摘要
全新敞篷跑车通过回归“人人都能享受”的敞篷跑车本源，进化出人与车的一体感。支持这一点的车身结构是通过将CX-5AtenzaAxela采用的SKYACTIV-BODY方法应用于FR开放式车身，同时大幅提升转向稳定性性能、碰撞安全性能和NVH性能，目标是实现超越原版Roadster的轻量化车身。此外，设计主题“灵*运动”旨在塑造作为跑车的美感和生活感。
因此，白色车身质量达到了第三代公斤、第二代公斤、公斤，低于第一代的公斤，同时提高了车身刚性，这是基础转向稳定性和NVH性能，达到顶级碰撞安全性能，实现同级车重量最轻。在本文中，将介绍实现这种轻巧紧凑的开放式车身开发的方法。
1.前言
在开发第4代新敞篷跑车时，从头开始重新审视FR开放式跑车车身所需的功能。在实际驾驶车辆状态下应该实现的“人车一体化”的关键概念已经分解到车身结构层面。
开发目标是人车一体感和车身刚性的大幅进化，这是NVH的基础。改进碰撞时的能量吸收，以提高现实世界中的安全性。目标是继续发展代代相传的NVH性能。
此外，在作为轻量运动基础的轻量化方面，设定了超越年发布的原版敞篷跑车的最轻价值目标。为了实现这些，继承了第一代Roadster的传统，设置了结构要求，以表达人与车之间的统一感，包括驾驶姿势和乘员上下车。
为了塑造跑车的美丽和生活，支持旨在深化“灵*运动”作为车身结构的设计方向。
2.开发过程
2.1发展途径
SKYACTIV-BODY中介绍的开发方法
①从力学原理理想化结构
(2)通过选择施工方法提高接合效率
③材料和板厚的优化
新Roadster的发展变化基于
①立式发动机/任务
2)采用PPF（电厂框架）
③更大的后差速器，适用于基于FF的4WD车辆
④前后悬挂系统变化
⑤开体
阐明了由于上述原因导致的车身功能和性能机制的变化，并理想化了相应的车身结构。
2.2基本概念实现理想车身骨架的概念
①基本骨架的拉直
②连续框架
③多负载路径。特别是加强传输到高架骨干框架
开发概念设计为（图1）。
图1SKYACTIV-BODY视觉
2.3理想的结构化过程
在构建理想结构时
(1)支持碰撞、刚性、NVH等的框架。结构验证
(2)优化函数分布量
③使用质量工程的贡献分析进行验证
特别是在框架验证中进行了拓扑分析。结果表明，提高高位骨架车架和前悬架之间的连接刚度对提高车身刚度是有效的，这导致了开发概念（图2）（拓扑）的演变。
图2拓扑分析
3.车身结构
将根据目标和应用技术介绍新Roadster车身结构的特点。
3.1前车架，防撞罐
为了达到碰撞性能，第3代使用了碰撞空间短的MPa级超高强度钢，并通过提供高屈服强度来吸收碰撞能量。在第四代，这是一种确保更长的碰撞空间并相对降低屈服强度的方法。
为此，设计了进一步扩大碰撞空间的方法，并将从保险杠雨的后端到悬挂塔部分的范围作为横截面。由于多脊截面的效率和屈服强度目标的降低，材料由MPa级超高抗拉材料改为MPa级高抗拉材料，板厚由1.6t降低到1.2t/1.4t减轻重量。
接下来，悬挂塔的后部也被压碎，不浪费碰撞空间。由于这部分也用作悬挂塔支撑部分，专注于平衡碰撞性能和刚度，并在重复CAE研究的同时确定了设计规格。
从这些结果来看，碰撞时对驾驶室的输入减少了，有助于整个车身的轻量化。此外，通过粉碎有限的空间而不浪费，缩短了车辆的前悬，改进了设计（图3）。
图3前框结构
3.2仪表板横梁
仪表板横梁是连接前车架和骨架车架的部件。通过加强两者之间的连接，如2.3所述，提高了车身的刚性，在发生事故时也能有效保护乘员的脚正面碰撞。另一方面，为了实现这种结构，需要通过优化驾驶位置来扩大脚部空间，并与发动机后部布置等包装平衡，以减少横摆惯性矩。
