基于PALS策略的車身輕量化等級(jí)評(píng)價(jià)

呂奉陽，羅培鋒，楊萬慶，陳東

（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

前言

車身輕量化是節(jié)能減排的有效途徑。隨著輕量化技術(shù)的深入發(fā)展和應(yīng)用，為了衡量不同車型輕量化水平的高低，需要建立統(tǒng)一的輕量化評(píng)價(jià)方法。輕量化評(píng)價(jià)的主要目的是預(yù)測和衡量一個(gè)車型的輕量化工程實(shí)施情況，在車型開發(fā)之初定義目標(biāo)車型的輕量化指標(biāo)，可以有效推動(dòng)該車型的輕量化水平以及節(jié)能減排效果[1]。目前主流的車身輕量化評(píng)價(jià)方法有車身輕量化系數(shù)法和車身體密度法，車身輕量化系數(shù)和車身體密度越小，輕量化水平越高。本文在現(xiàn)有評(píng)價(jià)方法的基礎(chǔ)上引入PALS策略，對(duì)輕量化水平進(jìn)行等級(jí)評(píng)價(jià)，可以直觀地看出不同車型的輕量化水平分布區(qū)間，有效地指導(dǎo)輕量化目標(biāo)設(shè)定。

1 車身輕量化評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.1 車身輕量化系數(shù)

車身輕量化系數(shù)[2]首先由寶馬公司提出，是目前被汽車行業(yè)普遍接受的一個(gè)評(píng)價(jià)白車身輕量化水平的指標(biāo)，數(shù)值越小，表示輕量化水平越高。車身輕量化系數(shù)計(jì)算公式如下：

式中，L為車身輕量化系數(shù)；m為白車身質(zhì)量，kg；CT為白車身靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度，Nm/（°）；A為白車身正投影面積，m2，由整車軸距與輪距相乘得到。

1.2 車身體密度

車身體密度由蓮花汽車整車名義密度[3]引申而來，也是一種常見的車身輕量化評(píng)價(jià)指標(biāo)，數(shù)值越小，表示輕量化水平越高。車身體密度計(jì)算公式如下：

式中，D為車身體密度，kg/ m3；m為白車身質(zhì)量，kg；V為白車身體積，m3，不同車型的體積計(jì)算公式如下：

式中，l為車身長度，m；b為軸距，m；w為車身寬度，m；h為車身高度，m。

2 PALS理論基礎(chǔ)

2.1 PALS策略

PALS是Product Attribute Leadership Strategy的英文縮寫，是一種直觀的產(chǎn)品屬性領(lǐng)導(dǎo)策略分析方法。PALS策略一般設(shè)定LACU四個(gè)定位區(qū)間，故PALS也稱為LACU定位分析。L是Leader的縮寫，代表領(lǐng)導(dǎo)區(qū)間，產(chǎn)品性能處于市場領(lǐng)導(dǎo)地位；A是Among leader的縮寫，代表領(lǐng)先區(qū)間，產(chǎn)品性能處于市場領(lǐng)先地位；C是Competitive的縮寫，代表有競爭力區(qū)間，產(chǎn)品具有一定的市場競爭力；U是Uncompetitive的縮寫，代表無競爭力區(qū)間，產(chǎn)品不具有市場競爭力。LACU定位區(qū)間根據(jù)性能指標(biāo)的概率分布進(jìn)行劃分，TOP10%概率為L，上游20%概率為A，中游40%概率為C，下游30%概率為U，如圖1所示。

圖1 LACU區(qū)間的概率分布

2.2 LACU邊界的確定

假設(shè)評(píng)價(jià)指標(biāo)X服從正態(tài)分布，X越小性能越優(yōu)，根據(jù)PALS策略，X在LACU各區(qū)間的概率滿足公式（4）。

令xL=μ+kLσ，xA=μ+kAσ，xC=μ+kCσ，μ為評(píng)價(jià)指標(biāo)X的均值，σ為標(biāo)準(zhǔn)差，根據(jù)正態(tài)分布定理，可以得出公式（5）。

查標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布數(shù)值表，Φ（1.28）=0.8997，Φ（0.52）=0.6985，可以得出評(píng)價(jià)指標(biāo)X的LACU邊界值如下：

3 PALS在車身輕量化評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

以2019年歐洲車身會(huì)議參展車身為例，介紹PALS策略在車身輕量化評(píng)價(jià)中的應(yīng)用。車身參數(shù)如表1所示。

表1 2019年歐洲車身會(huì)議車身參數(shù)

根據(jù)公式（1），計(jì)算各車型車身輕量化系數(shù)，如圖2所示。從圖2可以直觀地看出車身輕量化系數(shù)的大小，判斷各個(gè)車型車身輕量化水平的高低。車身輕量化系數(shù)越小，代表輕量化水平越高，如果車身輕量化系數(shù)做到最小，可能會(huì)導(dǎo)致開發(fā)成本的大幅增加。因此單獨(dú)采用車身輕量化系數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，不便于開發(fā)者進(jìn)行決策，無法有效地進(jìn)行輕量化目標(biāo)設(shè)定和輕量化等級(jí)評(píng)價(jià)。

根據(jù)公式（6），計(jì)算車身輕量化系數(shù)的LACU邊界參數(shù)為：LL=1.5，LA=2.2，LC=3.1。

圖2 各車型車身輕量化系數(shù)

圖3 車身輕量化系數(shù)等級(jí)評(píng)價(jià)

各車身輕量化系數(shù)在LACU區(qū)間的分布如圖3所示。從圖3中可以清晰地看出各車型的車身輕量化等級(jí)分布區(qū)間。采用LACU定位分析，可以有效地進(jìn)行輕量化目標(biāo)設(shè)定和輕量化等級(jí)評(píng)價(jià)。例如某新開發(fā)車型車身輕量化水平定義為有市場競爭力，車身輕量化系數(shù)不需要做到最小，只需小于LC即可。需要指出的是，LC并不是一個(gè)固定的參數(shù)，需要根據(jù)競爭車型的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算確定。采用PALS策略，可以保持車身輕量化水平具有競爭力，同時(shí)將開發(fā)成本控制在合理范圍內(nèi)。

采用PALS策略對(duì)車身體密度進(jìn)行評(píng)價(jià)，各車型車身體密度在LACU區(qū)間的分布如圖4所示?？梢钥闯觯捎谠u(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算方法不同，各車型車身體密度的LACU等級(jí)分布區(qū)間與車身輕量化系數(shù)分布區(qū)間有所不同。

圖4 車身體密度等級(jí)評(píng)價(jià)

4 結(jié)論

現(xiàn)有的車身輕量化評(píng)價(jià)指標(biāo)越小越好，雖然可以方便地進(jìn)行輕量化水平對(duì)比，但是不能有效地指導(dǎo)輕量化目標(biāo)設(shè)定，簡單地將輕量化指標(biāo)做到最小可能會(huì)導(dǎo)致開發(fā)成本的大幅增加而失去競爭力。通過引入PALS策略，將輕量化水平劃分為LACU四個(gè)區(qū)間，在現(xiàn)有車身輕量化評(píng)價(jià)指標(biāo)基礎(chǔ)上建立車身輕量化等級(jí)評(píng)價(jià)方法，可以更直觀地進(jìn)行輕量化水平評(píng)價(jià)，合理地進(jìn)行輕量化目標(biāo)設(shè)定，保證車身輕量化水平具有競爭力，同時(shí)將開發(fā)成本控制在可接受范圍內(nèi)。