一强度区的强度保持不变，第一强度区的强度大于第二强度区和第三强度区的强度。实现零部件的轻量化，使每个截面负载更加均匀，打造强度灵活分布的B柱结构，避免了拼焊板焊缝区质量差所带来的不良影响，提高了结构的吸能特性。

Description

一种汽车变强度B柱结构

技术领域

本发明涉及汽车零部件结构技术领域，具体涉及一种汽车变强度B柱结构。

背景技术

随着我国电动汽车迅速发展，车身部件轻量化是降低能源消耗，提高续航里程最有效的措施之一，在车身重要部件B柱结构设计过程中，实现轻量化设计的同时，还要注重结构的耐撞性设计，兼顾强度和轻量化要求是当今研究设计的难题。

汽车侧面碰撞中，B柱的中部是吸能的主要部位，B柱的最大侵入量和最大侵入速度发生在中部，而且与人体腰部及胸部平齐，极大地影响人体伤害程度，而B柱的顶部和底部的侵入量和侵入速度相对较小，对人体伤害程度影响也较小，因此中部是碰撞直接接触区域，需要较大的刚度和强度，顶部和底部变形则相对较小可以适当弱化其强度以实现B柱的轻量化和耐撞性要求。

现有的技术B柱应用中，一般采用等强度的冲压件，不符合轻量化的要求。同时，当前对于B柱上下性能差异化的设计主要是变厚度结构设计和利用激光拼焊技术，能够一定程度上实现结构的轻量化。但是，对于变厚度结构设计，这种设计方法最大问题在于通过增加材料的厚度来提高某部位的强度，一定程度增加了零件的质量，不利于最大程度实现结构轻量化。而拼焊板设计难以控制焊点区域的质量，焊点区域附近存在着残余应力，发生侧面碰撞时容易发生断裂。因此，对于如何设计出强度灵活分布，综合性能卓越的B柱结构是本发明的核心所在。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种汽车变强度B柱结构，实现零部件的轻量化，使每个截面负载更加均匀，打造强度灵活分布的B柱结构，避免了拼焊板焊缝区质量差所带来的不良影响，提高了结构的吸能特性。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种汽车变强度B柱结构，包括B柱结构由上至下依次分为顶端过渡区、中间区和底端过渡区，通过控制B柱结构不同位置的冷却速度，实现B柱结构的强度分布；

中间区的强度为第一强度区，顶端过渡区的强度为第二强度区，底端过渡区的强度为第三强度区，第一强度区的强度保持不变，第一强度区的强度大于第二强度区和第三强度区的强度。

按照上述技术方案，B柱内板和B柱外板，B柱内板设置于B柱外板的内侧，B柱内板通过焊接与B柱外板连接，形成一体化结构。

按照上述技术方案，所述的B柱结构还包括至多一个B柱加强板，B柱加强板设置于内板和外板之间，并且通过焊接与内外板连接在一起。

按照上述技术方案，B柱内板和B柱外板的材料均为同一母材。

按照上述技术方案，B柱内板和B柱外板各自一体成型。

按照上述技术方案，第二强度区的总体强度大于第三强度区的总体强度。

按照上述技术方案，第一强度区内的强度一致，第一强度区的区域内各位置的强度保持不变，第二强度区和第三强度区的强度为第一强度区的强度向两端逐渐减小。

按照上述技术方案，第一强度的长度为B柱结构总长度的1/8～1/3。

按照上述技术方案，第一强度区的抗拉强度为1200～1500MPa；第一强度区和第二强度区的区域内最小强度为400～700MPa。

按照上述技术方案，第一强度区的材质为马氏体组织；第一强度区和第二强度区的材质为铁素体和珠光体或者为贝氏体组织。

本发明具有以下有益效果：

本发明的B柱结构的强度从中间区向两端的顶端过渡区和底端过渡区减小，这样可以使B柱在侧面碰撞时发生钟摆式变形模式，这样可以减小B柱中部的最大侵入量和最大侵入速度，保护乘员安全，又可以通过顶端和底端的塑性变形吸收碰撞能量；与现有拼焊板技术相比，没有焊缝的应力集中，表面质量好，材料性能分布连续且比较均匀，有利于改善结构碰撞特性，避免了拼焊板焊缝区质量差所带来的不良影响，提高了结构的吸能特性，同时减少焊接工序，减少成本；通过控制B柱结构不同位置的冷却速度，改变材料的屈服强度，实现B柱结构的强度分布，有效避免通过增加材料的厚度来增加结构强度的情况，有利于进一步实现零部件的轻量化，使每个截面负载更加均匀，打造强度灵活分布的B柱结构；B柱内板和B柱外板合理的强度分布，能够减少B柱加强板的数量，甚至是没有，进一步实现B柱结构的轻量化。

