基于加強件的汽車白車身輕量化實現方法

專題

基于加強件的汽車白車身輕量化實現方法

汽車給人們生活帶來便利的同時，也帶來了交通事故、大氣污染和能源消耗等眾多問題，各國也制定了日益嚴格的法規來提升汽車性能。汽車制造商也致力于汽車輕量化的實現，并對動力總成優化，使用替代/可再生能源來滿足企業平均燃油經濟性（CAFE）標準的要求。實現汽車輕量化是滿足相關標準的有效途徑。汽車中，白車身的質量約占整車質量的30%～35%，因而對汽車的輕量化集中于白車身的輕量化。對白車身的結構進行優化，雖然可實現汽車輕量化，但往往會導致汽車的噪聲、振動和舒適性出現問題，這樣就需要改變汽車的制造流程和裝配線，從而提高制造成本。對此，給出了一種利用加強件實現汽車輕量化的方法，并對輕量化后的白車身進行了性能仿真評價。

汽車白車身輕量化設計方法主要通過減小白車身覆蓋件的厚度來實現汽車輕量化。在汽車發生碰撞時，白車身吸收產生的碰撞能量，因而需要保證白車身有足夠的強度和剛度。新設計方法則將工程熱塑性材料制造的加強件安裝在汽車白車身適當的位置，可提高白車身的強度和剛度。對發生碰撞時白車身的應力分布進行分析，確定加強件的安裝位置為A柱中心，B柱、C柱兩端連接處和車頂中心。采用有限元軟件LS-DYNA，使用美國國家碰撞分析中心建立的汽車通用有限元模型，確定白車身覆蓋件厚度的變化。通過有限元分析，覆蓋件厚度從原本的1.5～2.0mm減小為0.8～1.0mm，并在幾個關鍵位置安裝加強件，整車質量從原本的1070kg減輕至1054.4kg。

通過有限元軟件LS-DYNA對輕量化后的汽車白車身進行56km/h的正面碰撞仿真、50km/h的側面碰撞仿真和30km/h的側面柱碰撞仿真試驗。仿真試驗結果表明，所研究的汽車白車身輕量化設計方法使汽車質量約減輕1.5%，同時不影響汽車的碰撞性能。由于加強件的安裝可以使用傳統的焊接或膠粘連接技術，因而不會引起成本的大幅增加。

Dinesh Munjurulimana et al. SAE 2016-01-0399.

編譯：王祥