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时间:2018-07-08
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1、重型商用车驾驶室轻置化技术应用摘要:在治超背景下,自重轻的重型商用车在市场需求上呈现出爆发性增长,近5年,重型商用车底盘经过厂家的不断努力,减重明显。而重型商用车驾驶室的重量受法规升级等影响,却出现了一定幅度的增加,因此如何满足法规要求,保证安全性和成本可控的前提下,降低驾驶室重量,是重型商用车轻量他的关键点。本文重点阐述了某款重型商用车驾驶室的轻量化技术应用思路。中国8/vie 关键词:重型商用车;驾驶室;轻量化 1.概述 以重型商用车为例,目前以6X4的牵引车为例,自重已经由原来的9.5吨降为目前的8.7吨左右,但是减重的贡献都是来自于底盘的轻量化。驾驶室重量因受可靠性要求的提升以
2、及碰撞法规升级的限制,重量不降反升,以高顶双卧驾驶室为例,重量由约900kg升到了目前的约1100kg左右,因此商用车驾驶室的减重对于下一步整车减重意义明显。 以高顶双卧驾驶室重量主要由以下图1中的5部分构成,其中白车身、内饰和外饰占了驾驶室重量的86%,因此如果能够降低此三部分的重量,则驾驶室轻量化效果相应会比较明显。 2.轻量化技术 2.1自车身轻量化技术 2.1.1拓扑优化技术的应用 在白车身概念设计阶段,通过采用拓扑优化的方法,对车身结构进行优化,以得到最轻重量,最优的车身承载骨架和最有效的力的传递路径。要进行拓扑优化设计,首先要构建拓扑优化空间,可以通过外造型面和内部空间
3、布置进行设置,以实体单元建立拓扑优化设计域,见图2: 综合考虑重量、静态弯曲、扭转刚度、正面撞击、顶部强度及后围强度等碰撞工况。通过将弯曲刚度、扭转刚度、前围打击、顶压和后围打击等工况加权到一个目标函数,得到拓扑结构如图3所示: 通过对优化的结果的解读,结合工程经验和车身制造工艺,将拓扑结果转化为满足空间布置和制造工艺的有效设计,形成新开发车型的白车身骨架。 2.1.2高强度钢板的应用 国内商用车白车身大部分是以低碳软钢板为主,少量采用了340MPa强度级别的低合金高强度钢板,而更高级别的先进高强度钢以及热冲压成钢在国内尚没有实际应用。而国际上,先进商用车的白车身340MPa以上级别
4、的先进高强钢用量达40%-60%,有的甚至达到70%。不仅510MPa级别,甚至590MPa、700MPa和980MPa级别的先进超高强度钢也都有应用。 2.1.3激光拼焊板的运用 利用激光焊接技术生产的拼焊板具有巨大的优势,主要体现在以下几方面: (1)对最终车身重量的减轻。在汽车结构件的应用中,使用激光拼焊板,消除了使用多余加强件的需要,从而带来整体车身重量的降低。 (2)减少汽车零部件的数量。 (3)原材料利用率大大提高,废料大大减少。 (4)结构功能得到大大提高。通过使用激光拼焊技术,由于将材料的强度、厚度得到合理组合,使结构的刚度得到大大改善。 以侧围总成为例,通过采
5、用激光拼焊板,并适当提高零件强度,重量减轻约5kg。 2.2外饰轻量化 内外饰的轻量化设计的重点是材料及工艺的优化,不能因为轻量化而提高成本。 当前国内商用车驾驶室外饰零件的选材基本上是非金属材料,主要构成如图8。由于外饰件需与车身体同色,且零件较大,所以SMC在外饰零件选材上占多数。 2.2.1SMC零件优化设计 根据产品的型面、边界、固定点以及具体的受力承载方式构建设计初步的加强结构,然后用CAE软件对初始3D模型进行有关刚度、强度及模态方面的分析计算,接下来根据计算的结果对原始模型进行拓扑优化,采用削强补弱的基本方法修改数据,然后对优化后的结构模型重新计算分析,比较拓扑优化前
6、后结构的性能指标,分析拓扑优化方案的合理性,在经过反复几轮优化和比较后,得到最终的理想状态。 保险杠设计时在优化前的产品为5mm均匀厚度,但根据固定点位置,结合产品的踩踏要求,对结构可以做优化调整,考虑到SMC工艺制品的特殊性,对产品厚度做了以下调整,如图9所示: 将①所指非受力不可见区域由5mm改为3mm,将②位置踩踏区域5mm改为6mm,将③大灯沉台区域由5mm改为3mm,将其他区域由5mm改为4mm! 经过厚度优化,产品的重量减少5.96KG,同时各项项目性能指标都满足产品设计要求。 2.2.1新材料和新工艺的应用 2.2.1PBT+PET+玻纤的应用 SMC属于热固性材料
7、,无法回收,且密度基本都在18-2.0g/cm3右,采用PBT、PET和玻璃纤维共混的方法,得到的制品不仅外观好,而且具有优良的耐热性、刚性、强度和尺寸稳定性,同时解决了材料回收的问题。表2给出了两种材料之间的性能对比。 通过在导流罩上采用该材料,降低重量约8kg,见图10: 2.2.2V-PHC工艺的应用 在外饰件上,通过采用V-PHC工艺,见图11,零件刚性好,可以减少零件数量,降低重量,外层的复合
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