一文读懂汽车车身正向选材(MISS)系统

放大  缩小 日期:2019-09-26     来源:汽车材料网    评论:0      
核心提示:“如何对汽车车身零部件进行选材”是主机厂和钢铁厂共同面对的一个问题,此问题的一个显著特点是“即容易又复杂”。
   工程技术背景
  
  “如何对汽车车身零部件进行选材”是主机厂和钢铁厂共同面对的一个问题,此问题的一个显著特点是“即容易又复杂”。
  
  “容易”是指主机厂对项目开发车型车身选材的大框架,一般是直接沿用标杆车零部件选材状态,并基于经验判断和性能分析进行局部调整,因此,主机厂很难意识到“如何对车身零部件选材”是一个重大的问题。
  
  “复杂”是指车身包含三百个以上零部件,每个零部件的选材均涉及到性能、材料、工艺、成本、轻量化等多技术维度的考虑,主机厂要保证每个零件的选材都是经得起推敲、要将不同零件的选材统一到一套逻辑系统里面绝非易事,虽然可以看到一些在车身选材方面的技术尝试,但是存在许多的不足。
  
  为了解决行业的技术难题,由中信铌钢发展奖励基金资助,中信金属、武汉上善、宝武集团和奇瑞汽车四家单位联合开发了“汽车车身正向选材MISS系统”,其中网页版MISS系统面向钢铁厂、主机厂及零部件企业免费开放使用,旨在进一步提高先进高强钢在汽车车身上的应用,为高性能、低成本、轻量化的车身设计,提供合适的零件选材方案,并期望通过行业的合力,使其成为一套行业标准
  
  车身选材理念
  
  在2005—2009年期间,欧盟实施了Super Light Car项目,其重要的遗产是欧洲主机厂此后形成了一个宝贵的设计理念——“The Right Material at the Right Place”的车身选材理念,得到了全世界主机厂的广泛认同,中文翻译为“合适的材料使用在合适的地方”,尽管在此项目中没有被明确提出,但在随后的ECB会议中,奥迪和奔驰相继提出:“The right material perfectly placed for best performance(ECB2010 Audi A8)”、“The right material in right place for the optimum function(ECB 2012 Audi A3)”、“The right material in right place! (ECB2012 Daimler_SL)”和“The right material in right location(ECB2014 Benz C - Class)”。
  
  “合适的材料使用在合适的地方”的车身选材理念,不是欧美主机厂一种随意的提法,而是经得起逻辑推敲和实践检验的,蕴藏着深刻的技术思想,对此思想的深刻理解和深入挖掘是开发汽车车身正向选材MISS系统的前提,对指导其开发具有重要意义。
  
  环状结构理念
  
  根据环状结构设计理念,武汉上善在FISITA2012 World Automotive Congress发表的论文(F2012-E04-002)中提出了“The Ring-shaped Route Body(环状路径车身,简称3R-BODY)”,并对其进行了详细的阐述。从全世界车身工程开发实践来看,采用环状结构设计理念指导车身工程设计已经成为国内外主机厂的共识。
  
  环状路径车身涵盖环状结构特征(Ring)、实质性要求(Route)和性能目标(Resist)三个方面,“Ring”和“Route”是基于车身骨架结构的概念,分别对应车身结构设计的“路径连通性”和“截面连续性”概念;“Resist”是环状路径车身所能到达的抗弯抗扭抗变形的性能效果。
  
  根据整车坐标系分别定义三个平面:垂直于X轴的X-Surface、垂直于Y轴的Y-Surface、垂直于Z轴的Z-Surface,将构成车身骨架的环状结构向三个平面中进行投影,可以按位置分为三大类:垂直于X轴的环状结构,从车身前部至后部,依次命名为:Front-Ring、A-Ring、B-Ring、C-Ring、Damper-Ring和D-Ring。垂直于Y轴的环状结构,对于车身一侧,分别名为:Front Door-Ring、Rear Door-Ring和Triangular Window-Ring,由于对称性,左右各一个;垂直于Z轴的环状结构。垂直于Z轴的环状结构,从前向后形成的环状结构,分别名为:Front Energy-Ring、Hood-Ring、Shotgun-Ring、Front Windshied–Ring、Front Floor-Ring、Fuel Tank-Ring、Rear Energy-Ring。三类环状结构共16个,不含对称环状结构。
  
  从环状结构对车身性能影响的程度,可以将16个环状结构分为四类:第一类,耐久环,如Front-Ring、Triangular Window-Ring和Hood-Ring;第二类,刚度环,如C-Ring、Damper-Ring、D-Ring和Front Windshied–Ring;第三类,吸能环,如Front Energy-Ring、Rear Energy-Ring和Shotgun-Ring;第四类,安全环,如A-Ring、B-Ring、Front Floor-Ring、Fuel Tank-Ring、Front Door-Ring和Rear Door-Ring。
  
