基于PALS策略的車身輕量化等級評價

呂奉陽，羅培鋒，楊萬慶，陳東

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

前言

車身輕量化是節能減排的有效途徑。隨著輕量化技術的深入發展和應用，為了衡量不同車型輕量化水平的高低，需要建立統一的輕量化評價方法。輕量化評價的主要目的是預測和衡量一個車型的輕量化工程實施情況，在車型開發之初定義目標車型的輕量化指標，可以有效推動該車型的輕量化水平以及節能減排效果[1]。目前主流的車身輕量化評價方法有車身輕量化系數法和車身體密度法，車身輕量化系數和車身體密度越小，輕量化水平越高。本文在現有評價方法的基礎上引入PALS策略，對輕量化水平進行等級評價，可以直觀地看出不同車型的輕量化水平分布區間，有效地指導輕量化目標設定。

1 車身輕量化評價指標

1.1 車身輕量化系數

車身輕量化系數[2]首先由寶馬公司提出，是目前被汽車行業普遍接受的一個評價白車身輕量化水平的指標，數值越小，表示輕量化水平越高。車身輕量化系數計算公式如下：

式中，L為車身輕量化系數；m為白車身質量，kg；CT為白車身靜態扭轉剛度，Nm/（°）；A為白車身正投影面積，m2，由整車軸距與輪距相乘得到。

1.2 車身體密度

車身體密度由蓮花汽車整車名義密度[3]引申而來，也是一種常見的車身輕量化評價指標，數值越小，表示輕量化水平越高。車身體密度計算公式如下：

式中，D為車身體密度，kg/ m3；m為白車身質量，kg；V為白車身體積，m3，不同車型的體積計算公式如下：

式中，l為車身長度，m；b為軸距，m；w為車身寬度，m；h為車身高度，m。

2 PALS理論基礎

2.1 PALS策略

PALS是Product Attribute Leadership Strategy的英文縮寫，是一種直觀的產品屬性領導策略分析方法。PALS策略一般設定LACU四個定位區間，故PALS也稱為LACU定位分析。L是Leader的縮寫，代表領導區間，產品性能處于市場領導地位；A是Among leader的縮寫，代表領先區間，產品性能處于市場領先地位；C是Competitive的縮寫，代表有競爭力區間，產品具有一定的市場競爭力；U是Uncompetitive的縮寫，代表無競爭力區間，產品不具有市場競爭力。LACU定位區間根據性能指標的概率分布進行劃分，TOP10%概率為L，上游20%概率為A，中游40%概率為C，下游30%概率為U，如圖1所示。

圖1 LACU區間的概率分布

2.2 LACU邊界的確定

假設評價指標X服從正態分布，X越小性能越優，根據PALS策略，X在LACU各區間的概率滿足公式（4）。

令xL=μ+kLσ，xA=μ+kAσ，xC=μ+kCσ，μ為評價指標X的均值，σ為標準差，根據正態分布定理，可以得出公式（5）。

查標準正態分布數值表，Φ（1.28）=0.8997，Φ（0.52）=0.6985，可以得出評價指標X的LACU邊界值如下：

3 PALS在車身輕量化評價中的應用

以2019年歐洲車身會議參展車身為例，介紹PALS策略在車身輕量化評價中的應用。車身參數如表1所示。

表1 2019年歐洲車身會議車身參數

根據公式（1），計算各車型車身輕量化系數，如圖2所示。從圖2可以直觀地看出車身輕量化系數的大小，判斷各個車型車身輕量化水平的高低。車身輕量化系數越小，代表輕量化水平越高，如果車身輕量化系數做到最小，可能會導致開發成本的大幅增加。因此單獨采用車身輕量化系數作為評價指標，不便于開發者進行決策，無法有效地進行輕量化目標設定和輕量化等級評價。

根據公式（6），計算車身輕量化系數的LACU邊界參數為：LL=1.5，LA=2.2，LC=3.1。

圖2 各車型車身輕量化系數

圖3 車身輕量化系數等級評價

各車身輕量化系數在LACU區間的分布如圖3所示。從圖3中可以清晰地看出各車型的車身輕量化等級分布區間。采用LACU定位分析，可以有效地進行輕量化目標設定和輕量化等級評價。例如某新開發車型車身輕量化水平定義為有市場競爭力，車身輕量化系數不需要做到最小，只需小于LC即可。需要指出的是，LC并不是一個固定的參數，需要根據競爭車型的參數進行計算確定。采用PALS策略，可以保持車身輕量化水平具有競爭力，同時將開發成本控制在合理范圍內。

采用PALS策略對車身體密度進行評價，各車型車身體密度在LACU區間的分布如圖4所示。可以看出，由于評價指標的計算方法不同，各車型車身體密度的LACU等級分布區間與車身輕量化系數分布區間有所不同。

圖4 車身體密度等級評價

4 結論

現有的車身輕量化評價指標越小越好，雖然可以方便地進行輕量化水平對比，但是不能有效地指導輕量化目標設定，簡單地將輕量化指標做到最小可能會導致開發成本的大幅增加而失去競爭力。通過引入PALS策略，將輕量化水平劃分為LACU四個區間，在現有車身輕量化評價指標基礎上建立車身輕量化等級評價方法，可以更直觀地進行輕量化水平評價，合理地進行輕量化目標設定，保證車身輕量化水平具有競爭力，同時將開發成本控制在可接受范圍內。