全新超輕車門解決方案概述
目前,汽車傳統(tǒng)制造材料中,鋼仍占有重要地位,而且人們投入到鋼材研究的精力巨大。車門系統(tǒng)作為最具代表性的車身部件,一直被提到鋁化的進(jìn)程中。那么,鋼制車門目前的輕量化進(jìn)展如何呢?還有沒有進(jìn)一步的優(yōu)化空間呢,今天我們就一起來看看。
車門系統(tǒng)概述
1、汽車開閉件
汽車開閉件,也就是我們通常所說的四門兩蓋,包括機(jī)蓋(發(fā)動機(jī)蓋/前艙蓋/發(fā)罩)、左前門、右前門、左后門、右后門以及行李箱蓋(尾門/背門)。
圖1 汽車開閉件
2、車門系統(tǒng)
車門系統(tǒng)一般由門體、車門附件和車門內(nèi)飾件三部分組成;機(jī)蓋與尾門由于不需要玻璃的升降,所以會比四門簡單一些。門體一般包括車門內(nèi)、外板,門體加強(qiáng)板、窗框等零件的焊接總成;車門附件一般包括車門玻璃、升降器、門鎖、鉸鏈、密封條、水切、限位器等;車門內(nèi)飾件一般包括門護(hù)板、門拉手、把手、扶手板等。
圖2 車門系統(tǒng)
車門系統(tǒng)中,車門門體約占車門總質(zhì)量的50%以上,相對于其他系統(tǒng)而言,車門門體更具有減重的空間。因此本文將門體鈑金確定為輕量化研究的重點(diǎn)。
圖3 車門系統(tǒng)重量占比
車門輕量化現(xiàn)狀
紐北統(tǒng)計(jì)了近五年ECB的40個車型前門鈑金(單個)的重量,范圍從8.5kg至23.4kg,平均值為14.1kg。最輕為吉普牧馬人(鋼),最重為捷豹路虎發(fā)現(xiàn)(鋁)。
圖4 近年ECB車門重量統(tǒng)計(jì)
通過上面的圖2也能發(fā)現(xiàn),這14kg左右的車門門體,其實(shí),80%的車門重量分布于4個零件總成中。其中,30%為車門外板,30%為車門內(nèi)板,10%為防撞梁,另外10%為窗框加強(qiáng)件。
圖5 車門門體重量分布
信息來自安賽樂米塔爾
當(dāng)前輕量化方案
安賽樂米塔爾作為世界鋼鐵巨頭,對鋼鐵做了深入且透徹的研究;谀壳安牧吓c工藝技術(shù),他們提出了一種切實(shí)可行的方案。
①使用1500Mpa級別熱成形鋼和馬氏體鋼;
圖6 超高強(qiáng)鋼應(yīng)用于車門
②使用全新激光拼焊門內(nèi)板工藝;
圖7 全新激光拼焊工藝應(yīng)用于車門
信息來自安賽樂米塔爾
③使用局部加強(qiáng)件而非整體加強(qiáng)件以優(yōu)化減重。
通過應(yīng)用本方案,可減重約4.9kg,減重比率27%,并且各項(xiàng)性能達(dá)到或高于目標(biāo)值。
圖8 鋼制車門當(dāng)前輕量化方案匯總
信息來自安賽樂米塔爾
中期輕量化方案
基于未來材料與工藝技術(shù),安賽樂米塔爾提出了一種超輕鋼制車門方案。
①0.5mm超薄外板
為了應(yīng)對厚度減薄帶來的性能下降,安米設(shè)計(jì)的方案是在車門外板內(nèi)側(cè)增加4.1mm厚度的補(bǔ)丁板,其中補(bǔ)丁表面為0.2mm厚的玻纖化合物,3.9mm厚為橡膠-環(huán)氧泡棉。
圖9 超薄車門外板
信息來自安賽樂米塔爾
試驗(yàn)和模擬分析都顯示應(yīng)用補(bǔ)丁板后剛度顯著改進(jìn),且0.5mm板厚+4.1mm補(bǔ)丁板組合的剛度優(yōu)于0.67mm板厚。
②0.5mm超薄內(nèi)板
使用0.8mm與0.5mm激光拼焊的內(nèi)板,并進(jìn)一步優(yōu)化工藝排布。
③嘗試采用2000Mpa熱成形
抗拉強(qiáng)度達(dá)到2000Mpa級以上的鋼種目前還不多見,北汽Lite及愛馳U5據(jù)稱已使用該類材料來制造車門防撞梁部件(該原材料并非來自安米)。
圖10 超高強(qiáng)防撞梁應(yīng)用車型
通過采用以上方案,車門鈑金可減重6.3kg,減重比率34%。
圖11 安米超輕車門中期解決方案
輕量化就是在滿足性能的情況下做到重量最小,當(dāng)然也要兼顧成本。當(dāng)前鋼制車門的輕量化方案與鋁制車門的成本及減重效果對比如圖12所示。
圖12 車門輕量化方案重量及成本對比
信息來自安賽樂米塔爾
總結(jié)
車門門體約占車門系統(tǒng)重量的50%以上,其輕量化效果比其他零件更為顯著。就鋼制車身而言,最為直接的輕量化手段就是提高強(qiáng)度、減薄料厚。通過以上的敘述,我們不難看出這些常見的輕量化手段同樣適用于車門,另外,通過優(yōu)化工藝排布等也是車門輕量化的方向之一。
在鋁合金外板(尤其是外觀質(zhì)量好的ABS)依賴進(jìn)口,價格居高不下的情況下,超輕輕量化鋼制車門不失為一種優(yōu)秀的解決方案。
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