汽车门模块轻量化进展
发布时间：2021-03-08 10:18:11 点击次数：148
摘录：介绍了轿门模块的背景，功能和特性，简短回顾了轿门模块设计轻量化的发展历程，并结合了大量的轿门模块设计案例研究信息，开展了比较分析。在不同时代的车门模块材料选择，结构设计，工艺成型，量产应用等方面。在详细叙述汽车车门模块结构集成，设计数字化和方案多样化的轻量化现状之后，说明了汽车门模块的日渐成熟。汽车门模块的开发技术以及通过多渠道向轻量化发展的方向不断发展的趋向。总结并展望了轻型门模块的未来发展方向。
在现代汽车工业中，为了提高组装效率，下降生产成本，提高产品质量和竞争力，并满足汽车市场对小批量，多品种和个性化的需求，一些汽车制造商已逐渐开始直接供应汽车。原始由制造商提供单个零件并由oem组装在生产线上的生产模型已逐渐变成模块化生产模型，其中第一级供应商担负模块供应，而oem仅执行模块组装[1]]。其中，汽车门模块（也称做“汽车门基板”，“汽车门内板模块”等）作为汽车中的典型模块之一就是在这种背景下诞生的。
汽车门模块是指将传统门系统中的许多门功能配件与部分门板金属或内部组件结构集成在一起，以形成相对单独且完整的功能模块组件，这是整个门系统的重要组成部分。门模块的主要功能是为门的许多功能附件提供安装平台（安装点），刚性支撑平台（组件组装后在不同应力条件下的变形达到设计要求）并达到强度要求（在极端或长期应力条件下无损坏）以及密封和隔音要求（防水密封，隔音和降噪）等[2]。门模块中携带或集成的门配件一般而言包括门玻璃升降器，锁体，内部和外部把手，玻璃升降器，下部玻璃后栏杆，音箱，扶手安装支架，门密封组件，电气线束，电气控制模块和碰撞传感器。，吸收能量的安全保护结构等[3-6]。根据特定零件的设计要求，有必要确保玻璃升降器，手柄，密封件等的长期工作条件，以确保精确组装门模块组件的所有组件，以满足高温和低温极端环境下的正常使用，以及在不同驾驶条件下的强阻力（例如振动）[7-8]。
早在1990年代，汽车门系统就开始采用模块化概念设计。早期的解决方案主要基于钢门模块的设计，该模块是在模块集成和提高组装效率的概念下开展的，并且对总体门模块从未太介意。减重功效不高，集成度也不高。但是，随着近年来油耗和排放法律的日渐严苛，汽车的轻量化技术逐渐成为业界关注的热点。即使对于新能源汽车，他也摆脱了对燃料的依赖，即使对于@nz@，，由于其动力电池组的储能密度技术未曾突破瓶颈，因此对轻量化汽车的需求引起了因此，探索成熟的轻型汽车门模块解决方案已成为各种原始装置制造商和零件供应商的关键研发方向之一，并且近年来不断获得新进展。门模块设计的历史，然后详细讨论了门模块轻量化技术的现状，最终总结了门模块轻量化的未来发展方向。
1进化史
在模块化制造以提高生产和组装效率并下降生产成本的推动力下，人们早在20世纪90年代就提出了“车门模块”的概念。越来越多的汽车oem和门系统制造商肯定和接纳，并且门模块已开始大量生产并用以现代汽车车门系统结构中。迄今，世界上超过25％的汽车门系统都是使用车门内板模块制造的。根据材料选择或结构设计概念的差别，门模块的发展主要分成三个阶段：金属方案，全塑料方案和复合材料方案。
最早的门模块设计概念相对简便，如图1[9]所示，方式是在过渡钢支架或连接板（模块支架）[5]上然后在轿厢中设计门相关配件的安装孔。oem或组件供应商将组装有限的一部分门配件以形成模块组件，然后将组装的模块组件组装到门上以形成完整的门系统。显然，早期的门模块设计集成度不高，但是这对于提高生产装配效率，快速应用和升级门模块设计理念具有重要含义。其后，具有更高集成度，可携带更多门配件，实现更多功能的门模块已成为行业的标杆。不断探索和创新的目标。@20世纪90s之后，门模块的设计理念越来越成熟金属门模块的蓝图已逐渐进入大家的视野，即集成金属（钢或铝合金）冲压门模块的蓝图，如图所示2.使用金属钢板或铝板冲压并形成用以安装门配件的金属基板零件。整个门模块不仅取代了钣金结构的传统门内板部分，而且实现了更多门配件或功能的集成，巨大地提高了门模块的设计集成度和系统组装效率。钢或铝的选择门模块主要基于不同的轻量化要求。金属门模块经历了长期的发展。在2010年左右，该解决方案在汽车门系统的应用中达到了高峰。