  MISS系统选材逻辑
  
  在车身16个环状结构当中,C- Ring、Damper -Ring、D- Ring主要影响车身扭转刚度,不需要从耐撞性角度考虑其性能设计,在与多个自主品牌SUV车身项目接触之中,分析其环状结构的选材,发现组成环状结构的每个零件选材,具有同样的规律,因此,根据此数据统计特征,将16个环状结构划分为四类,分别是安全环、吸能环、刚度环和耐久环,每一类“性能环”会对应一个选材的特定强度等级区间,可以直接将车身选材库中20多种材料缩小为3—4种材料。如果加上工艺要求和成本考虑,逐一排除,可以确定最合适的选材方案。
  
  环状结构选材规律的发现,对如何回答“合适的材料使用在合适的地方”提供了解决思路,可以将选材理念分解成三个问题:
  
  第一个问题,什么是合适的材料?可以从车身性能、成型工艺、材料成本三个维度对不同的材料牌号与材料本身的基本参数关联,进行全面的比较研究,其研究思路和逻辑是清晰的、可执行的。汽车车身正向选材系统对“合适的材料”的研究要解决的问题是排除具体尺寸的零件或试件的影响,以对比不同材料各种参数的排序。
  
  第二个问题,什么是合适的地方?车身不同的地方对性能设计要求是不一样的,性能设计是由此地方的零件结构、材料、工艺设计共同决定的,车身环状结构设计理念可以从性能设计的角度对“合适的地方”进行清晰的逻辑定义,并可以确定“合适的地方”对材料强度的选材范围,不在此范围内的零件选材都是不符合逻辑的。汽车车身正向选材系统对“合适的地方”的研究要解决的问题:是对零件所占据的地方或位置进行选材范围的框定,不是对具体尺寸的零件本身进行选材。
  
  第三个问题,如何匹配合适的材料与合适的地方?由于对前面两个问题的研究和回答在逻辑上是明确的、清晰的,因此,“合适的材料”与“合适的地方”匹配自然是水到渠成的,在车身选材理念“合适的材料使用在合适的地方”之中,与零件具体结构设计无关。
  
  因此,车身选材的核心逻辑是:车身骨架按照结构特征分解为16个“结构环”,每个“结构环”对应特定的性能设计,进一步可以分类为不同的“性能环”,而不同的“性能环”指向不同的材料强度等级区间,从而可以大大缩小车身结构选材范围,因此,“环状结构概念”搭起了车身材料、结构和性能之间的桥梁。
  
  MISS系统技术创新
  
  面对项目开发过程中各种已知的和未知的技术挑战,及兼顾各种技术专业的不同技术诉求,唯有不断通过理论创新和技术创新,才可能给出满意的解决方案。MISS选材系统的开发对以下问题进行了深入的、创新的思考:
  
  • 汽车车身正向选材的理念或逻辑是什么?
  
  • 为什么零件性能判断只考虑一种关键性能?
  
  • 为什么零件成形判断只考虑四个子维度?
  
  • 如何保证材料归一化处理的客观性?
  
  • 如何考虑车身结构设计对选材结果的影响?
  
  • 如何考虑新工艺新材料对车身选材的影响?
  
  • 为什么需要汽车车身正向选材系统?
  
  • 如何保证选材系统推荐结果的可靠性?
  
  因此,一方面,用户可以放心的使用MISS系统推荐的选材结果;另一方面,用户可以提供自身宝贵的意见,一起完善MISS系统,向共同构建零件选材的汽车行业标准努力。
  
  环状结构设计理念如同一个丰富的技术宝藏,经历了近十年的技术挖掘,是本项目零件性能评定与零件编码的技术基础;新单轴拉伸理论得到了DIC试验的系统验证,是本项目材料评估归一化处理的理论基础。通过本项目的实施,取得了一系列的创新成果,已经申请了四件发明专利(一种汽车车身零件的选材方法及系统、一种汽车车身常用材料的归一化处理方法及处理系统、一种汽车车身零件号指定系统及其使用方法、一种测定材料真实应力应变曲线的试验与计算方法),一件软件著作权,发表两篇EVI会议论文,将出版专著一部,并计划申请一项汽车行业标准。
  
  MISS系统开发目标
  
  MISS选材系统的开发目标是将工程师需要依据自身经验、BM数据和技术手段的车身零件选材问题,转化为一套可执行的逻辑判断程序,同时,依赖于汽车车身大数据为选材系统推荐结果的可靠性与权威性保驾护航。
  
  MISS选材系统可以实现以下目标:
  
  1、确定第三代先进高强钢的潜在应用零件;
  
  2、锁定潜在的减重降本零件;
  
  3、缩短零件选材的决策周期,保证选材结果的可靠性。
  
  因此,在保证性能的前提下,可以帮助用户降低重量、控制成本、缩短周期。
  
  在汽车车身开发流程上,MISS选材系统希望改变的是:针对确定的低成本、轻量化的零件选材方案,去寻找可以实现此方案的车身结构设计,而不是针对现有的结构,去寻找与之匹配的零件选材方案。
  
  MISS系统账号申请
  
  http://www.nm2v.com/MISS/#/
  
  您可以登录网址,在资料下载中,下载文件“汽车车身正向选材系统网页版账号申请.docx”,按其中的要求申请即可。
 
 
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