因此，为了在高水平上平衡车身性能和包装，转向轴通孔，在传统汽车的横截面中设置，以消除横截面的不连续性，被提升的截面被轻轻地移动到骨架框架上，作为连接和承受整个构件载荷的结构，在不影响足部空间的情况下扩大了截面（图4）。此外，还应用了MPa级热冲压材料，以随着结构变化而提高弯曲强度（见5.材料）。因此，实现了高强度和高刚性，同时减轻了重量，同时不影响包装和性能。
图4DashCrossMember
3.3脊椎车架
脊椎车架是一种可以在不依赖侧梁的情况下改善伴随开放式车身的刚度降低的技术。在新的敞篷跑车中，充分考虑了SKYACTIV-BODY的伸直和连续性，从开发初期就与相关部门合作，打造理想的结构，不会因孔洞而突然断裂或横截面不连续做了，成员的潜力被最大化。
(1)光滑的横截面脊线
通过对仪表板安装等进行优化，无论是俯视图还是侧视图，车架棱线的角度变化都被最小化，负载由整个构件分担以减轻重量（图5）。
图5HighMountBackboneFrame（1）
(2)连续闭合截面
通过在驻车杆安装部分设计一个孔，横截面连接到具有恒定闭合横截面的后部构件，以消除横截面的不连续性（图6）。
图6HighMountBackboneFrame（2）
3.4侧梁
在敞篷车中，门槛是连接前车身和后车身的重要部件，需要高强度/刚度。另一方面，为了保证乘员上下车的方便，实现“灵*运动”的设计主题，对截面尺寸进行了限制。因此，新款Roadster通过对横截面形状的优化来解决这个问题。
(1)截面形状的优化
新款Roadster的侧梁有一个新的横截面，可以控制在发生碰撞时横截面的折叠方式。该截面是一种通过增加脊线来提高弯曲/扭转强度的机制，即使面积惯性矩很小。当从侧面施加大的碰撞载荷时，横截面会弯曲，横截面会塌陷，但通过有意地在适当的数量和方向上设置棱线，可以抑制这种现象。通过采用这种方式，实现了30%的质量减少，同时展示了比当前模型更高的性能（图7）。
图7侧梁
3.5后侧框
为了实现后部短甲板的设计，后侧架的长度比传统车型减少了90mm。因此，为了有效吸收能量，采用了SKYACTIV-BODY技术，后侧车架采用双帽截面，后底板采用高强度钢。因此，即使在比传统型号更短的空间内，碰撞安全性也得到了提高（图8）。
图8后侧框架
3.6加油盖
为了减轻重量和提高可操作性，加油口盖从通过杠杆操作的缆线锁类型切换到与通过推动面板打开的门锁相连的电磁锁类型。在充分利用传统结构的同时减少了零件数量，与以前的型号相比提高了可操作性，重量减轻了g（图9）。
4、施工方法
为提高车身刚性，通过在整流罩、地板雨淋、轮罩、后悬架加强件等连接处采用焊缝，降低路面噪声，提高车身刚性（图10）。
图10焊缝
5.材料
5.1材料选择
对于因碰撞性能而需要强度的零件，使用多学科设计优化(MDO)（参见6.CAE计划）根据车身刚度计算所需的板厚。一种具有出色能量吸收、强度和强度的高强度材料。应用了可靠性（图11）。最重要的是，通过在需要高屈服强度的机舱周围应用新的/MPa级超高强度钢和MPa级热冲压，有效抑制了所有碰撞模式下的机舱部分变形（图12）。此外，高强度钢的应用率比之前的型号从58%提高到62%。此外，铝应用于挡泥板/保险杠雨，远离挡泥板/保险杠雨等车辆的重心，有效降低横摆惯性矩。选择了一种高效的材料根据每个零件所需的特性。
图11高强度钢使用率
图12乘员保护
5.2热冲压材料在车身上的应用
