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关键词：敞篷;车身结构;碰撞
0 引言
敞篷车目前基本由国外汽车厂商垄断，国内自主品牌偶有尝试[1]。碰撞安全性方面，虽然敞篷车能够抵抗正面和侧面碰撞的过度侵入，但国内设计领域相对空白。本文尝试开展相关的结构耐撞性研究。
1 敞篷车结构安全特点
传统车型具有完整的环形传力结构，发生碰撞时，可以迅速地将碰撞力传递出去。敞篷车消减车顶结构，A柱、B柱、C柱及两侧结构互相缺乏连接，无法形成框架结构，变成孤立的悬臂梁结构[2]。
车辆发生正面碰撞时，主要传力路径从防撞梁、吸能盒、前纵梁和弯梁传递至地板纵梁及A 柱等;上边梁及顶棚框架在正面碰撞中相对纵梁虽然传力较少，但也承担着传递载荷的要求。敞篷版车型的A 柱上边梁取消后，必将增大A 柱和弯梁等的传力压力。
侧面碰撞时，壁障撞击B 柱和侧门，原型车可以迅速地将碰撞力通过车顶传递至另一侧。敞篷版则无法通过车顶传力，必须加强B 柱防翻转。所以必须考虑如何通过B 柱、门槛、座椅横梁、地板横梁、A 柱和车门结构等将力进行分散，从而对侧面形成有效支撑，降低侵入量，对乘员提供有效保护。
目前国内法规对敞篷车暂无顶压强度要求，顶部抗压强度只能通过加强A 柱结构，提供有效支撑力。传统版和敞篷版车型，顶盖等在后面碰撞过程中为非主要传力路径，敞篷版车型后防撞梁、后吸能盒何后纵梁等主要传力结构不变，后面碰撞结构耐撞性差异较小。
2 碰撞安全性分析
2.1 整车有限元模型
以某量产车型为基础，以车门门框腰线为边界，通过消减车身顶盖、天窗、上边梁、B 柱、C 柱、D 柱何车门等部件，设计变更为敞篷版车型。评估以上变动对正面碰撞和侧面碰撞结构耐撞性的影响。
本文以原型车和敞篷版分别建立有限元模型[3]。研究碰撞性能，根据GB 11551-2014《汽车正面碰撞的乘员保护》和GB20071-2006《汽车侧面碰撞的乘员保护》，分别建立正面碰撞和侧面碰撞模型（图1）。
2.2 正面碰撞
敞篷版较原型车缺少顶棚、A 柱上边梁等部件，传力载荷将更多地被A 柱下段、弯梁、地板纵梁和中通道纵梁等分担。从图3正面碰撞前端结构变形图来看（图2），原型车与敞篷版正面碰撞变形模式基本一致。原型车由于后端支撑较强，前纵梁前端溃缩和折弯等程度略篇大。
A 柱上边梁及顶盖为非主要传力路径，综合正面碰撞结果汇总为表1，两者结果都可以接受。同时，可以考虑对A 柱适当加强，增强A 柱抗扭能力，提升传递效率，使门槛和地板纵梁等分担更多的载荷。
2.3 侧面碰撞
原型车具有完整的笼式车身结构，敞篷版取消车顶等部件后，变成一个半开放式的车身框架。所以敞篷版最大的挑战就在侧面碰撞，特别是B 柱的承载能力，提升B 柱的抗翻转能力至关重要。
原型车与敞篷版整车侧面变形如图3 所示。原型车整体侵入较小，上边梁未见明显变形;B 柱区域变形均匀，未发生弯折失稳现象;前、后门侵入量有限，拉手等区域未见异常变形;整体变形较小。
敞篷版车型从侧面碰撞内部变形图可以看到（图4），B 柱翻转侵入量非常大，前、后门无有效支撑，整体侵入较大。详细数据见侧碰B 柱指标对比（表2）和侧碰前门指标对比（表3）。原型车与敞篷版的A 柱、C 柱和地板等区域变形模式相近，差异不大。这说明敞篷版车型在侧面碰撞过程中，传力路径被截断后，无法有效进行侧碰力的传递，需要重新规划传力路径，进行结构优化设计。
2.4 结构优化设计
新增左、右B 柱连接结构，在2 个B 柱间增加双排管梁连接。这样B 柱、座椅橫梁和双排管梁整体形成环形加强结构，相当于用双排管梁替代原车型的顶棚支撑，为敞篷版新增一条主传递载荷路径。
对比敞篷版和优化方案仿真结果，优化方案减少了侧碰车身侵入。根据表1 和表2 计算结果看出，B 柱指标点和前门指标点（图5）等指标均明显降低，侧面结构耐撞性可满足GB 性能开发的要求。
3 结束语
原型车具备完整车身结构碰撞传力路径，而敞篷版半开放式悬臂结构对结构耐撞性影响很大。针对该车型的正面、侧面碰撞分析，总结如下。
（1）正面碰撞，敞篷版结构耐撞性指标比原型车有所降低，整体影响可以接受。后续可以对A 柱结构适当加强，提升地板纵梁、门槛梁传力载荷。
（2）侧面碰撞，敞篷版结构耐撞性能非常差。B 柱悬臂梁结构翻转严重，无法对车门形成有效支撑，需要通过重新规划传力路径、优化结构以及提升材料牌号等方法，提升侧面结构耐撞性能。
