汽車車門輕量化設計研究現狀及其技術措施

李永湘 許天輝 王光艷

摘 要：為降低汽車車門重量，解決汽車經濟性和節能環保問題，分析了汽車車門輕量化設計研究現狀，給出了車門輕量化技術措施，通過采用合理的整車布局、優化車門結構、選擇新材料和新的制造技術可以實現車門輕量化，并改善國內汽車綜合性能。

關鍵詞：汽車車門;輕量化設計;結構優化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.022

0 引言

隨著經濟的快速發展和人民生活水平的提高，汽車作為民眾出行的一種普通交通工具逐漸進入我國普通家庭。汽車的經濟性和節能環保問題受到人們越來越多的關注。汽車輕量化設計是提高汽車經濟性、節省能耗和降低污染物排放的一個重要舉措。由于車身和底盤是汽車主要受力結構件，直接關系到汽車的工作性能和安全性，不容易減少其重量。而汽車車門輕量化設計可行性比較好，對解決汽車經濟性和節能環保問題具有重要意義。

1 汽車車門輕量化設計研究現狀

汽車類型多種多樣，不同車型的汽車車門也有所區別，一些學者主要從整車輕量化技術、車門結構優化和車門材料技術三個角度研究了汽車車門輕量化問題。

在整車輕量化技術研究方面，德州學院王林林等對小型乘用車車身覆蓋件進行虛擬建模仿真研究，優化了設計參數[1]。吉林大學葉輝等研究了車身剛度、模態與板厚之間的關系，求解了最小車身重量，并進行了碰撞仿真試驗[2]。上海交通大學劉釗等研究了車身多學科優化問題，并將粒子群算法進行改進后運用于轎車結構的優化[3]。

在車門結構優化研究方面，揚州大學華琰等基于HyperMesh對汽車車門防撞梁進行有限元分析和結構優化，設計了一種W形狀的車門防撞梁結構[4]。首鋼技術研究院魏福林等采用NSGA-Ⅱ算法從強度、剛度、安全性等多個方面優化了汽車車門外板結構[5]。陜西重型汽車有限公司車紅江等從車門關閉力角度優化了重型卡車車門結構[6]。

在車門材料技術研究方面，眾泰汽車研究院冀鵬研究了HC300/500DP材料應用于汽車車門外板的力學性能[7]。上海理工大學高大威等研究了超高強度鋼22MnB5用于汽車車門防撞桿的力學性能和結構優化[8]。中鋁材料應用研究院任毅斌等研究了5182鋁合金在車身材料連接中應用[9]。

2 車門輕量化技術措施

綜合上述研究工作，要實現車門輕量化，可從整車布局、車門機構、材料選擇和制造技術四個方面采取措施。如圖1所示。

2.1 采用合理的整車布局

利用CAE等工具建立汽車整車分析模型，進行整車的靜力學分析、動力學分析、振動分析、穩定性分析、碰撞分析等，構建尺寸優化、形狀優化、拓撲優化、多學科設計優化數學模型，對整車布局進行優化設計。

2.2 優化車門結構

車門結構優化重點需要合理布置車門上的各部分結構，例如車門與其周邊結構件之間的關系、門鎖的安裝、鉸鏈的位置、窗口框架結構、玻璃及其升降器的設計、密封部件設計等等，車門結構設計涉及的因素多，可將遺傳算法、粒子群算法、多目標學科優化方法等進行改進引入到車門的結構優化中，求解車門結構參數最優值或次優值。

2.3 選擇新材料

一些新材料的應用、復合材料的選用和不同材料的組合使用可減少車門的總體重量，不同材料有不同的性能，可根據車門不同部位的要求選擇合適的材料，例如，高強度鋼可用于制造車門外殼等，而球墨鑄鐵密度比鋼的密度要小，所以在恰當的部位用球墨鑄鐵代替鋼可以減少車門重量。低密度金屬鋁合金、鈦合金、鎂及鎂合金的使用也可大大減少車門重量。部分地方還可使用塑料和陶瓷材料代替鋼。碳纖維增強材料、玻璃纖維增強材料等復合材料也可作為汽車車門部分結構件材料。合理地選擇、組合和使用材料，可提高汽車車門的綜合性能，并減少車門重量。

2.4 應用新的制造技術

制造技術直接影響汽車車門的性能，國內部分汽車企業的鈑金模具精度低，車門成型質量差。需要不斷提高模具精度，錘煉制造技術，研究新工藝，改進工藝參數，提高沖壓、焊接、膠合、裝配技術水平，從而提高車門成型質量，降低車門重量。

3 結束語

當前國內汽車總體處于中低檔水平，汽車車門所用材料以鋁合金和高強度鋼應用比較多，國內汽車質量比歐日系汽車要低，通過采用合理的整車布局、優化車門結構、選擇新材料和新的制造技術可以實現車門輕量化，并改善國內汽車綜合性能。

參考文獻：

[1]王林林，劉世達，陳照青.基于汽車輕量化車身覆蓋件的建模優化[J].農業裝備與車輛工程，2018（02）：94-96.

[2]葉輝，胡平，申國哲，孫宏圖，劉波，周定陸.基于靈敏度和碰撞仿真的汽車車身輕量化優化設計[J].農業機械學報，2010（10）：18-22，27.

[3]劉釗，李晗，朱平.基于粒子群算法的轎車車身多學科優化設計 [J].汽車工程，2018（03）：251-258.

[4]華琰，徐晶，陳新文，單金良，李磊，謝顯晨.汽車車門防撞梁結構改進與安全性分析[J].機械工程與自動化，2017（06）：1-2.

[5]魏福林，李春光，劉立現，王彥超，張偉.基于NSGA-Ⅱ的汽車車門外板多目標結構優化設計[J].汽車零部件，2017（08）：3-8.

[6]車紅江，樊敏鋒，杜濤，薛增斌.某重型卡車車門關閉力分析優化[J].汽車實用技術，2018（18）：57-59.

[7]冀鵬.HC300/500DP在汽車車門外板應用驗證[J].汽車實用技術， 2018（02）：84-86.

[8]高大威，鄧有志，高云凱.超高強度鋼車門防撞桿結構多學科優化[J].公路交通科技，2012（06）：144-149.

[9]任毅斌，吳少朋，汪偉.5182鋁合金柔性包邊連接在鋁合金車身上的應用[J].汽車工藝與材料，2017（10）：48-50，56.