MPa级热冲压材料，超过MPa级超高抗拉强度材料，应用于不想被碰撞载荷压碎的车身部件。通过有效地使用更坚固的材料，通过减薄板来减轻重量。它用于上述骨干框架部分的压缩负载输入部分。生产部门和ONEMAZDA致力于零部件的可加工性、焊接性和车身精度保证，以实现批量生产（图13）。
图13烫印材料
6.CAE举措
6.1车身刚性大幅提升
从开发的初始阶段就实施了详细的CAE，以便将主要骨架概念变成理想的混凝土结构。通过反复检查直至达到最佳形状，减轻了重量，保持并提高了各部分的刚性，提高了车身的刚性感。
对于前悬架顶部，我们致力于提高与侧梁的耦合刚度以及提高与主梁框架的耦合刚度。特别是，悬架顶部减震器安装周围的结构已经过重新设计，以有效地将悬架顶部的输入载荷分散到车身外部，并提高了减震器的支撑刚度。结果，悬架顶部的阻尼器支撑刚度与没有支柱塔杆的带有支柱塔杆的传统模型处于同一水平（图14）。
图14前车身结构
后悬架顶部根据减震器安装结构的变化，悬架顶部和包装与传统车型的结构相比发生了显着变化，并且使来自悬架顶部的输入载荷更有效地分配到包装侧。同样，阻尼器支撑刚度也得到了显着提高（图15）。
图15后车身结构
前悬架臂安装部分也通过在车身侧为安装结构设置支架并将负载从悬架臂分配到侧梁上而具有高刚性（图16）。
图16前悬架车身结构
6.2多种性能优化技术的应用
在这款新型敞篷跑车的开发过程中，MDO被应用于通过同时优化多项性能（碰撞、NVH、强度、刚度）来提高质量效率。具体而言，给出满足各个性能目标的指标作为约束条件，在车身底部和上半身的各个开发阶段实施以质量最小化为目标函数的MDO，验证最轻的重量。
在底部区域的开发阶段，将主要平台部件设置为设计变量，明确板厚变化对质量贡献和性能贡献，并从分析结果中发现了3.9kg的总减重计划……
在上半身区域的开发阶段，是否还有其他可能指定最轻的板厚组合，以上半身为中心，或者有没有留下作为肉体有减少板厚空间的部分，MDO是在绘图前进行的最终确认。结果，实现了车身整体最轻的水平，同时还进一步减少了板厚（减重g）（图17）。
图17MDO应用
7.结果
7.1车身刚性值
由于显着的减重和有效的结构变化，前后悬架顶部的扭转刚度和减震器支撑刚度等每个刚度值在质量比方面都比传统模型有所提高（表1）。
表1刚度
7.2碰撞安全性能
在现代汽车发展中，由于安全性要求的提高，质量往往随着每款车型的变化而增加。在新Roadster中，为了回归轻量化的本源，通过对多路路径结构、材料更换、施工方法的重新审视，极大地抑制了碰撞时车身的变形。因此，在内部测试中实现了每个国家安全评估计划(NCAP)中最高水平的车身性能，同时减轻了质量。
7.3减重
作为基于SKYACTIV-BODY概念的FR推进结构优化的结果，新敞篷跑车实现了超越传统车辆的刚性和碰撞安全感，同时使用了不使用铝材料的白色车身单位质量.达到了公斤，比第三代公斤、第二代公斤、第一代公斤（图18）轻。
图18每个投影区域的白重量中的主体
此外，包括用于保险杠加强和生产效率等维修性的主要部件在内的车身结构质量达到了公斤，比第三代的公斤更轻。
8.结论
以上就是新Roadster车身结构的演变和特点。通过将SKYACTIV-BODY方法应用于开放式车身，能够实现比以往任何时候都更轻的车身，同时提高敞篷跑车的性能，其中减重与商业价值直接相关。将继续改进我们的技术，并继续朝着实现更轻、更高性能的车身迈进。
预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