【轻质材料】全新超轻车门解决方案

车门系统概述

汽车开闭件

汽车开闭件，也就是我们通常所说的四门两盖，包括机盖（发动机盖/前舱盖/发罩）、左前门、右前门、左后门、右后门以及行李箱盖（尾门/背门）。

图1 汽车开闭件

车门系统

车门系统一般由门体、车门附件和车门内饰件三部分组成；机盖与尾门由于不需要玻璃的升降，所以会比四门简单一些。门体一般包括车门内、外板，门体加强板、窗框等零件的焊接总成；车门附件一般包括车门玻璃、升降器、门锁、铰链、密封条、水切、限位器等；车门内饰件一般包括门护板、门拉手、把手、扶手板等。

图2 车门系统

车门系统中，车门门体约占车门总质量的50%以上，相对于其他系统而言，车门门体更具有减重的空间。因此本文将门体钣金确定为轻量化研究的重点。

图3 车门系统重量占比

车门轻量化现状

纽北统计了近五年ECB的40个车型前门钣金（单个）的重量，范围从8.5kg至23.4kg，平均值为14.1kg。最轻为吉普牧马人（钢），最重为捷豹路虎发现（铝）。

图4 近年ECB车门重量统计

通过上面的图2也能发现，这14kg左右的车门门体，其实，80%的车门重量分布于4个零件总成中。其中，30%为车门外板，30%为车门内板，10%为防撞梁，另外10%为窗框加强件。

图5 车门门体重量分布

信息来自安赛乐米塔尔

当前轻量化方案

安赛乐米塔尔作为世界钢铁巨头，对钢铁做了深入且透彻的研究。基于目前材料与工艺技术，他们提出了一种切实可行的方案。

①使用1500Mpa级别热成形钢和马氏体钢；

图6 超高强钢应用于车门

②使用全新激光拼焊门内板工艺；

图7 全新激光拼焊工艺应用于车门

信息来自安赛乐米塔尔

③使用局部加强件而非整体加强件以优化减重。

通过应用本方案，可减重约4.9kg，减重比率27%，并且各项性能达到或高于目标值。

图8 钢制车门当前轻量化方案汇总

信息来自安赛乐米塔尔

中期轻量化方案

基于未来材料与工艺技术，安赛乐米塔尔提出了一种超轻钢制车门方案。

①0.5mm超薄外板

为了应对厚度减薄带来的性能下降，安米设计的方案是在车门外板内侧增加4.1mm厚度的补丁板，其中补丁表面为0.2mm厚的玻纤化合物，3.9mm厚为橡胶-环氧泡棉。

图9 超薄车门外板

信息来自安赛乐米塔尔

试验和模拟分析都显示应用补丁板后刚度显著改进，且0.5mm板厚+4.1mm补丁板组合的刚度优于0.67mm板厚。

②0.5mm超薄内板

使用0.8mm与0.5mm激光拼焊的内板，并进一步优化工艺排布。

③尝试采用2000Mpa热成形

抗拉强度达到2000Mpa级以上的钢种目前还不多见，北汽Lite及爱驰U5据称已使用该类材料来制造车门防撞梁部件（该原材料并非来自安米）。

图10 超高强防撞梁应用车型

通过采用以上方案，车门钣金可减重6.3kg，减重比率34%。

图11 安米超轻车门中期解决方案

轻量化就是在满足性能的情况下做到重量最小，当然也要兼顾成本。当前钢制车门的轻量化方案与铝制车门的成本及减重效果对比如图12所示。

图12 车门轻量化方案重量及成本对比

信息来自安赛乐米塔尔

总结

车门门体约占车门系统重量的50%以上，其轻量化效果比其他零件更为显著。就钢制车身而言，最为直接的轻量化手段就是提高强度、减薄料厚。通过以上的叙述，我们不难看出这些常见的轻量化手段同样适用于车门，另外，通过优化工艺排布等也是车门轻量化的方向之一。

在铝合金外板（尤其是外观质量好的ABS）依赖进口，价格居高不下的情况下，超轻轻量化钢制车门不失为一种优秀的解决方案。