[00128286]车身参数化优化设计及轻量化关键技术集成应用

本项目属于汽车工程学科和新材料新工艺领域。汽车轻量化是降低油耗的有效手段和方法,也是实现“节能减排”国家战略的重要措施。车身参数化结构优化设计和高强轻质材料的集成应用是汽车的核心技术,是国家中长期发展规划的重大需求和汽车行业自主创新的重大技术难题,我国与世界一流车企在这方面存在明显差距。本项目在科技部科技支撑计划子课题“车身参数化轻量化设计技术研究及其在目标车型上集成应用”、重庆市科技计划“汽车轻量化零部件开发与产业化”等项目的支持下,以长安具有自主知识产权的C2平台车型为研究对象,在车身结构优化设计及新材料、新工艺集成应用方面进行研究,取得如下创新性研究成果： 1)用隐式参数化方法在国内率先建立了轿车车身全参数化模型和轻量化多目标优化设计方法。 建立了白车身全参数化模型,以车身轻量化和关键部位正侧碰的侵入量为目标,以白车身整体一阶弯曲和扭转模态频率、NVH和结构抗撞性指标为约束,搭建多目标协同优化自动分析平台,在满足白车身刚度、模态频率和正侧碰被动安全性的条件下,实现白车身减重率达10.4%,轻量化效果显著。 2)实现了高强钢、轻合金、塑料复合材料等新型材料和先进成形工艺等轻量化关键技术在整车上的集成应用,在满足整车使用性能的条件下减重5.8%。 突破了变形铝合金在汽车上应用的关键技术,以中空薄壁挤压铝型材在前碰撞横梁的应用为研究对象,设计开发了2种新型的铝合金前碰撞横梁,与高强钢前碰撞横梁相比减重25%,实现铝合金型材在长安汽车上的量产应用。首次开发变形镁合金转向支撑,克服镁合金形变困难、焊接性差等难题,实现减重4.75Kg,减重率达55%;同时突破镁合金锻造成形和表面防腐难点,开发出长安第一款锻造镁合金轮毂,单只轮毂实现减重3.5Kg,整车4个轮毂减重14kg。 在高强钢零部件方面,以超高强钢辊压门槛加强件为研究对象,成功解决辊压回弹补偿、辊压道次设计等技术难题,在自主品牌车型中首次批量应用1200MPa级别的超高强度钢冷辊压门槛加强件,在实现单车减重4kg的同时成本降低11元;掌握了基于材料高温摩擦系数、高温FLD、高温流变曲线等材料精准参数的热冲压成形精益仿真技术,开发了车身A/B柱热成形加强件,成功在C2平台上批量应用,在单件减重35%的同时提升了整车碰撞安全性。 突破了尼龙加短玻纤增强的塑料前端模块零件集成设计、成形与性能分析等技术,在提升整车精度的同时实现模块化装配和轻量化应用。与原钢制前端模块相比,塑料前端模块减重4.5kg,减重率约为56%;塑料后碰撞横梁减重2.1kg,减重率达到56%。 本项目通过车身参数化多目标优化,集成应用轻合金、高强钢、纤维增强塑料复合材料零部件,在满足整车各项性能前提下最终实现整车减重85.2Kg,减重5.8%。 本项目形成了多项具有自主知识产权的核心技术,完成13个专利的申报,其中发明专利4个,实用新型专利9个;发表学术论文共计23篇,其中SCI收录3篇,EI收录14篇。制定2个行业标准,4个企业规范。本项目解决了自主品牌汽车结构轻量化设计、高强轻质材料集成应用的技术瓶颈,促进了汽车行业技术进步,提升了自主品牌汽车轻量化技术水平,推动了我国汽车轻量化产业链的持续快速健康发展,产生了巨大的经济社会效益。