附图说明

图1是本发明实施例中B柱内板的结构示意图；

图2是本发明实施例中B柱外板的结构示意图；

图3是本发明实施例中B柱钟摆式理想变形模式示意图；

图4是本发明实施例一中B柱结构强度变化示意图；

图5是本发明实施例中B柱结构强度多梯度变化示意图；

图6是本发明实施例二中B柱结构强度变化示意图；

图中，1-中间区，2-顶端过渡区，3-底端过渡区，4-B柱结构顶端，5-B柱结构底端。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1～图2所示，本发明提供的一个实施例中的汽车变强度B柱结构，包括B柱结构由上至下依次分为顶端过渡区、中间区和底端过渡区，通过控制B柱结构不同位置的冷却速度，实现B柱结构的强度分布；

中间区的强度为第一强度区，顶端过渡区的强度为第二强度区，底端过渡区的强度为第三强度区，第一强度区的强度保持不变，第一强度区的强度大于第二强度区和第三强度区的强度。

进一步地，B柱内板和B柱外板，B柱内板设置于B柱外板的内侧，B柱内板通过焊接与B柱外板连接，形成一体化结构。

进一步地，所述的B柱结构还包括至多一个B柱加强板，B柱加强板设置于内板和外板之间，并且通过焊接与内外板连接在一起。

进一步地，B柱内板和B柱外板的材料均为同一母材。

进一步地，B柱加强板的材料与B柱内板和B柱外板的材料均为一致，为同一母材。

进一步地，B柱内板、B柱外板和B柱加强板各自一体成型。

进一步地，第二强度区的总体强度大于第三强度区的总体强度，具体可根据整个车身的结构来确定。

进一步地，第二强度区和第三强度区的强度为第一强度区的强度向两端逐渐减小；第二强度区域和第三强度区域分别为第一强度区域向顶端和向底端强度逐渐减小的区域。

进一步地，强度向两端逐渐减小的规律为服从阶梯型变化或服从某一连续函数变化。

进一步地，第一强度区内的强度一致，第一强度区的区域内各位置的强度保持不变，第一强度的长度为B柱结构总长度的1/8～1/3。

进一步地，第一强度区的抗拉强度为1200～1500MPa；第一强度区和第二强度区的区域内最小强度为400～700MPa。

进一步地，第一强度区的材质为大量的马氏体组织；第一强度区和第二强度区的材质为铁素体和珠光体或者为贝氏体组织。

进一步地，将常温下的22MnB5钢板加热到880℃～950℃，使之均匀奥氏体化，通过控制不同位置的冷却速度来影响奥氏体转化为马氏体的程度，从而实现不同部位强度差异化，获得变强度B柱结构。

本发明提供了一种变强度汽车B柱的实施例一，如图1～图2和图4所示：

如图1～图2所示变强度B柱总成结构示意图，包括B柱内板和B柱外板，还包括根据强度分布情况和车身结构具体要求，来确定是否需要加强板，图中没有示意表示出。沿B柱上下次序依次设置的B柱结构的顶端过渡区、中间区以及底端过渡区。所述B柱结构的中间区的强度为第一强度区，所述B柱结构的顶端过渡区的强度为第二强度区，所述B柱结构的底端过渡区的强度为第三强度区。

根据汽车发生侧面碰撞时，B柱理想变形模式如图3所示为钟摆式变形，即下部变形较大，中部及上部变形较小，可以确定强度在B柱结构分布的趋势，第一强度区的强度保持不变，第二强度区和第三强度区的强度自第一强度区向两端逐渐减小，这里服从阶梯型变化；其中，第一强度区域的强度保持不变,抗拉强度为强度1200～1500MPa大量的马氏体组织。第二强度区域和第三强度区域分别为强度保持不变的第一强度区域向顶端和底端强度逐渐减小的区域，其区域最小强度为400～700MPa的铁素体和珠光体或者为贝氏体组织。

参见图4所示，为B柱总成强度变化示意图。本实施案例中B柱的第二强度区包括强度不同的两段，其中每一段的强度保持不变，这两段区域的强度自强度不变的第一区域向上呈阶梯式递减变化，即第二强度区域越靠近B柱顶端强度越小，越靠近第一强度区域强度越大。

本实施案例中B柱的第三强度区也包括强度不同的两段，其中每一段的强度保持不变，这两段区域的强度自强度不变的第一区域向下呈阶梯式递减变化，即第三强度区域越靠近B柱底端强度越小，越靠近第一强度区域强度越大。

其中，第一强度区的强度大于第二、三强度区域的强度，第二强度区的总体强度大于第三强度区的总体强度，并且第二强度区域的每一段都大于所对应的第三强度区域的每一段，同时保证所述的第一强度区范围占B柱总长度的1/8～1/3，以此减小B柱的最大侵入量、最大侵入速度和保护乘员头部的安全，并确保B柱底部向压溃失效。

