铝合金在挂车后下防护轻量化中的应用

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【汽车轻量化在线】摘 要：为提高铝合金在挂车中的应用，同时实现后下防护的轻量化设计，文章对某挂车后下防护依据GB11567-2017对其进行安全性能分析。通过分析钢材后下防护数据结果，在此基础上开展铝合金后下防护的轻量化设计分析。分析结果表明：通过合理的结构优化，铝合金后下防护安全性能满足标准要求。关键词：后下防护；铝合金；轻量化；满足标准前言挂车及货车的后下防护主要功能起到阻挡和缓冲吸能的功能。阻挡功能主要是防止追尾碰撞时钻入挂车及货车底部；缓冲吸能功能是缓和冲击，减轻对追尾车辆车内乘员的伤害，改善碰撞相容性。随着挂车及货车排放标准的逐年提升，实现车辆的轻量化已成为车辆研发的重中之重。铝合金具有良好的成型工艺性、优异的力学性能和高回收利用率等优点，铝合金作为轻量化材料已经被各个汽车制造商应用，助推了整车轻量化进程。1 法规解析

GB11567-2017《汽车及挂车侧面和后下部防护要求》法规规定了后下部防护装置的技术要求，试验使用移动壁障撞击汽车及后下防护开展动态试验。从挂车的车架上截取一段车尾部结构用以安装后下防护，并按照实际相同的安装方式固定好车架。移动壁障质量为1100kg，前端表面为刚性结构，宽1700mm，高400mm，离地间隙为240mm，移动壁障的移动速度为32km/h。后下防护的碰撞示意图如图1所示。

图1 后下防护碰撞示意图

后下防护应具有足够的阻挡能力，防止发生钻入事故，该阻挡能力通过移动壁障碰撞试验进行考核。考核指标如下：

（1）移动壁障的最大钻入量应小于400mm；

（2）移动壁障的最大减速度应小于40g；

（3）移动壁障的反弹平均速度应小于2m/s；

（4）碰撞过程中，后下防护可以变形开裂，但不应整体脱落。

2 后下防护仿真对比分析

钢材后下防护主要由槽型钢和矩形钢焊接而成，主要采用二氧化碳气体保护焊焊接，总重量达到30kg；铝合金后下防护主要是“口”字型和“目”字型的铝合金挤压型材焊装在一起，并在防撞梁与竖安装梁之间增加斜支撑，主要采用惰性气体保护焊焊接，其重量为15kg。通过有限元方法对比钢材和铝合金后下防护的安全性能，实现轻量化目标。

2.1 钢材后下防护结果分析

图2显示钢材后下防护碰撞变形图，其变形能充分有效地吸收能量，也有足够的防撞能力防止追尾时钻入车底。图3显示最大钻入量为205mm；图4显示移动壁障的最大减速度为32g，减速度曲线呈现双梯度波型；图5显示移动壁障在40ms开始反弹，反弹速度为1.48m/s，都满足法规要求。

图2 钢材后下防护变形图

图3 钢材后下防护钻入量位移曲线

图4 钢材后下防护减速度曲线

图5 钢材后下防护反弹速度曲线

2.2 铝合金后下防护结果分析

图6 铝合金后下防护变形图

图7 铝合金后下防护钻入量位移曲线

图6显示铝合金后下防护碰撞变形图，图7显示最大钻入量为203mm，可有效阻止追尾车辆钻入；图8显示移动壁障的最大减速度为24g，减速度曲线呈现矩形波型，越有利于追尾车辆平稳地降速；图9显示移动壁障在43ms开始反弹，反弹速度为1.45m/s，反弹速度越低越有利于缓解追尾车辆内乘员的伤害，同样满足法规要求。

图8 铝合金后下防护减速度曲线

图9 铝合金后下防护反弹 速度曲线

通过分析可知，钢材和铝合金后下防护在追尾碰撞中的结果对比如表1所示，铝合金后下防护的耐撞性能略优于钢材后下防护，此车型可减轻50%，轻量化效果显著。

表1 钢材和铝合金结果对比

3 结论

开发铝合金后下防护可实现安全性能和轻量化目标，通过设计验证可取代钢材后下防护，随着铝合金性能的进一步优化升级，铝合金将广泛应用于汽车行业。

（1）根据仿真分析结果，铝合金后下防护的钻入量、加速度及反弹速度都优于钢材后下防护。

（2）铝合金比钢材密度小，可回收利用率高，后下防护的质量减轻高达50%，轻量化效果显著。

（3）铝合金后下防护经过合理的截面设计、材料和厚度选取，其耐撞性能优于钢材后下防护。可同时实现安全性和轻量化的目标。

来源：作者：张德伟，祝哮，刘瑞萍，李冰，金鑫，孙巍

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