在1990年代几乎同时，恩坦华（former德尔福内饰和照明系统公司）使用SABIC聚碳酸酯（pc）/聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）树脂来完成世界上第一个全塑门模块结构。如图3[10]所示，这是首次提出并付诸实践的全塑料门模块设计理念。全塑料门模块取代了40个单独的金属零件，可将成本下降10％，将每扇门的重量减小1.49kg，并简化了门的组装过程。
进入2010年之后，以塑料取而代之金属的全塑门模块设计方案开始确实出现并实现了大规模应用，这主要是由于推广了汽车节能减排，新的汽车能源等方针背景，以及汽车轻量化的概念开始普及在整个行业中，以门模块为代表的典型汽车半结构早就开始大量采用“塑代钢”轻量化设计。同时，它们受到对电气化和智能化等功能空间的需求的推动，促使PC/PBT模块设计提议在此阶段快速开发。从那时起，市场先后推出GMT，玻璃纤维热塑性复合材料（木纤维增强聚乙烯），PE（聚丙烯），长玻璃纤维增强LGFPP（CFRT），碳纤维增强热塑性复合材料材料（LGFPP）/全塑门以及其他具有各种材料选择方案的全塑料门模块，其中LGFPP材料方案由于其出色的机器性能，耐冲击性，低密度和低强度而成为最成熟的应用翘曲弯曲，尺码稳定性好，蠕变低，耐腐蚀，容易加工和成型的优点[11-12]使这种材料解决方案门模块与钢金属门模块解决方案相比之下在减轻重量，组装效率和制造成本方面具有优势。成型效率。，综合成本等诸多方面都有更多的产品优势。图4显示了2011年现代索纳塔全塑门模块[13]。门模块填入有30％长的玻璃纤维增强聚丙烯材料，可将单个门的平均重量减小约0.5kg，并成功注塑成型。将21个组件集成为一个零件，将5个组装过程简化为一个，有效性减低了门系统的整体成本。由于全塑料门模块的兴起，LGFPP全塑门模块几乎以绝对优势攻陷了整个门模块市场。典型的应用程序模型还包括2012年模型大众途观，2013年模型福特嘉年华，2014年模型斯柯达野帝和2015年模型modern途胜，2016年部分Jeep自由侠，2018年部分XC40。时至今日，这种材料解决方案门模块仍维持有力的生机。
近年来，随着对轻型汽车的需求变得愈发迫切，在现有的成熟LFT模块解决方案的根基上，早就创新性地开发了一些更具特点的门模块设计解决方案。其中最典型的是使用有机复合板和长纤维增强热塑性材料（热塑性复材门）混合材料解决方案，以及通过压缩成型与注塑成型工艺形成的复材门模块。门模块主要结构中的一部分采用连续纤维材料，纤维材料采用交叉堆叠或编织的形式，有效地提高了材料的性能，这使得福克斯复材车门模块模块通过局部针对性地使用有机复合材料获得了增强板更轻，更坚实，更高效，更集成，并且生产和组装过程更少.2018年，世界上第一个大规模生产的全新mm，如图5所示，使用了仅0.6聚丙烯的连续厚度纤维增强的热塑性有机复合板和30％长的玻璃纤维增强LGFPP材料，尽管与仅使用全塑门全塑门模块相比之下，它仍可实现约10,000的减重功效单个产品使用0.5kg，同时确保不错的能量吸收安全性[14]。复材门module解决方案的成功批量生产不仅为行业树立了标杆，而且引领了轻型门模块在汽车中的发展方向。未来在一定程度上。
2轻量级状态
作为汽车门系统的重要半结构构件，门模块的轻量化设计探索始终是工业界普遍关注的疑问。从1990年代到现在，它经历了近30年的轻量化过程，并且门模块的轻量化技术取得了快速迭代。更新：从材料的视角来看，早就大量生产了多种主流轻质材料（高强钢，铝合金，全塑料和复合材料）并将其应用于汽车门模块的设计，形成了多种共存当今市场上的轻量级解决方案。竞争和互补的状况。随着主流汽车制造商，基本组件供应商和材料供应商的共同努力和持续关注，车门模块的轻量化设计正朝着高轻量化的方向发展。著者将从结构集成，数字设计和多样化的结构开始。关于化学的三个方面的详细讨论[2]。
