一種輕量化的車身斷面結(jié)構(gòu)及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種汽車車身斷面結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種能夠使得輕量化的車身斷面結(jié)構(gòu)及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著“節(jié)能環(huán)?！痹絹碓匠蔀榱藦V泛關(guān)注的話題，輕量化也廣泛應(yīng)用到普通汽車領(lǐng)域，在提高操控性的同時(shí)還能有出色的節(jié)油表現(xiàn)。汽車的油耗主要取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的排量和汽車的總質(zhì)量，在保持汽車整體品質(zhì)、性能和造價(jià)不變甚至優(yōu)化的前提下，降低汽車自身重量可以提高輸出功率、降低噪聲、提升操控性、可靠性，提高車速、降低油耗、減少廢氣排放量、提升安全性。有研宄數(shù)字顯示，若汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%;若滾動(dòng)阻力減少10%，燃油效率可提高3% ;若車橋、變速器等裝置的傳動(dòng)效率提高10%，燃油效率可提高7%。汽車車身約占汽車總質(zhì)量的30%，空載情況下，約70%的油耗用在車身質(zhì)量上。因此，車身變輕對(duì)于整車的燃油經(jīng)濟(jì)性、車輛控制穩(wěn)定性、碰撞安全性都大有裨益。
[0003]汽車的輕量化，就是在保證汽車的強(qiáng)度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質(zhì)量，從而提高汽車的動(dòng)力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。實(shí)驗(yàn)證明，若汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%—8%;汽車整備質(zhì)量每減少100公斤，百公里油耗可降低0.3—0.6升；汽車重量降低I %，油耗可降低0.7%。當(dāng)前，由于環(huán)保和節(jié)能的需要，汽車的輕量化已經(jīng)成為世界汽車發(fā)展的潮流。
[0004]現(xiàn)如今汽車輕量化的主要途徑如下:
[0005](I)對(duì)車身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì):汽車主流規(guī)格車型持續(xù)優(yōu)化，規(guī)格主參數(shù)尺寸保留的前提下，提升整車結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，降低耗材用量；
[0006](2)采用輕質(zhì)材料:如鋁、鎂、陶瓷、塑料、玻璃纖維或碳纖維復(fù)合材料等；
[0007](3)采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):如采用有限元分析、局部加強(qiáng)設(shè)計(jì)等；
[0008](4)采用承載式車身:減薄車身板料厚度等；
[0009](5)采用先進(jìn)工藝:如通過焊接、粘接技術(shù)將車身構(gòu)建連接在一起。
[0010]以上輕量化途徑均是針對(duì)已有鈑金結(jié)構(gòu)車身，通過減少或控制板金使用來調(diào)整整車重量。其相關(guān)潛能挖掘已近底限，本發(fā)明專利致力于設(shè)計(jì)一種更合理的車身結(jié)構(gòu)形式，達(dá)到汽車車身輕量化的目的。
[0011]然而，現(xiàn)有技術(shù)的汽車輕量化設(shè)計(jì)方法普遍存在以下缺陷:
[0012](I)傳統(tǒng)鈑金車身中大量的過渡翻邊或者焊接搭邊，存在非實(shí)用功能結(jié)構(gòu)導(dǎo)致材料的浪費(fèi)，并且成本及裝配難度較大。
[0013](2)傳統(tǒng)鈑金車身中非焊接搭扣位置，往往有大范圍鈑金無相關(guān)支撐結(jié)構(gòu)，使得這些位置鈑金薄壁易受力后凹陷。影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及人體感觀。例如車門、發(fā)罩、頂棚都有抗凹性的強(qiáng)度要求，抗凹性強(qiáng)度的滿足勢(shì)必加大板厚或增設(shè)筋板或者復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)犧牲輕量化成果。
[0014](3)傳統(tǒng)鈑金車身設(shè)計(jì)過程中需大量考慮制作工藝，板料沖壓形狀及深度均有其工藝極限，例如翻邊負(fù)角結(jié)構(gòu)無法設(shè)計(jì)實(shí)施。
[0015](4)傳統(tǒng)鈑金結(jié)構(gòu)碰撞吸能，主要為設(shè)計(jì)合理壓潰區(qū)域及引導(dǎo)傳力路徑。實(shí)際因面狀拼接結(jié)構(gòu)吸能十分有限，而本發(fā)明根本上增加了吸能結(jié)構(gòu)分布范圍及大小。
