2015日本汽车工程学会:新型马自达2的最新车身技术

不使用高价材料,采用传统的钢铸造工艺同时达到碰撞安全性和轻量化的目的

2015/06/09

概 要


マツダ新型马自达2

 松岡秀典氏
马自达公司 车辆开发本部车身开发部
助理经理 松冈秀典先生

    2015日本汽车工程学会(Pacifico横滨会展中心:5/20~22举办)的汽车技术春季研讨会上,马自达就“新型马自达2的车身技术”发表了演讲。担任演讲的是车辆开发本部车身开发部的松冈秀典先生,就新型马自达2开发过程中所应用的提高碰撞性能及车身刚度等各种性能的同时兼顾车身轻量化的最新技术进行了讲解。新型马自达2不依靠高成本工艺和高价材料,采用传统工艺和钢铁材料,以获得更高效的成果。在演讲会场展示了新型马自达2的车身,并与现场来宾进行了活跃的答疑活动。本报告将就此次演讲所提到的新型马自达2车身构造技术进行讲解。

 










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新型马自达2的开发目的和车身的开发课题

  遵循新型马自达2的车辆设计方针,作为车身的开发课题,设定了以下几个主题。

新型马自达2的车辆设计方针 车身的开发主题
・充满魅力的造型 ・驾乘愉悦 ・环保·绿色 ・安心 ・舒适 ・性价比高 ・令人感动的设计 ・车身刚度感 ・轻量化 ・碰撞安全性能 ・驾驶简便性 ・静谧性 ・可全球生产

 

 



车身轻量化后减轻35.6kg

    新型马自达2的车身重量(除去车门,闭锁,挡泥板,涂装以外)、从之前车型的223.6kg减轻了10.2kg变为213.4kg。考虑到为了提高商品竞争力而加大了车身尺寸以及提高了性能从而使重量增加了25.4kg的因素,所以实际实现了35.6kg的轻量化。 新型马自达2の軽量化 新型马自达2的轻量化

资料:MarkLines根据公开演讲内容制作

(注)车身尺寸方面与之前的车型相比,车长增加160mm,车高增加25mm,轴距增加80mm,悬挂方面,前悬增加10mm,后悬增加70mm。

      新型马自达2的车身的轻量化采用Multi-load Path的构思,包括将车身成型框架布局的最佳化,以及被称为性能最大化截面的车架截面形状最佳化,提高高张力钢板的使用比例等,下面将一一介绍。

 

 



车身成型框架布局的最佳化

エンジンコンパートメント車体構造
发动机舱的车身构造

    新型马自达2采用Multi-load Path的构思,针对车身强度,车身刚度及碰撞安全性能的提高,采用高效的成型框架布局及最佳的零件形状。右边的照片中的红色箭头,反映了正面碰撞时的负荷传递流向。通过,外围,发动机罩梁,悬挂梁的各个成型框架的最佳布局,从而达成在车身前部不歪曲变形的情况下,顺利的将正面碰撞的负荷高效的传递给经过加固的驾驶室的构想。

 

 



增加车身截面的棱线提高能量吸收效率

    前围的前部的截面形状如下图所示,从传统的长方形截面变为了十字截面。通过增加车架截面棱线的数量,可以达到提高吸收前方碰撞能量的目的。

フロントサイドメンバー フロントサイドメンバー
增加了棱线根数的前围

 

 



车身挡板负重分散构想

    新型马自达2的底盘部分,采用了前围和侧梁这2个部分将来自车架的负荷分散到底盘的构想。相对之前车型270MPa(板厚t=0.6mm)的底盘材质,新型马自达2采用了440Mpa钢板提高强度,在外围和底盘的结合处进行点焊,提高结合强度。从而将来自车架的负荷分散到底盘,达到提高车身强度的目的。由于采用了这样的设计,之前车型所采用的加强筋被废除。仅这一部分便实现了2.6kg的轻量化。 フロアパネル部分での骨格からフロアパネルに荷重を分散させる考え方 用底盘部分用来分散来自车架负荷的构想

 

ダッシュパネル部分
前围板部分

    前围板也处于同样的考虑,将外围的负荷分散到前围板,从而可以废除加强筋。相对之前车型270MPa,板厚t=0.8mm的外围板的材质,新型马自达2采用440MPa钢板,板厚t=1.0(mm),并最终废除了在照片中用虚线表示的加强筋。

 

 



性能最大化截面

    此次的新型马自达2,为了追求能够抑制车架部分的板面变形和歪曲,得出了“性能最大化截面”的结论,找到了能够最大限度发挥中空车架弯曲强度的截面形状。这种高效的截面形状具备以下3个特点

① 在侧面合适的位置设置凹槽。 ② 连接上方和侧面的角度尽量接近直角。 ③ 上方宽度尽量最小化。

    该截面与传统截面相比,高张力钢板最薄处的强度最大得到了4倍的提升。将该截面形状用于车身各个部分后,使得新型马自达2实现了5.2kg的轻量化。  

性能最大化截面の考え方 セカンドクロスメンバー部
性能最大化截面的构思 资料:MarkLines根据演讲内容制作 第二横梁处

 

リヤサイドレール部 バンパービーム部
后方侧边导轨处 保险杠梁处

 

 



提高高张力钢板的使用比例

  在之前的车型上780MPa以上高张力钢板的使用率(重量比)为10.6%,在新型马自达2上则提高到了30%。在保险杠梁的地方采用了1180MPa的高张力钢板。经过改变材料,由于提高张力钢板的使用比率改变了材料结构,使车身实现了6.7kg的轻量化。  高張力鋼板の使用率 高张力钢板的使用率(重量比)

资料:MarkLines根据演讲内容制作

 

高張力鋼板の採用部位 采用高张力钢板的部位

资料:新型马自达2的宣传资料

 

 



实现35.6kg轻量化的具体措施

  实现35.6kg轻量化的具体措施如下图所示。其中占比例较大的是,性能最大化截面的效果(11.2kg)和基于Multi-load Path构想所采用的最佳成型框架布局(7.7kg)以及造型最佳化(5.6kg)都发挥了较大的效果。更换材料所达到的效果(6.7kg) 大部分归功于提高了高张力钢板的使用比例,还包B柱内部的高强度发泡填充材所起到的效果(1.0kg)。 軽量化-35.6kgの達成手段 35.6kg轻量化的达成方法

资料:MarkLines根据演讲内容制作

 

 



提升车辆性能

    新型马自达2在进行35.6kg轻量化的同时,也根据之前提升碰撞安全性能和车身刚度的开发课题,实现了各方面性能的提升。     碰撞安全性能方面,实现了在各种碰撞试验中顶级水准的安全性能。     另外,在车身刚度方面,与之前车型相比,静态试验的指标显示抗扭刚度提升22%,动态试验指标显示抗扭共振频率提升14%。通过该车车身刚度的提升,不仅提高了车本身的刚度感,还对提升转向灵敏度和操控安定性等各方面的驾乘感,振动,静谧性有着直接联系。作为静谧性方面的例子,可使路噪降低5dB。

    新型马自达2获得了2014-15日本年度车型等奖项,该车整体获得了极高的评价,此次采取的车身轻量化的同时提升了各项性能的做法,对提高汽车整体性能有着十分重大的贡献。

車体剛性の向上効果 车身刚度的提升

资料:MarkLines根据演讲内容制作

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