基于加强件的汽车白车身轻量化实现方法

专题

基于加强件的汽车白车身轻量化实现方法

汽车给人们生活带来便利的同时，也带来了交通事故、大气污染和能源消耗等众多问题，各国也制定了日益严格的法规来提升汽车性能。汽车制造商也致力于汽车轻量化的实现，并对动力总成优化，使用替代/可再生能源来满足企业平均燃油经济性（CAFE）标准的要求。实现汽车轻量化是满足相关标准的有效途径。汽车中，白车身的质量约占整车质量的30%～35%，因而对汽车的轻量化集中于白车身的轻量化。对白车身的结构进行优化，虽然可实现汽车轻量化，但往往会导致汽车的噪声、振动和舒适性出现问题，这样就需要改变汽车的制造流程和装配线，从而提高制造成本。对此，给出了一种利用加强件实现汽车轻量化的方法，并对轻量化后的白车身进行了性能仿真评价。

汽车白车身轻量化设计方法主要通过减小白车身覆盖件的厚度来实现汽车轻量化。在汽车发生碰撞时，白车身吸收产生的碰撞能量，因而需要保证白车身有足够的强度和刚度。新设计方法则将工程热塑性材料制造的加强件安装在汽车白车身适当的位置，可提高白车身的强度和刚度。对发生碰撞时白车身的应力分布进行分析，确定加强件的安装位置为A柱中心，B柱、C柱两端连接处和车顶中心。采用有限元软件LS-DYNA，使用美国国家碰撞分析中心建立的汽车通用有限元模型，确定白车身覆盖件厚度的变化。通过有限元分析，覆盖件厚度从原本的1.5～2.0mm减小为0.8～1.0mm，并在几个关键位置安装加强件，整车质量从原本的1070kg减轻至1054.4kg。

通过有限元软件LS-DYNA对轻量化后的汽车白车身进行56km/h的正面碰撞仿真、50km/h的侧面碰撞仿真和30km/h的侧面柱碰撞仿真试验。仿真试验结果表明，所研究的汽车白车身轻量化设计方法使汽车质量约减轻1.5%，同时不影响汽车的碰撞性能。由于加强件的安装可以使用传统的焊接或胶粘连接技术，因而不会引起成本的大幅增加。

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

编译：王祥