Automobile Technology & Material
商用车车身热成型件选材优化设计
摘要：针对载货汽车驾驶室强度法规升级，利用热成型材料的特性，对基础车型关键力学传递路径的部252 kg，件使用热成型钢的车身加强方案，并通过仿真分析对该优化方案进行了验证。优化后白车身总质量32.5 kg，占比为12.9%热成型应用 。将优化方案在样车中体现后，进行认证试验，试验一次性通过，成本和质量也满足目标要求。
关键词：热成型技术 轻量化 仿真分析 商用车车身
中图分类号：U465.2 文献标识码：B 10.19710/J.cnki.1003-8817.20210279
DOI:
1 前言
汽车总质量的车身作为汽车重要的组成部分，其质量占到30%～40%，因此车身的轻量化对整车的轻量化起着重要的作用。热成型技术的应用
能够减轻车身质量，提高燃油经济性，实现节能减
排，成为满足汽车降重和增强碰撞性能的重要途
径[1], 在乘用车车身设计中广泛应用。随着商用车
日趋严格的碰撞法规要求升级及轻量化超载、治
载法规的加严，在商用车车身中应用热成型件设计，成为一种有效手段。
2 研究背景
由交通部发布的JT/T 1178.1—2018《营运货车安全技术条件第1部分：载货汽车》附录C《驾驶室结构强度试验方法和生存空间检验用人体模型要求》于2018-05-01实施，过渡期为29个月，2020年
9月1日后全面实施[2]。和目前执行的GB 26512— 2021《商用车驾驶室乘员保护》法规相比，主要是针对最大设计总质量在 7.5 t以上的载货汽车增加
了试验难度，具体内容如下[3]。a.正面前拍测试打击能量增加，由原来的
作者简介：董玉杰（1981—），女，工程师，学士学位，研究方向为材料与轻量化技术。
参考文献引用格式：
董玉杰, 杨帆, 宋建新, 等. 商用车车身热成型件选材优化设计[J].汽车工艺与材料, 2021（9）：24-27.
DONG Y, YANG F, SONG J, et al. Optimization Design of Material Selection for Thermoforming Parts of Commercial Vehicle Body [J]. Automobile Technology & Material, 2021(9): 24-27.
44.1 kj 55 kj；
增加到
A
b.增加双 柱打击测试项目，打击能量为
29.4 kj
；
c.在进行顶部强度试验时，在进行平板正压
17.6 kj。
前，先进行斜部拍击，拍击能量为
3 热成型件选材方案
3.1 设计要点
为满足法规要求，同时满足轻量化需求，需对
7.5 t
最大设计总质量在 以上的车型进行驾驶室强度升级对车身方案进行优化。按照法规要求，某
7.5 t
产品线 以上基础车型进行驾驶室强度分析，
JT/T 1178.1—
分析结果为驾驶室强度不能满足
2018
法规要求，基础车身驾驶室强度分析结果见
1。
表
载货汽车车身结构主要有两种：一种为“内板+外板”结构，一种为“框架式结构”，外表蒙皮不受力。“内板+外板”结构驾驶室加强优化方案为采用内板和外板之间加入高强度钢加强板方法，框架式结构驾驶加强方案为优化关键传力结构，对于重要的力学传递路径要保证设计为封闭截面以提高抗弯刚度，对连接的各部件接头提高刚度的优化方案[4]
。本研究中需升级驾驶室强度的车身为“内板+外板”结构。如果采用增加加强板方案，势必增加车身质量，与目前倡导的“轻量化车身”相悖，并且会影响焊接工艺,如原来的两层板焊接增加到三层板焊接，会增加焊接工艺成本及周期；原来的三层板焊接增加到四层板焊接，会导致板料过厚焊不透，需要通过调节焊接工艺保证车身焊接强度，都会引起成本增加。所以综合两种方法制定车身加强方案。
1所
首先确定各试验项目力学传递路径，如图示。根据设计要点和力学传递路径制定如下加强方案。
a.前部拍击试验。增加左右地板边梁，使左右
4
纵梁和地板边梁共同承担载荷，通过 条传力路径分散打击能量；保证车身纵梁、地板边梁贯通地板。