0 引言
敞篷车目前基本由国外汽车厂商垄断，国内自主品牌偶有尝试[1]。碰撞安全性方面，虽然敞篷车能够抵抗正面和侧面碰撞的过度侵入，但国内设计领域相对空白。本文尝试开展相关的结构耐撞性研究。
1 敞篷车结构安全特点
传统车型具有完整的环形传力结构，发生碰撞时，可以迅速地将碰撞力传递出去。敞篷车消减车顶结构，A柱、B柱、C柱及两侧结构互相缺乏连接，无法形成框架结构，变成孤立的悬臂梁结构[2]。
车辆发生正面碰撞时，主要传力路径从防撞梁、吸能盒、前纵梁和弯梁传递至地板纵梁及A 柱等;上边梁及顶棚框架在正面碰撞中相对纵梁虽然传力较少，但也承担着传递载荷的要求。敞篷版车型的A 柱上边梁取消后，必将增大A 柱和弯梁等的传力压力。
侧面碰撞时，壁障撞击B 柱和侧门，原型车可以迅速地将碰撞力通过车顶传递至另一侧。敞篷版则无法通过车顶传力，必须加强B 柱防翻转。所以必须考虑如何通过B 柱、门槛、座椅横梁、地板横梁、A 柱和车门结构等将力进行分散，从而对侧面形成有效支撑，降低侵入量，对乘员提供有效保护。
目前国内法规对敞篷车暂无顶压强度要求，顶部抗压强度只能通过加强A 柱结构，提供有效支撑力。传统版和敞篷版车型，顶盖等在后面碰撞过程中为非主要传力路径，敞篷版车型后防撞梁、后吸能盒何后纵梁等主要传力结构不变，后面碰撞结构耐撞性差异较小。
2 碰撞安全性分析
2.1 整车有限元模型
以某量产车型为基础，以车门门框腰线为边界，通过消减车身顶盖、天窗、上边梁、B 柱、C 柱、D 柱何车门等部件，设计变更为敞篷版车型。评估以上变动对正面碰撞和侧面碰撞结构耐撞性的影响。
本文以原型车和敞篷版分别建立有限元模型[3]。研究碰撞性能，根据GB 11551-2014《汽车正面碰撞的乘员保护》和GB20071-2006《汽车侧面碰撞的乘员保护》，分别建立正面碰撞和侧面碰撞模型（图1）。
2.2 正面碰撞
敞篷版较原型车缺少顶棚、A 柱上边梁等部件，传力载荷将更多地被A 柱下段、弯梁、地板纵梁和中通道纵梁等分担。从图3正面碰撞前端结构变形图来看（图2），原型车与敞篷版正面碰撞变形模式基本一致。原型车由于后端支撑较强，前纵梁前端溃缩和折弯等程度略篇大。
A 柱上边梁及顶盖为非主要传力路径，综合正面碰撞结果汇总为表1，两者结果都可以接受。同时，可以考虑对A 柱适当加强，增强A 柱抗扭能力，提升传递效率，使门槛和地板纵梁等分担更多的载荷。
2.3 侧面碰撞
原型车具有完整的笼式车身结构，敞篷版取消车顶等部件后，变成一个半开放式的车身框架。所以敞篷版最大的挑战就在侧面碰撞，特别是B 柱的承载能力，提升B 柱的抗翻转能力至关重要。
原型车与敞篷版整车侧面变形如图3 所示。原型车整体侵入较小，上边梁未见明显变形;B 柱区域变形均匀，未发生弯折失稳现象;前、后门侵入量有限，拉手等区域未见异常变形;整体变形较小。
敞篷版车型从侧面碰撞内部变形图可以看到（图4），B 柱翻转侵入量非常大，前、后门无有效支撑，整体侵入较大。详细数据见侧碰B 柱指标对比（表2）和侧碰前门指标对比（表3）。原型车与敞篷版的A 柱、C 柱和地板等区域变形模式相近，差异不大。这说明敞篷版车型在侧面碰撞过程中，传力路径被截断后，无法有效进行侧碰力的传递，需要重新规划传力路径，进行结构优化设计。
2.4 结构优化设计
新增左、右B 柱连接结构，在2 个B 柱间增加双排管梁连接。这样B 柱、座椅橫梁和双排管梁整体形成环形加强结构，相当于用双排管梁替代原车型的顶棚支撑，为敞篷版新增一条主传递载荷路径。
对比敞篷版和优化方案仿真结果，优化方案减少了侧碰车身侵入。根据表1 和表2 计算结果看出，B 柱指标点和前门指标点（图5）等指标均明显降低，侧面结构耐撞性可满足GB 性能开发的要求。
3 结束语
原型车具备完整车身结构碰撞传力路径，而敞篷版半开放式悬臂结构对结构耐撞性影响很大。针对该车型的正面、侧面碰撞分析，总结如下。
（1）正面碰撞，敞篷版结构耐撞性指标比原型车有所降低，整体影响可以接受。后续可以对A 柱结构适当加强，提升地板纵梁、门槛梁传力载荷。
（2）侧面碰撞，敞篷版结构耐撞性能非常差。B 柱悬臂梁结构翻转严重，无法对车门形成有效支撑，需要通过重新规划传力路径、优化结构以及提升材料牌号等方法，提升侧面结构耐撞性能。