五菱宏光MINIEV在传统的全冲压件焊接车身结构的基础上,增加装配大量具有不同颜色需求的非金属外观装饰件。针对这一结构,探讨取消部分车身外板冲压件,继续由外观装饰件保留外观完整性,来达到轻量化的目的。
1. 车身结构分析及轻量化系数解读
(1)钢板冲压的焊接车身,配外观装饰件的车身结构
如下图所示,由于前期造型及制造需求,宏光MINIEV车身在顶盖、左右侧围、尾门区域除了保持有钢板冲压的外板零件外,还装配有外观装饰件。外观装饰件由供应商生产制造并喷涂不同于车身本体颜色的油漆,装配后使整车形成不同的颜色组合,实现外观的多样化。结构上看,顶盖、左右侧围、尾门的冲压外板零件被装饰件遮盖后,其原有的外观功能已被替代,仅提供车身强度及安全的作用。
为了提升车辆续航,对车身进行轻量化,可探讨取消部分冲压外板零件的可能性。基础方案为:以外观装饰件边界为基准,取消被其遮盖的顶盖、侧围、尾门外板部分,外观装饰件直接装配在车身内板或加强板结构上。为了保持车身强度及安全性能,以及提供外装饰件的安装点,可增加部分结构零件和外饰件安装点支架。过程示意图:
(2)车身性能评价标准之——轻量化系数
轻量化系数为汽车车身性能评价的一个重要指标,在行业中广泛应用,其公式如下:L= M kgCt·A kNm/deg·m2其中:
M= 车身重量(Kg)
Ct= 静态扭转刚度(KNm/deg)
A= 轮间投影面积(㎡)
其评价标准为:轻量化系数 L 数值越小,代表的车身轻量化水平就越高。
从公式我们可以看出,若要减小轻量化系数,可以通过降低车身重量、提高扭转刚度或增大轮间投影面积实现。
对于同一款车身,其轮间投影面积A是一定的,那么:如果保持车身扭转刚度Ct不变,即减小车身质量M可实现此系数的优化;如果维持轻量化水平不变,车身质量和扭转刚度都可以有相应幅度的减小,这也意味可以减少整车重量和成本。接下来就从以上两个角度,分析讨论此款车身轻量化的具体方案。
2. 轻量化方案及新问题解决
(1)车身外板件减重方案
去掉原车身结构上顶盖外板、侧围外板、尾门外板与装饰件重合区域,增加部分加强结构、外饰件安装支架以保持车身的拓扑结构,维持车身强度和安全性能。外饰件周边与车身贴合位置,用胶带或涂胶形式密封,阻止灰尘、水等进入车身内部。
左右侧围外板可减区域,见下图所示阴影区域(以左侧示例,右侧与之对称)
顶盖外板可全部去掉,顶盖装饰板安装点设计在顶盖横梁上,如有必要可增加新的横梁作为支撑安装点。装饰周边以胶带形式粘接密封,中间区域以螺栓连接装配于顶盖横梁上,见下图:
尾门区域可直接去掉尾门外板,由于尾门系统为独立运动件,对整车强度及安全性能影响不大,仅需满足自身系统刚度模态即可,中间区域设计装饰板安装点,周边以胶带粘接密封,见下图。
(2)外观装饰件的安装及密封方案
下面以顶盖外装饰件为例,探讨取消顶盖、侧围外板减小的密封及安装方案。顶盖装饰板周边与剩余钣金之间,增加双面粘接胶带。胶带宽度30mm,厚度0.8mm。
顶盖饰板边界装配截面
侧围外板上端结构截面变化对比
装饰件中间区域固定方案:注塑装饰件增加卡扣安装脚,卡接螺柱,与车身钣金件螺纹连接,布置位置和数量可根据固定后刚度做优化调整。结构示意图如下所示:
装饰件中间螺栓连接结构三维示图
装饰件中间螺纹连接结构剖视图
侧围、尾门外板取消后,外装饰件的密封及安装方式与上述顶盖方案一致,可以此为参考完成结构优化,实现整个车身的轻量化。
最后,按照上述方案实现整车减重约12Kg,相比原车身总重量减重约6.67%,实际设计中涉及增加的安装支架及粘胶、标准件重量,预计可减重5%左右。
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