[发明专利]一种轻量化的车身断面结构使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽车车身断面结构，尤其涉及一种轻量化的车身断面结构及其使用方法。

背景技术

随着“节能环保”越来越成为了广泛关注的话题，轻量化也广泛应用到普通汽车领域，在提高操控性的同时还能有出色的节油表现。汽车的油耗主要取决于发动机的排量和汽车的总质量，在保持汽车整体品质、性能和造价不变甚至优化的前提下，降低汽车自身重量可以提高输出功率、降低噪声、提升操控性、可靠性，提高车速、降低油耗、减少废气排放量、提升安全性。有研究数字显示，若汽车整车重量降低10％，燃油效率可提高6％-8％；若滚动阻力减少10％，燃油效率可提高3％；若车桥、变速器等装置的传动效率提高10％，燃油效率可提高7％。汽车车身约占汽车总质量的30％，空载情况下，约70％的油耗用在车身质量上。因此，车身变轻对于整车的燃油经济性、车辆控制稳定性、碰撞安全性都大有裨益。

汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。实验证明，若汽车整车重量降低10％，燃油效率可提高6％—8％；汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3—0.6升；汽车重量降低1％，油耗可降低0.7％。当前，由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。

现如今汽车轻量化的主要途径如下：

(1)对车身结构的优化设计：汽车主流规格车型持续优化，规格主参数尺寸保留的前提下，提升整车结构强度，降低耗材用量；

(2)采用轻质材料：如铝、镁、陶瓷、塑料、玻璃纤维或碳纤维复合材料等；

(3)采用计算机进行结构设计：如采用有限元分析、局部加强设计等；

(4)采用承载式车身：减薄车身板料厚度等；

(5)采用先进工艺：如通过焊接、粘接技术将车身构建连接在一起。

以上轻量化途径均是针对已有钣金结构车身，通过减少或控制板金使用来调整整车重量。其相关潜能挖掘已近底限，本发明专利致力于设计一种更合理的车身结构形 式，达到汽车车身轻量化的目的。

然而，现有技术的汽车轻量化设计方法普遍存在以下缺陷：

(1)传统钣金车身中大量的过渡翻边或者焊接搭边，存在非实用功能结构导致材料的浪费，并且成本及装配难度较大。

(2)传统钣金车身中非焊接搭扣位置，往往有大范围钣金无相关支撑结构，使得这些位置钣金薄壁易受力后凹陷。影响结构强度及人体感观。例如车门、发罩、顶棚都有抗凹性的强度要求，抗凹性强度的满足势必加大板厚或增设筋板或者复杂曲面结构牺牲轻量化成果。

(3)传统钣金车身设计过程中需大量考虑制作工艺，板料冲压形状及深度均有其工艺极限，例如翻边负角结构无法设计实施。

(4)传统钣金结构碰撞吸能，主要为设计合理压溃区域及引导传力路径。实际因面状拼接结构吸能十分有限，而本发明根本上增加了吸能结构分布范围及大小。

(5)传统钣金车身隔音、保温性能不足。影响人体感观，车载空调负荷较大，能源利用率不高。

发明内容

本发明旨在设计一种综合使用多种复合材料及和工艺技术的高效的轻量化车身断面结构。

本发明的技术方案是提供一种轻量化车身结构，包括核心层、中间层、外表层，其中：

核心层为铝镁合金构成的支撑骨架，核心层为中空结构，其截面形状为圆形、四边形或六边形；

中间层为塑胶材料制成，中间层通过3D打印技术制成筋条结构，所述筋条结构为蜂窝结构、网状结构或空间胞体结构；

外表层是由树脂材料外面贴碳纤维片而成。

本发明的有益效果在于：

1、外形美观、新颖，从自然界中天然形成的莲藕状的结构得到灵感，对其稍加修改，保持其外形的优美弧线过度，使得车身结构件外形更加圆润，更具曲线美感。

2、采用材料，车身质量减轻，将碳纤维高分子材料和铝镁合金合理的应用到车 身的结构设计上，适当替代以前的钣金结构材料，在保证安全的强度刚度性能前提下，使得车身的质量得到减轻，油耗降低。

3、采用先进的3d打印技术，将3d打印技术应用到车身结构件上，解决了传统车身设计封闭件无法应用生产制造的而断开件在强度刚度上得到削弱的弊端，使得原有的设计形式下结构件的性能得到提升。

4、质感优良，车身重的填充物使得汽车改变原有的中空感觉，车身感觉更加坚实。