b.a柱打击试验。A
柱采用激光拼焊工艺，在窗框下沿以上的部分使用强度较低的材料能够变形吸能，窗框下沿以下部分使用高强度钢减小变形，并增加车门防撞梁强度，控制仪表板和管柱的后倾，保证试验后乘员腿部生存空间。
c.顶部强度试验。增减顶部框架强度，在进行
20°斜拍时能够减小顶部框架变形，保证斜拍完车
A
身能够最大程度回正；平压时，载荷主要由 柱和
B A柱打击时，A
柱共同承担，由于在 柱上半部分
B
需要弱化，所以需要加强 柱强度，并增加后围纵向加强梁使其梁贯通到地板增加平压时驾驶室强度。
3.2 设计方案
由于热成型材料具有高温下塑性好、延展性高、变形抗力小等优点，此次驾驶室强度法规升级车身结构优化设计方案主要是采用对在力学传递
路上的关键部件使用热成型钢保证碰撞车身安全性能，并在此基础上进行轻量化降重。车身主要零部件优化后的高热成型用材与原2。
车身用材对比见表2 252 kg，热
加强方案如图 所示。车身总质量
32.5 kg，应用占比12.9%。材料性能
成型材料应用
3。
对比见表
4 加强方案仿真分析验证
CAE
通过 仿真分析对加强方案进行验证，由于基础车型后围强度满足法规要求，所以仅对前三项试验（前部拍击、双Ａ柱打击、顶部强度）进行分析，分析结果为加强方案满足驾驶室强度法规要求，具体如下。a.前部拍击试验，驾驶室向后有一定的位移量，驾驶室整体变形较小，车架与车身连接处发生变形。按法规要求将规定的人体模型安放到座椅
3a）。前部拍击试验满足驾
上，存在生存空间（图驶室强度要求。
双Ａ柱打击试验，A
b. 柱上段变形吸能，下段
B
处及 柱整体变形较小，向后倾斜量较小。存在
3b）。双A
乘员生存空间（图 柱打击试验满足驾驶室强度要求。
154 mm
c.顶部强度试验中，当压板下压 时，顶
98 kn，并且驾驶室内顶部满
部承载力达到目标值
3c）。顶部强度试验满足驾驶
足乘员生存空间（图
室强度要求。
5 试验验证
JT/T 1178.1—
优化方案在样车中体现后，按照
2018《营运货车安全技术条件 1
第 部分：载货汽
C《驾驶室结构强度试验方法和生存空间
车》附录检验用人体模型要求》进行了驾驶室强度认证试验。试验结果如下。
a.试验后，驾驶室应存在生存空间； b.试验中，驾驶室通过固定点与车架保持连接，没有发生变形和损坏；
c.试验中，车门没有打开。
试验一次性通过。车身变形与乘员空间检查
4
如图 所示。
6 项目收益
JT/
通过车身热成型件选用，驾驶室强度满足
T 1178.1—2018《营运货车安全技术条件 1
第 部
C
分：载货汽车》附录 《驾驶室结构强度试验方法和生存空间检验用人体模型要求》，且车身质量目标
4
及成本效益目标达到要求。具体如表 所示。
7 结论
a.通过对驾驶强度测试项目力学传递路径分析，制定车身加强方案：采用对关键力学传递路径的部件进行优化设计，首次在商用车中使用热成
253 kg，型技术作为提高车身强度。白车身总质量
32.5 kg，热成型钢应用占比12.9%。热成型钢应用
JT/T b.将加强方案在样车中体现后，按照
1178.1—2018《营运货车安全技术条件第1部分》
C《驾驶室结构强度试验方法和生存载货汽车附录空间检验用人体模型要求》进行认证试验，试验一次性通过，并且成本和质量也满足目标要求。参考文献：
[1] 邱国华，冯浩.热成型技术在车身开发中的研究与应用[J]. 上海汽车, 2015(8): 51-54.
[2]中华人民共和国交通运输部.营运货车安全技术条件第
1 C《驾驶室结构强度试验方法和生部分载货汽车附录
存空间检验用人体模型要求》：JT/T 1178.1—2018[S].北京:中国标准出版社，2018.
[3] 张昕，张君媛.ECER29-02 ECER29-03
和 法规对商用车驾驶室结构要求的对比分析[J]. 汽车技术, 2012(2): 4347.
[4] 唐波，赵晓红.ECE-R29-03 CAE版法规某驾驶室 分析[J]. 汽车配件, 2012(4): 5659.和重卡未来安全发展方向