專題

基于加強件的汽車白車身輕量化實現(xiàn)方法

汽車給人們生活帶來便利的同時，也帶來了交通事故、大氣污染和能源消耗等眾多問題，各國也制定了日益嚴格的法規(guī)來提升汽車性能。汽車制造商也致力于汽車輕量化的實現(xiàn)，并對動力總成優(yōu)化，使用替代/可再生能源來滿足企業(yè)平均燃油經(jīng)濟性（CAFE）標準的要求。實現(xiàn)汽車輕量化是滿足相關(guān)標準的有效途徑。汽車中，白車身的質(zhì)量約占整車質(zhì)量的30%～35%，因而對汽車的輕量化集中于白車身的輕量化。對白車身的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，雖然可實現(xiàn)汽車輕量化，但往往會導致汽車的噪聲、振動和舒適性出現(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。對此，給出了一種利用加強件實現(xiàn)汽車輕量化的方法，并對輕量化后的白車身進行了性能仿真評價。

汽車白車身輕量化設(shè)計方法主要通過減小白車身覆蓋件的厚度來實現(xiàn)汽車輕量化。在汽車發(fā)生碰撞時，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度和剛度。新設(shè)計方法則將工程熱塑性材料制造的加強件安裝在汽車白車身適當?shù)奈恢?，可提高白車身的強度和剛度。對發(fā)生碰撞時白車身的應力分布進行分析，確定加強件的安裝位置為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，使用美國國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，并在幾個關(guān)鍵位置安裝加強件，整車質(zhì)量從原本的1070kg減輕至1054.4kg。

通過有限元軟件LS-DYNA對輕量化后的汽車白車身進行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。仿真試驗結(jié)果表明，所研究的汽車白車身輕量化設(shè)計方法使汽車質(zhì)量約減輕1.5%，同時不影響汽車的碰撞性能。由于加強件的安裝可以使用傳統(tǒng)的焊接或膠粘連接技術(shù)，因而不會引起成本的大幅增加。

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

編譯：王祥