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车身结构中“正义派”轻量化设计方案盘点

2017年02月17日 17:45 来源:车讯网 作者:郭磊
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车讯网 报道】整车轻量化是所有厂家重点研究的课题之一,其最终目的就是为了减少车身自重,让车辆油耗更低更加环保。发动机、变速箱、结构等都可以做轻量化设计,本篇我们仅对车身结构进行介绍。车身轻量化设计也分为“正义派”和“邪恶派”。结构缺失、材料减配等偷工减料手段为邪恶派,而真正的轻量化设计应该是既能减少自重又不能不降低汽车安全性和使用性能。想达到这样的标准,就需要借助铝合金、镁铝合金、树脂甚至是碳纤维高成本材料的使用,整车轻量化设计应该是增加成本而并非减少。本篇我们就来扒一扒在车身结构中到底哪些才算真正的轻量化设计方案?

  高强度钢材的使用

  在现代车型设计中,高强度钢材的使用率非常高,同样的车身结构和防护强度,使用高强度钢可以减小钢板厚度和重量。这就好比竹筷子与不锈钢筷子之间的区别。高强度钢分类有很多,譬如双相钢、复相钢、马氏体钢、硼钢等等,根据钢材特性不同所运用到的位置也是不同的。有关钢材强度与使用位置之间的关系我们以后再聊。总之,高强度钢的使用能够减轻车身重量。(同等强度效果下)

这些才是车身结构中的

  铝合金引擎盖

  铝合金的密度为钢板的1/3,可减重降油耗,低碳环保;铝合金材质引擎盖不仅重量轻而且表面相对较软,在发生与行人之间的碰撞时,可提高对人体头部的防护作用。在我们曾经拆解的100款车型中,美系车更注重铝合金轻量化材质的使用。

这些才是车身结构中的

  树脂翼子板

  树脂是一种复合型非金属材质,它能够大大减轻部件的重量,树脂比钢材轻50%,能够减少燃油消耗和二氧化碳排放。树脂材质设计自由度更大,可打造出复杂的结构,钢板所设计加工出的结构相对简单。由于树脂材质柔韧性高的特性,在发生与行人之间的碰撞时,能将撞击力缓解吸收,减少对行人的伤害,而且翼子板能从轻微碰撞的损伤中恢复。有些微型电动汽车,为了延长里程降低车身重量,将车身覆盖的钢板替换为树脂材料,大大减少车身重量。

这些才是车身结构中的

  铝合金前防护杠和吸能盒

  相对于铝合金发动机盖来说,铝合金材质前防护杠、吸能盒运用较为广泛,雪佛兰日产东风标致东风雪铁龙、一汽丰田奔驰奥迪宝马等品牌下的某些车型,在前防护结构上都使用过铝合金材质。铝合金运用到防撞梁上并非只为轻量化,相对较软的材质特性可提高吸收溃缩效果。如果前防撞梁和吸能盒使用了铝合金材质,那么后防撞梁100%概率也使用相同材质,通常都是对等设计。

这些才是车身结构中的

这些才是车身结构中的

  非金属材质后尾厢盖

  非金属材质后尾厢盖并不常见,其好处自然是重量轻。有些消费者可能担心追尾碰撞时,对整车防护的影响。首先,尾箱门并非起到安全防护作用,在碰撞中车身结构、后纵梁、后防撞梁等部位负责传递分散撞击力。那为什么非金属材质尾厢盖并没有普及呢?主要是有两个原因,其一是成本;这里的成本分为两个,一个是零件成本另一个是维修成本。标准的非金属材质(树脂等)并非普通塑料,如碳纤维复合材料等成本非常高,此外还有玻纤复合材料等价格也超过普通钢板,另外还有很多很多种复合方式。车辆在发生追尾碰撞后出现破裂、穿刺等损伤就需要替换整个零件,无法做钣金修复。第二个原因是零件品质一致性较难控制。接下来我们再来看看底盘零件有那些可以做轻量化的。

这些才是车身结构中的

  铝合金前副车架

  前副车架使用铝合金材质在以前并不稀奇,即便是老途安身上也能看到它的身影。但由于车辆成本控制的因素,前副车架渐渐的由铝合金变为钢质,成本自然也就下降了。而在目前的车型配置中,前副车架使用了铝合金材质,基本认定这就是一台偏向于驾驶类型的轿跑车型或是为乘坐舒适性而重点打造车型。如下图所示,中间白色一个大零件就是铝合金材质前副车架,虽然这是一坨实心零件,但重量却比同等空心钢零件要轻很多。悬挂结构中还有两个常见零件会采用轻量化设计-前后下控制臂。

这些才是车身结构中的

  铝合金下控制臂

  下面两张图分别是前悬挂下控制臂和后悬挂下控制臂。从测试和设计理论上来说,簧下质量对整车的操控性和舒适性方面影响较大。车辆在路面行驶时,悬挂系统会不断随着路面的颠簸而连续跳动,此时如果车内能一直保持水平状态,那么这就算是最理想的,但通过机械结构想做到完全没有可能,通过增大簧上与簧下质量之比,可对舒适性有改善。控制臂质量不同,弹跳频率也会对车辆操控有直接影响。所以大多主打舒适或操控的车型,更偏向于铝合金材质的下控制臂。

这些才是车身结构中的

这些才是车身结构中的

  总结:本文所介绍的仅是在车身结构方面的“正能量”轻量化设计方案,本次未提到的全铝车身以及碳纤维车身也是更高级别的轻量化设计方案,这些也只会出现在高端车型和电动车型上。除了结构方面可以做轻量化以外,譬如发动机、变速箱、座椅等都能部件也都可以做合理减重。汽车轻量化设计是永久话题,笔者也希望厂家在车身减重工程上少做一些类似偷工减料的不合理方案。

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