[0016](5)傳統(tǒng)鈑金車身隔音、保溫性能不足。影響人體感觀，車載空調(diào)負(fù)荷較大，能源利用率不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明旨在設(shè)計(jì)一種綜合使用多種復(fù)合材料及和工藝技術(shù)的高效的輕量化車身斷面結(jié)構(gòu)。
[0018]本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種輕量化車身結(jié)構(gòu)，包括核心層、中間層、外表層，其中:
[0019]核心層為鋁鎂合金構(gòu)成的支撐骨架，核心層為中空結(jié)構(gòu)，其截面形狀為圓形、四邊形或六邊形；
[0020]中間層為塑膠材料制成，中間層通過3D打印技術(shù)制成筋條結(jié)構(gòu)，所述筋條結(jié)構(gòu)為蜂窩結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或空間胞體結(jié)構(gòu)；
[0021]外表層是由樹脂材料外面貼碳纖維片而成。
[0022]本發(fā)明的有益效果在于:
[0023]1、外形美觀、新穎，從自然界中天然形成的蓮藕狀的結(jié)構(gòu)得到靈感，對(duì)其稍加修改，保持其外形的優(yōu)美弧線過度，使得車身結(jié)構(gòu)件外形更加圓潤，更具曲線美感。
[0024]2、采用材料，車身質(zhì)量減輕，將碳纖維高分子材料和鋁鎂合金合理的應(yīng)用到車身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，適當(dāng)替代以前的鈑金結(jié)構(gòu)材料，在保證安全的強(qiáng)度剛度性能前提下，使得車身的質(zhì)量得到減輕，油耗降低。
[0025]3、采用先進(jìn)的3d打印技術(shù)，將3d打印技術(shù)應(yīng)用到車身結(jié)構(gòu)件上，解決了傳統(tǒng)車身設(shè)計(jì)封閉件無法應(yīng)用生產(chǎn)制造的而斷開件在強(qiáng)度剛度上得到削弱的弊端，使得原有的設(shè)計(jì)形式下結(jié)構(gòu)件的性能得到提升。
[0026]4、質(zhì)感優(yōu)良，車身重的填充物使得汽車改變?cè)械闹锌崭杏X，車身感覺更加堅(jiān)實(shí)。
[0027]5、隔噪功能更強(qiáng)，斷面中的塑料填充物使得噪音在傳播途中得到削弱，使得乘員艙內(nèi)擁有更舒適安靜的環(huán)境、相較傳統(tǒng)的鈑金結(jié)構(gòu)車身，這種車身斷面結(jié)構(gòu)主要以鋁鎂合金、碳纖維材料輔以塑膠連接件，有效增強(qiáng)車身的抗彎剛度，并減輕車身質(zhì)量。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明車身結(jié)構(gòu)斷面及胞體結(jié)構(gòu)示意。
[0029]圖2是根據(jù)本發(fā)明所述的一種車身結(jié)構(gòu)的適用區(qū)域。
[0030]圖3本發(fā)明結(jié)構(gòu)在車身下邊梁的應(yīng)用斷面示意圖。
[0031]圖4本發(fā)明結(jié)構(gòu)在車門應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖5本發(fā)明結(jié)構(gòu)在發(fā)動(dòng)機(jī)罩應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]其中:100外表層，200中間層，300核心層
[0034]1-發(fā)動(dòng)機(jī)罩；2_車體邊梁；3_車門；4_車身前座門框下邊框斷面外表層；5_車身前座門框下邊框斷面中間層；6_車身前座門框下邊框斷面核心層；7_車門附件；8_車門核心骨架；9_車門中間層；10-車門外表層；11_發(fā)動(dòng)機(jī)罩外表層；12_發(fā)動(dòng)機(jī)罩中間層。
【具體實(shí)施方式】
[0035]以下將結(jié)合圖1至5對(duì)本發(fā)明的具體技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0036]如圖1所示，本發(fā)明提供一種輕量化車身結(jié)構(gòu)，可廣泛用于車身各個(gè)功能區(qū)域:
[0037]該結(jié)構(gòu)可大型空腔及結(jié)構(gòu)支撐，車身支撐邊梁、立柱，例如車體邊梁2。此外該結(jié)構(gòu)可用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)功能組件，例如車門3 ;還可以用在大面積薄壁功能件，例如發(fā)動(dòng)機(jī)蓋I等。采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)無需核心骨架僅通過合理排布筋條及填充方式的中間層結(jié)構(gòu)配合外表層，即可取得較好抗凹性能，并可做到較高整體強(qiáng)度，取得較好的碰撞吸能效果。
[0038]如圖2所示，本發(fā)明所述一種輕量化車身結(jié)構(gòu)，包括核心層300、中間層200、外表層100，其中:
[0039]核心層300為鋁鎂合金或其他高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材料作為支撐骨架，核心層300做成中空的各種形狀，如圓形、四邊形、六邊形等