美国研究机构车顶轻量化解决方案报告(2020版)

2020-6-3 17:38 516 0
简介
【汽车轻量化在线】汽车轻量化可以带来汽车性能提升和燃油经济性等诸多优势,是当前汽车产业发展的重要方向。自动化、电气化和共享技术的到来将使轻量化在未来变得更加重要,因为电池电动汽车(BEVs)增加了汽车重量和 ...

汽车轻量化在线】汽车轻量化可以带来汽车性能提升和燃油经济性等诸多优势,是当前汽车产业发展的重要方向。自动化、电气化和共享技术的到来将使轻量化在未来变得更加重要,因为电池电动汽车(BEVs)增加了汽车重量和行驶里程焦虑。

美国汽车研究中心发布的汽车车顶轻量化解决方案报告(2020版)旨在研究混合材料解决方案减少重量的可能性。该研究小组由23个汽车行业领先的组织机构构成。通过材料部门和汽车制造商的共同努力,整合具有成本效益的混合材料,以实现汽车质量的显著减少。

研究小组选择车顶结构作为研究对象,因为该组件具有应用多材料解决方案的潜力。这项研究的基准车型是2011年的本田雅阁,该车型采用100%钢制车顶结构,车顶由12个部分组成,包括车顶板(roof panel)、车顶横梁(roof bows)、车顶纵梁(roof rails)等,各部件用材如下图所示。车顶结构重量为25.7kg(Design space Mass = 25.7 Kg),使用点焊和胶粘剂进行车顶和车顶横梁的连接。

研究小组经过不同的轻量化方案组合筛选后,最终选出四个轻量化方案与基准车型方案进行比较。这些轻量化方案的定性和定量参数包括制造准备程度、连接的可行性、零件可修复性、计算机模拟能力等。这四个方案都是通过计算机辅助工程方法进行研究的,包括有限元分析和实验设计。四个方案的减重效果见下图:

概念1是100%钢解决方案

主要采用1500MPa热成形钢或980MPa第三代高强度冷成形钢用于大多数结构。车顶和车顶横梁之间使用点焊和粘接进行连接。该概念使车顶质量减少了约5千克,约为19%。

概念2采用铝合金材料策略

主要采用铝合金(AL-6022-T43 + PB),此外还用部分组件使用了1500MPa热成形钢,应用部位如下表所示。车顶板(roof skin)和互动部件(interactive parts)采用胶粘连接,车顶横梁和车顶纵梁采用新型焊接工艺。概念2 实现13.01千克的重量减少,减重49.4%。

概念3采用混合材料策略

概念3采用混合材料策略,其中铝用于车顶板,热成形钢用于纵梁,玻璃纤维复合材料用于车顶横梁(未端采用钢制结构)。使用粘合剂连接车顶板和交互式部件,采用MIG焊接连接车顶纵梁。该方案实现39.7%(10.2千克)的质量减少。

概念4采用了类似概念3的混合材料设计

与概念3相比,概念4采用了类似的混合材料设计,用碳纤维代替铝制车顶板。该设计将质量减少了10.4千克,即40.4%。连接工艺同概念3。尽管与概念3铝混合材料方案相比质量减少略高,但碳纤维概念显示出成本增加。

对比2019版报告,值得一提的,2020版报告中增加了概念2 铝合金车顶方案的轻量化研究,并且研究小组对混合材料概念3(对应2019版报告概念2,扭转刚度达到基准的78%)和概念4(对应2019版报告概念3,扭转刚度达到基准的74%)两组轻量化方案均进行了改进,结果显示扭转刚度等各方面性能均达到基准

2019版报告概念2和概念3

2019版报告概念2

2019版报告概念3

2020版报告概念3和概念4

2020版报告概念3

2020版报告概念4

2020版完整报告内容如下:



































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