所述的变强度汽车B柱结构，采用同一母材制备并且各自一体成型，可以将常温下的22MnB5钢板加热到880℃～950℃，使之均匀奥氏体化，通过控制不同位置的冷却速度来影响奥氏体转化为马氏体的程度，从而实现不同部位强度差异化，获得变强度B柱内板、外板和加强板，进一步地将B柱内板、外板和加强板焊接连为一体。

本实施案例中变强度B柱结构可以理解为含有不同区域的五段式变强度结构，分别是第一强度区一段，第二和第三强度区分别有两段。根据具体实际的需要可以将这两个区域分成更多段，如图5所示更多梯度变化结构示意图。相对于传统的汽车B柱结构，通过设置B柱内板、外板和加强板不同区域段的强度，在满足B柱总成侧面碰撞的法规下，能充分利用材料的强度，能够是B柱加强板的数量减少至一个甚至没有，提升汽车B柱整体耐撞性，实现B柱总成的轻量化。

本发明提供了一种汽车变强度B柱结构的实施例二，如图1～图2和图6所示：

本实例与上述实例一的不同之处在于：第一强度区域与第二和第三强度区域平滑过渡，并且每一强度区域的强度也是连续变化的，可以服从线性函数变化，也可以服从幂指数函数变化等。

如图6所示，为本实施例中B柱总成强度变化实施例二的示意图。其中包含强度不变的第一强度区域，以及自第一强度区域向两端强度连续平滑减小的第二和第三强度区域。也就是说，第一强度区、第二强度区和第三强度区的整体呈平滑过渡的状态，也可以看成是阶梯变化的极限形式。这种连续平滑的强度变化进一步提高强度利用率，同时减少了应力集中。

具体实施时，确定B柱顶端和底端以及中部所需的材料强度，将22MnB5钢板加热到880℃～950℃，使之均匀奥氏体化，通过控制B柱模具顶端和底端以及中部不同的导热速度，实现温度场连续变化，使得中部的强度和两端的强度平滑过渡。

综上所述，(1)本发明的B柱结构的强度从中间轴向两端依次减小，这样可以使B柱在侧面碰撞时发生钟摆式变形模式，减小B柱中部的最大侵入量和最大侵入速度，保护乘员安全，又可以通过顶端和底端的塑性变形吸收碰撞能量。

(2)与现有拼焊板技术相比，没有焊缝的应力集中，表面质量好，材料性能分布连续且比较均匀，有利于改善结构碰撞特性，同时减少焊接工序，减少成本。

(3)B柱强度的变化是直接通过改变材料的屈服强度来实现的，有效避免通过增加材料的厚度来增加结构强度的情况，有利于进一步实现零部件的轻量化。

(4)B柱内板和外板合理的强度分布，能够减少B柱加强板的数量，甚至是没有，进一步实现B柱结构的轻量化。

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种汽车变强度B柱结构，其特征在于，包括B柱结构由上至下依次分为顶端过渡区、中间区和底端过渡区，通过控制B柱结构不同位置的冷却速度，实现B柱结构的强度分布；

中间区的强度为第一强度区，顶端过渡区的强度为第二强度区，底端过渡区的强度为第三强度区，第一强度区的强度保持不变，第一强度区的强度大于第二强度区和第三强度区的强度。

2.根据权利要求1所述的汽车变强度B柱结构，其特征在于，B柱内板和B柱外板，B柱内板设置于B柱外板的内侧，B柱内板通过焊接与B柱外板连接，形成一体化结构。

3.根据权利要求2所述的汽车变强度B柱结构，其特征在于，所述的B柱结构还包括B柱加强板，B柱加强板设置于内板和外板之间，并且通过焊接与内外板连接在一起。

4.根据权利要求1所述的汽车变强度B柱结构，其特征在于，B柱结构的厚度从顶端到底端均相同。

5.根据权利要求3所述的汽车变强度B柱结构，其特征在于，B柱内板和B柱外板各自一体成型。

6.根据权利要求1所述的汽车变强度B柱结构，其特征在于，第二强度区的总体强度大于第三强度区的总体强度。

7.根据权利要求1所述的汽车变强度B柱结构，其特征在于，第一强度区内的强度一致，第一强度区的区域内各位置的强度保持不变，第二强度区和第三强度区的强度为第一强度区的强度向两端逐渐减小。

8.根据权利要求1所述的汽车变强度B柱结构，其特征在于，第一强度的长度为B柱结构总长度的1/8～1/3。

9.根据权利要求1所述的汽车变强度B柱结构，其特征在于，第一强度区的抗拉强度为1200～1500MPa；第一强度区和第二强度区的区域内最小强度为400～700MPa。

10.根据权利要求1所述的汽车变强度B柱结构，其特征在于，第一强度区的材质为马氏体组织；第一强度区和第二强度区的材质为铁素体和珠光体或者为贝氏体组织。