輕量化車身減重設(shè)計研究

王立成 王松 湯湧

摘 要：目前節(jié)能減排成為汽車工業(yè)面臨的重大挑戰(zhàn)。白車身輕量化也已成為汽車行業(yè)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(biāo)、實(shí)現(xiàn)車身減重有效途徑。在零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計時，可以從提高牌號降低零件厚度、集成化設(shè)計思路、合理設(shè)計減重孔、調(diào)整焊接邊尺寸及形狀、多種材料混合車身等方面進(jìn)行設(shè)計，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)白車身減重。

關(guān)鍵詞：白車身;輕量化;設(shè)計

中圖分類號：U462.1 ?文獻(xiàn)標(biāo)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(fā)展，越來越多消費(fèi)者購買汽車，改善了人們生活水平的同時，節(jié)能、環(huán)保、安全和智能成為汽車發(fā)展的新動向[1]。與此同時，能源和環(huán)境是當(dāng)今世界面臨的兩大問題，兩者都與汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展息息相關(guān)，制造出“低能耗”、“低排放”甚至“零排放”的汽車是汽車行業(yè)等部門需要思考的問題。在采用相同動力系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)的前提下，乘用車的整車質(zhì)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(tǒng)和傳動系統(tǒng)的技術(shù)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(guān)于汽車發(fā)展的整體規(guī)劃中也強(qiáng)調(diào)了“輕量化仍然是重中之重”，“輕量化”已然成為國家的重要戰(zhàn)略，越來越多的研究機(jī)構(gòu)和汽車行業(yè)將其研究工作的重點(diǎn)放在汽車輕量化上。

1 車身輕量化系數(shù)

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

2 車身減重實(shí)現(xiàn)途徑

白車身不包含前風(fēng)擋、四門兩蓋及副車架等（如圖3），因為這些系統(tǒng)都是安裝在白車身結(jié)構(gòu)上，而車身的結(jié)構(gòu)性能主要是指白車身框架結(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)：

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(qiáng)度。

2.2 集成化設(shè)計

鋼板強(qiáng)度越高，其成形性能一般越差，尤其是強(qiáng)度超過1200MPa常規(guī)的冷沖幾乎無法實(shí)現(xiàn)稍復(fù)雜零件的成形，此時，可以采用熱沖壓成形技術(shù)[3]。

目前，激光拼焊板熱成形、補(bǔ)丁板熱成形是較好的實(shí)現(xiàn)減少零件數(shù)量，降低重量的技術(shù)，如圖4。

2.3 合理設(shè)計減重孔

根據(jù)零件結(jié)構(gòu)，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(diào)整焊接邊

前期根據(jù)傳統(tǒng)點(diǎn)焊機(jī)的操作空間，將焊點(diǎn)搭接邊統(tǒng)一設(shè)計成15mm以上。隨著工藝水平的提升，或激光焊接等工藝的應(yīng)用，搭接邊可根據(jù)現(xiàn)有工藝做相應(yīng)縮短或調(diào)整。此外，在無需焊接之處，可設(shè)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(qiáng)塑料（CFRP）等復(fù)合材料為輔的多材料混合車身，成為輕量化車身的設(shè)計趨勢。

3 結(jié)論

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

參考文獻(xiàn)

[1] 伍賽特.汽車節(jié)能減排技術(shù)研究及展望[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2019（7）.

[2] 汪濤.車身輕量化設(shè)計分析[J].時代汽車，2019（18）.

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

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