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汽车车门轻量化解决方案

汽车车门轻量化解决方案
2024-09-03 67
纯电动汽车目前面临续航里程短、充电时间长等问题。电池能量密度、电池容量等是影响车辆续航里程的因素,除此之外,车身自重也是其重要影响因素。据数据分析,与传统燃油汽车每减少100kg,百公里油耗降低0.3-0.6L类似,新能源汽车每减少 100kg,续航里程可提高 6%-11%,日常损耗成本减少 20%。因此汽车轻量化技术成为降低能耗、减少排放的有效途径。在《中国制造2025》关于汽车发展的整体规划中也强调了“轻量化仍然是重中之重”,“轻量化”已然成为国家的重要战略,越来越多的汽车企业和科研机构已开始从事轻量化技术的研究。

 一、发展纯电动汽车轻量化技术的必要性续航里程短、充电时间长已成为制约纯电动汽车快速发展的重要因素之一。而电池技术的发展,现在也已达到瓶颈期,想要从动力电池方面来大幅度提高纯电动汽车的续航里程存在一定难度。除开电池本身技术外,整车重量也会影响续航里程,汽车越重,在行驶中消耗的能量越多,续航里程就会减少。因此,在保证汽车安全和车身强度的情况下,减轻车身的重量,可以使纯电动汽车的续航里程得以增加。与燃油车相比,纯电动汽车在结构上取消了发动机、变速器、油箱等结构,但是增加了动力电池。研究表明,汽车动力电池质量占整车质量比重越大,其续航里程越大,因此纯电动汽车为达到续航能力的要求,电池系统的总体重量都非常重,根据某车型的数据,动力电池的重量为550kg,占到整车整备质量的28%,有些车型动力电池甚至超过整车总质量的30%。因此相较于传统汽车而言,纯电动汽车的轻量化技术研究更为迫切,需要通过轻量化设计来平衡动力电池增加的重量。

目前,汽车传统制造材料中,钢仍占有重要地位,而且人们投入到钢材研究的精力巨大。车门系统作为最具代表性的车身部件,一直被提到铝化的进程中。那么,钢制车门目前的轻量化进展如何呢?还有没有进一步的优化空间呢,今天我们就一起来看看。
车门系统概述
1、汽车开闭件
汽车开闭件,也就是我们通常所说的四门两盖,包括机盖(发动机盖/前舱盖/发罩)、左前门、右前门、左后门、右后门以及行李箱盖(尾门/背门)。

2、车门系统
车门系统一般由门体、车门附件和车门内饰件三部分组成;机盖与尾门由于不需要玻璃的升降,所以会比四门简单一些。门体一般包括车门内、外板,门体加强板、窗框等零件的焊接总成;车门附件一般包括车门玻璃、升降器、门锁、铰链、密封条、水切、限位器等;车门内饰件一般包括门护板、门拉手、把手、扶手板等。

车门系统中,车门门体约占车门总质量的50%以上,相对于其他系统而言,车门门体更具有减重的空间。因此本文将门体钣金确定为轻量化研究的重点。

车门轻量化现状
纽北统计了近五年ECB的40个车型前门钣金(单个)的重量,范围从8.5kg至23.4kg,平均值为14.1kg。最轻为吉普牧马人(钢),最重为捷豹路虎发现(铝)。通过上面的图2也能发现,这14kg左右的车门门体,其实,80%的车门重量分布于4个零件总成中。其中,30%为车门外板,30%为车门内板,10%为防撞梁,另外10%为窗框加强件。

当前轻量化方案
安赛乐米塔尔作为世界钢铁巨头,对钢铁做了深入且透彻的研究。基于目前材料与工艺技术,他们提出了一种切实可行的方案。
①使用1500Mpa级别热成形钢和马氏体钢;

②使用全新激光拼焊门内板工艺;

③使用局部加强件而非整体加强件以优化减重。
通过应用本方案,可减重约4.9kg,减重比率27%,并且各项性能达到或高于目标值。

中期轻量化方案
基于未来材料与工艺技术,安赛乐米塔尔提出了一种超轻钢制车门方案。
①0.5mm超薄外板
为了应对厚度减薄带来的性能下降,安米设计的方案是在车门外板内侧增加4.1mm厚度的补丁板,其中补丁表面为0.2mm厚的玻纤化合物,3.9mm厚为橡胶-环氧泡棉。

试验和模拟分析都显示应用补丁板后刚度显著改进,且0.5mm板厚+4.1mm补丁板组合的刚度优于0.67mm板厚。
②0.5mm超薄内板
使用0.8mm与0.5mm激光拼焊的内板,并进一步优化工艺排布。
③尝试采用2000Mpa热成形
抗拉强度达到2000Mpa级以上的钢种目前还不多见,北汽Lite及爱驰U5据称已使用该类材料来制造车门防撞梁部件(该原材料并非来自安米)。通过采用以上方案,车门钣金可减重6.3kg,减重比率34%。轻量化就是在满足性能的情况下做到重量最小,当然也要兼顾成本。当前钢制车门的轻量化方案与铝制车门的成本及减重效果对比如图12所示。


总结

车门门体约占车门系统重量的50%以上,其轻量化效果比其他零件更为显著。就钢制车身而言,最为直接的轻量化手段就是提高强度、减薄料厚。通过以上的叙述,我们不难看出这些常见的轻量化手段同样适用于车门,另外,通过优化工艺排布等也是车门轻量化的方向之一。在铝合金外板(尤其是外观质量好的ABS)依赖进口,价格居高不下的情况下,超轻轻量化钢制车门不失为一种优秀的解决方案。

随着现在节能环保日益的深入的人心,汽车轻量化已经是一个非常热门的话题了,对于车子来说,轻量化的设计是能够解决车辆能耗,以及环保主要途径和有效的方法,当然对于汽车轻量化来讲,也是汽车发展的一项最基本的技术,正所谓轻量化从字面意思来理解就是,减轻汽车自身的重量,从而提高汽车的动力性,减少燃料的消耗,在环境问题日益严峻的今天,不断升级的排放法规也是车汽想尽办法进行节能减排。那么轻量化的设计能够满足,对于汽车的轻量化不仅适用于传统的燃油车,同时也适用于用电驱动的新能源汽车,那么新能源汽车的轻量化是怎么实现的呢?

总的来说,实现车身轻量化,主要有三个途径,就是汽车的结构以及材料和汽车生产的工艺,首先以新能源汽车的性能,材料上面来说,这是实现汽车轻量化的主要途径,电动汽车对于续航里程的要求,对轻量化材料的需求就更加的迫切了,现在汽车常见的一些材料包括铝合金,镁合金,甚至是包括碳纤维,当然铝合金材料也是现在汽车里面最常见的轻量化材料之一,像丰田,奥迪,宝马等全铝车身来说,就是一个非常好的例子,譬如特斯拉使用全铝车身,结构件中九成使用铝合金,甚至对于车辆来说的话在底盘、动力总成部件也普遍使用铝合金,以降低整车重量。其实从整车设计结构上进行优化,通过较少材料和车重实现安全和性能要求。车身结构进行轻量化设计,这是被认为当前切实可行的主要途径。减少汽车的车身,车架重量就减少汽车总重量,是汽车轻量化的重要途径。轻量化则可以显著降低新能源车整车能耗率。由于电动汽车对于续航里程的要求,其对轻量化材料的需求更加迫切,总归来说,轻量化已经成为一种趋势,在不影响车身强度的情况下,使用更多的铝合金、镁合金、工程塑料等有助于降低车身自重,从而带来更长的续航里程。



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