輕量化車身減重設計研究

王立成 王松 湯湧

摘 要：目前節能減排成為汽車工業面臨的重大挑戰。白車身輕量化也已成為汽車行業重要的研究課題，是整車降低油耗的有效途徑，文章主要闡述車身輕量化評價指標、實現車身減重有效途徑。在零部件結構設計時，可以從提高牌號降低零件厚度、集成化設計思路、合理設計減重孔、調整焊接邊尺寸及形狀、多種材料混合車身等方面進行設計，進而實現白車身減重。

關鍵詞：白車身;輕量化;設計

中圖分類號：U462.1 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）14-59-03

Abstract： At present， energy conservation and emission reduction has become a major challenge for the automobile industry. Lightweight of body-in-white has become an important research topic in the automobile industry， and it is also an effective way to reduce fuel consumption of the whole vehicle. This paper mainly expounds the evaluation index of lightweight of body-in-white and the effective way to realize the lightening of body-in-white. In the structural design， the design can be carried out from the aspects of improving the brand and reducing the thickness of parts， integrating the design idea， rationally designing the weight reduction holes， adjusting the size and shape of welding edges， multi-material mixed body， etc.， so as to realize weight of body-in-white.

Keywords： BIW; Lightweight; Design

CLC NO.： U462.1 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）14-59-03

前言

隨著社會的快速發展，越來越多消費者購買汽車，改善了人們生活水平的同時，節能、環保、安全和智能成為汽車發展的新動向[1]。與此同時，能源和環境是當今世界面臨的兩大問題，兩者都與汽車產業發展息息相關，制造出“低能耗”、“低排放”甚至“零排放”的汽車是汽車行業等部門需要思考的問題。在采用相同動力系統和傳動系統的前提下，乘用車的整車質量減重100Kg，每百公里燃油消耗平均減少0.2-0.8L，二氧化碳排放減少5-11g/km。相較于汽車的動力系統和傳動系統的技術改革，輕量化是降低能耗、減少排放的最為有效的措施之一。在《中國制造2025》中關于汽車發展的整體規劃中也強調了“輕量化仍然是重中之重”，“輕量化”已然成為國家的重要戰略，越來越多的研究機構和汽車行業將其研究工作的重點放在汽車輕量化上。

1 車身輕量化系數

輕量化系數[2]是一個綜合了車身尺寸、性能和質量三方面的綜合系數，用它來比較車型車身設計的優劣，相比傳統的單純比較車身質量或性能的方法更為科學。由計算公式可知，若減小輕量化系數，可以通過提高扭轉剛度或增大腳印面積，其中，也可降低白車身重量來實現。

2 車身減重實現途徑

白車身不包含前風擋、四門兩蓋及副車架等（如圖3），因為這些系統都是安裝在白車身結構上，而車身的結構性能主要是指白車身框架結構的性能。

在保證性能的前提下，降低白車身重量，可以通過以下途徑來實現：

2.1 提高牌號降料厚

在保證性能不變情況下，可以降低零件料厚的同時，提高材料強度。

2.2 集成化設計

鋼板強度越高，其成形性能一般越差，尤其是強度超過1200MPa常規的冷沖幾乎無法實現稍復雜零件的成形，此時，可以采用熱沖壓成形技術[3]。

目前，激光拼焊板熱成形、補丁板熱成形是較好的實現減少零件數量，降低重量的技術，如圖4。

2.3 合理設計減重孔

根據零件結構，可以在保證性能的前提下，合理的將零件中部掏空，做到所謂真正的輕量化，如圖5。

2.4 調整焊接邊

前期根據傳統點焊機的操作空間，將焊點搭接邊統一設計成15mm以上。隨著工藝水平的提升，或激光焊接等工藝的應用，搭接邊可根據現有工藝做相應縮短或調整。此外，在無需焊接之處，可設計成交替的鋸齒狀搭接，如圖6。

2.5 合適材料用在合適的位置[4]

如奧迪A8、寶馬等車型的車身選材趨勢一樣，以鋼、鋁材料為主，碳纖維增強塑料（CFRP）等復合材料為輔的多材料混合車身，成為輕量化車身的設計趨勢。

3 結論

通過車身輕量化系數分析，我們可以得知很多輕量化方案，經過的benchmark對比、工藝的成熟度及仿真驗證，進行方案的合理選擇。當前車身輕量化系數僅可作為一個參考指標，而不是一個評判車身輕量化水平的絕對指標。

參考文獻

[1] 伍賽特.汽車節能減排技術研究及展望[J].應用能源技術，2019（7）.

[2] 汪濤.車身輕量化設計分析[J].時代汽車，2019（18）.

[3] 王大維.汽車沖壓新技術與傳統沖壓技術的對比分析[J].時代汽車， 2019（4）.

[4] 王磊等.基于正向開發流程的車身輕量化設計[J].汽車工程學報， 2018（8）：8-12.2015，5（6）：461-462.