鋁合金在掛車后下防護(hù)輕量化中的應(yīng)用

張德偉，祝哮，劉瑞萍，李冰，金鑫，孫巍

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鋁合金在掛車后下防護(hù)輕量化中的應(yīng)用

張德偉，祝哮，劉瑞萍，李冰，金鑫，孫巍

（遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧 遼陽 111003）

為提高鋁合金在掛車中的應(yīng)用，同時實現(xiàn)后下防護(hù)的輕量化設(shè)計，文章對某掛車后下防護(hù)依據(jù)GB11567-2017對其進(jìn)行安全性能分析。通過分析鋼材后下防護(hù)數(shù)據(jù)結(jié)果，在此基礎(chǔ)上開展鋁合金后下防護(hù)的輕量化設(shè)計分析。分析結(jié)果表明：通過合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，鋁合金后下防護(hù)安全性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

后下防護(hù)；鋁合金；輕量化；滿足標(biāo)準(zhǔn)

前言

掛車及貨車的后下防護(hù)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(nèi)乘員的傷害，改善碰撞相容性。

隨著掛車及貨車排放標(biāo)準(zhǔn)的逐年提升，實現(xiàn)車輛的輕量化已成為車輛研發(fā)的重中之重。鋁合金具有良好的成型工藝性、優(yōu)異的力學(xué)性能和高回收利用率等優(yōu)點，鋁合金作為輕量化材料已經(jīng)被各個汽車制造商應(yīng)用，助推了整車輕量化進(jìn)程。

1 法規(guī)解析

GB11567-2017《汽車及掛車側(cè)面和后下部防護(hù)要求》法規(guī)規(guī)定了后下部防護(hù)裝置的技術(shù)要求，試驗使用移動壁障撞擊汽車及后下防護(hù)開展動態(tài)試驗。從掛車的車架上截取一段車尾部結(jié)構(gòu)用以安裝后下防護(hù)，并按照實際相同的安裝方式固定好車架。移動壁障質(zhì)量為1100kg，前端表面為剛性結(jié)構(gòu)，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(hù)的碰撞示意圖如圖1所示。

圖1 后下防護(hù)碰撞示意圖

后下防護(hù)應(yīng)具有足夠的阻擋能力，防止發(fā)生鉆入事故，該阻擋能力通過移動壁障碰撞試驗進(jìn)行考核?？己酥笜?biāo)如下：

（1）移動壁障的最大鉆入量應(yīng)小于400mm；

（2）移動壁障的最大減速度應(yīng)小于40g；

（3）移動壁障的反彈平均速度應(yīng)小于2m/s；

（4）碰撞過程中，后下防護(hù)可以變形開裂，但不應(yīng)整體脫落。

2 后下防護(hù)仿真對比分析

鋼材后下防護(hù)主要由槽型鋼和矩形鋼焊接而成，主要采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊焊接，總重量達(dá)到30kg；鋁合金后下防護(hù)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(hù)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(hù)的安全性能，實現(xiàn)輕量化目標(biāo)。

2.1 鋼材后下防護(hù)結(jié)果分析

圖2顯示鋼材后下防護(hù)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(xiàn)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(guī)要求。

圖2 鋼材后下防護(hù)變形圖

圖4 鋼材后下防護(hù)減速度曲線

圖5 鋼材后下防護(hù)反彈速度曲線

2.2 鋁合金后下防護(hù)結(jié)果分析

圖6 鋁合金后下防護(hù)變形圖

圖7 鋁合金后下防護(hù)鉆入量位移曲線

圖6顯示鋁合金后下防護(hù)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(xiàn)矩形波型，越有利于追尾車輛平穩(wěn)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(nèi)乘員的傷害，同樣滿足法規(guī)要求。

圖8 鋁合金后下防護(hù)減速度曲線

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

表1 鋼材和鋁合金結(jié)果對比

3 結(jié)論

開發(fā)鋁合金后下防護(hù)可實現(xiàn)安全性能和輕量化目標(biāo)，通過設(shè)計驗證可取代鋼材后下防護(hù)，隨著鋁合金性能的進(jìn)一步優(yōu)化升級，鋁合金將廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)。

（1）根據(jù)仿真分析結(jié)果，鋁合金后下防護(hù)的鉆入量、加速度及反彈速度都優(yōu)于鋼材后下防護(hù)。

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

（3）鋁合金后下防護(hù)經(jīng)過合理的截面設(shè)計、材料和厚度選取，其耐撞性能優(yōu)于鋼材后下防護(hù)?？赏瑫r實現(xiàn)安全性和輕量化的目標(biāo)。

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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(tuán)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