鋁合金在掛車后下防護輕量化中的應用

張德偉，祝哮，劉瑞萍，李冰，金鑫，孫巍

?

鋁合金在掛車后下防護輕量化中的應用

張德偉，祝哮，劉瑞萍，李冰，金鑫，孫巍

（遼寧忠旺集團有限公司，遼寧 遼陽 111003）

為提高鋁合金在掛車中的應用，同時實現后下防護的輕量化設計，文章對某掛車后下防護依據GB11567-2017對其進行安全性能分析。通過分析鋼材后下防護數據結果，在此基礎上開展鋁合金后下防護的輕量化設計分析。分析結果表明：通過合理的結構優化，鋁合金后下防護安全性能滿足標準要求。

后下防護；鋁合金；輕量化；滿足標準

前言

掛車及貨車的后下防護主要功能起到阻擋和緩沖吸能的功能。阻擋功能主要是防止追尾碰撞時鉆入掛車及貨車底部；緩沖吸能功能是緩和沖擊，減輕對追尾車輛車內乘員的傷害，改善碰撞相容性。

隨著掛車及貨車排放標準的逐年提升，實現車輛的輕量化已成為車輛研發的重中之重。鋁合金具有良好的成型工藝性、優異的力學性能和高回收利用率等優點，鋁合金作為輕量化材料已經被各個汽車制造商應用，助推了整車輕量化進程。

1 法規解析

GB11567-2017《汽車及掛車側面和后下部防護要求》法規規定了后下部防護裝置的技術要求，試驗使用移動壁障撞擊汽車及后下防護開展動態試驗。從掛車的車架上截取一段車尾部結構用以安裝后下防護，并按照實際相同的安裝方式固定好車架。移動壁障質量為1100kg，前端表面為剛性結構，寬1700mm，高400mm，離地間隙為240mm，移動壁障的移動速度為32km/h。后下防護的碰撞示意圖如圖1所示。

圖1 后下防護碰撞示意圖

后下防護應具有足夠的阻擋能力，防止發生鉆入事故，該阻擋能力通過移動壁障碰撞試驗進行考核。考核指標如下：

（1）移動壁障的最大鉆入量應小于400mm；

（2）移動壁障的最大減速度應小于40g；

（3）移動壁障的反彈平均速度應小于2m/s；

（4）碰撞過程中，后下防護可以變形開裂，但不應整體脫落。

2 后下防護仿真對比分析

鋼材后下防護主要由槽型鋼和矩形鋼焊接而成，主要采用二氧化碳氣體保護焊焊接，總重量達到30kg；鋁合金后下防護主要是“口”字型和“目”字型的鋁合金擠壓型材焊裝在一起，并在防撞梁與豎安裝梁之間增加斜支撐，主要采用惰性氣體保護焊焊接，其重量為15kg。通過有限元方法對比鋼材和鋁合金后下防護的安全性能，實現輕量化目標。

2.1 鋼材后下防護結果分析

圖2顯示鋼材后下防護碰撞變形圖，其變形能充分有效地吸收能量，也有足夠的防撞能力防止追尾時鉆入車底。圖3顯示最大鉆入量為205mm；圖4顯示移動壁障的最大減速度為32g，減速度曲線呈現雙梯度波型；圖5顯示移動壁障在40ms開始反彈，反彈速度為1.48m/s，都滿足法規要求。

圖2 鋼材后下防護變形圖

圖4 鋼材后下防護減速度曲線

圖5 鋼材后下防護反彈速度曲線

2.2 鋁合金后下防護結果分析

圖6 鋁合金后下防護變形圖

圖7 鋁合金后下防護鉆入量位移曲線

圖6顯示鋁合金后下防護碰撞變形圖，圖7顯示最大鉆入量為203mm，可有效阻止追尾車輛鉆入；圖8顯示移動壁障的最大減速度為24g，減速度曲線呈現矩形波型，越有利于追尾車輛平穩地降速；圖9顯示移動壁障在43ms開始反彈，反彈速度為1.45m/s，反彈速度越低越有利于緩解追尾車輛內乘員的傷害，同樣滿足法規要求。

圖8 鋁合金后下防護減速度曲線

通過分析可知，鋼材和鋁合金后下防護在追尾碰撞中的結果對比如表1所示，鋁合金后下防護的耐撞性能略優于鋼材后下防護，此車型可減輕50%，輕量化效果顯著。

表1 鋼材和鋁合金結果對比

3 結論

開發鋁合金后下防護可實現安全性能和輕量化目標，通過設計驗證可取代鋼材后下防護，隨著鋁合金性能的進一步優化升級，鋁合金將廣泛應用于汽車行業。

（1）根據仿真分析結果，鋁合金后下防護的鉆入量、加速度及反彈速度都優于鋼材后下防護。

（2）鋁合金比鋼材密度小，可回收利用率高，后下防護的質量減輕高達50%，輕量化效果顯著。

（3）鋁合金后下防護經過合理的截面設計、材料和厚度選取，其耐撞性能優于鋼材后下防護。可同時實現安全性和輕量化的目標。

[1] 李平飛.大型載貨汽車后下部防護裝置被動安全性及其試驗程序研究[J].輕型汽車技術,2008(4):9-11.

[2] 李平飛,劉文蘋.貨車后下部防護裝置的被動安全性計算機仿真[J].農業裝備與車輛工程,2009(12):26-28.

[3] 季小冬.汽車和掛車側面防護標準解讀[J].專用汽車,2017(4):36 -38.

[4] 黃康,王香廷,祝慧,等.鋁合金后防護欄的輕量化及強度研究[J].汽車實用技術,2018(2):145-147.

The Application of Aluminum Alloy in the Lightweight of Rear Underrun Protection

Zhang Dewei, Zhu Xiao, Liu Ruiping, Li Bing, Jin Xin, Sun Wei

( Liaoning Zhongwang Group Co. Ltd., Liaoning Shenyang 111003 )

In order to improve the application of aluminum alloy in trailers and realize the lightweight design of rear underrun protection, this paper analyzes the safety performance of rear underrun protection for trails according to GB11567-2017. In this paper, by analyzing the results of the steel rear underrun protection, and then it designs and analysis aluminum alloy rear underrun protection. The analysis results show that the safety performance of aluminum alloy rear underrun protectionconforms to the standard requirements by reasonable structure design.

Rear underrun protection; Aluminum alloy; Lightweight; Conform to standard

U465.2

A

1671-7988(2019)07-80-02

張德偉（1981-），男，本科，工程師，就職于遼寧忠旺集團有限公司，從事車輛性能CAE分析工作。

U465.2

A

1671-7988(2019)07-80-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.07.027