專題

基于加強(qiáng)件的汽車白車身輕量化實(shí)現(xiàn)方法

汽車給人們生活帶來(lái)便利的同時(shí)，也帶來(lái)了交通事故、大氣污染和能源消耗等眾多問題，各國(guó)也制定了日益嚴(yán)格的法規(guī)來(lái)提升汽車性能。汽車制造商也致力于汽車輕量化的實(shí)現(xiàn)，并對(duì)動(dòng)力總成優(yōu)化，使用替代/可再生能源來(lái)滿足企業(yè)平均燃油經(jīng)濟(jì)性（CAFE）標(biāo)準(zhǔn)的要求。實(shí)現(xiàn)汽車輕量化是滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的有效途徑。汽車中，白車身的質(zhì)量約占整車質(zhì)量的30%～35%，因而對(duì)汽車的輕量化集中于白車身的輕量化。對(duì)白車身的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，雖然可實(shí)現(xiàn)汽車輕量化，但往往會(huì)導(dǎo)致汽車的噪聲、振動(dòng)和舒適性出現(xiàn)問題，這樣就需要改變汽車的制造流程和裝配線，從而提高制造成本。對(duì)此，給出了一種利用加強(qiáng)件實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的方法，并對(duì)輕量化后的白車身進(jìn)行了性能仿真評(píng)價(jià)。

汽車白車身輕量化設(shè)計(jì)方法主要通過減小白車身覆蓋件的厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車輕量化。在汽車發(fā)生碰撞時(shí)，白車身吸收產(chǎn)生的碰撞能量，因而需要保證白車身有足夠的強(qiáng)度和剛度。新設(shè)計(jì)方法則將工程熱塑性材料制造的加強(qiáng)件安裝在汽車白車身適當(dāng)?shù)奈恢茫商岣甙总嚿淼膹?qiáng)度和剛度。對(duì)發(fā)生碰撞時(shí)白車身的應(yīng)力分布進(jìn)行分析，確定加強(qiáng)件的安裝位置為A柱中心，B柱、C柱兩端連接處和車頂中心。采用有限元軟件LS-DYNA，使用美國(guó)國(guó)家碰撞分析中心建立的汽車通用有限元模型，確定白車身覆蓋件厚度的變化。通過有限元分析，覆蓋件厚度從原本的1.5～2.0mm減小為0.8～1.0mm，并在幾個(gè)關(guān)鍵位置安裝加強(qiáng)件，整車質(zhì)量從原本的1070kg減輕至1054.4kg。

通過有限元軟件LS-DYNA對(duì)輕量化后的汽車白車身進(jìn)行56km/h的正面碰撞仿真、50km/h的側(cè)面碰撞仿真和30km/h的側(cè)面柱碰撞仿真試驗(yàn)。仿真試驗(yàn)結(jié)果表明，所研究的汽車白車身輕量化設(shè)計(jì)方法使汽車質(zhì)量約減輕1.5%，同時(shí)不影響汽車的碰撞性能。由于加強(qiáng)件的安裝可以使用傳統(tǒng)的焊接或膠粘連接技術(shù)，因而不會(huì)引起成本的大幅增加。

Dinesh Munjurulimana et al. SAE 2016-01-0399.

編譯：王祥