基于PALS策略的车身轻量化等级评价

吕奉阳，罗培锋，杨万庆，陈东

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东 广州 511434）

前言

车身轻量化是节能减排的有效途径。随着轻量化技术的深入发展和应用，为了衡量不同车型轻量化水平的高低，需要建立统一的轻量化评价方法。轻量化评价的主要目的是预测和衡量一个车型的轻量化工程实施情况，在车型开发之初定义目标车型的轻量化指标，可以有效推动该车型的轻量化水平以及节能减排效果[1]。目前主流的车身轻量化评价方法有车身轻量化系数法和车身体密度法，车身轻量化系数和车身体密度越小，轻量化水平越高。本文在现有评价方法的基础上引入PALS策略，对轻量化水平进行等级评价，可以直观地看出不同车型的轻量化水平分布区间，有效地指导轻量化目标设定。

1 车身轻量化评价指标

1.1 车身轻量化系数

车身轻量化系数[2]首先由宝马公司提出，是目前被汽车行业普遍接受的一个评价白车身轻量化水平的指标，数值越小，表示轻量化水平越高。车身轻量化系数计算公式如下：

式中，L为车身轻量化系数；m为白车身质量，kg；CT为白车身静态扭转刚度，Nm/（°）；A为白车身正投影面积，m2，由整车轴距与轮距相乘得到。

1.2 车身体密度

车身体密度由莲花汽车整车名义密度[3]引申而来，也是一种常见的车身轻量化评价指标，数值越小，表示轻量化水平越高。车身体密度计算公式如下：

式中，D为车身体密度，kg/ m3；m为白车身质量，kg；V为白车身体积，m3，不同车型的体积计算公式如下：

式中，l为车身长度，m；b为轴距，m；w为车身宽度，m；h为车身高度，m。

2 PALS理论基础

2.1 PALS策略

PALS是Product Attribute Leadership Strategy的英文缩写，是一种直观的产品属性领导策略分析方法。PALS策略一般设定LACU四个定位区间，故PALS也称为LACU定位分析。L是Leader的缩写，代表领导区间，产品性能处于市场领导地位；A是Among leader的缩写，代表领先区间，产品性能处于市场领先地位；C是Competitive的缩写，代表有竞争力区间，产品具有一定的市场竞争力；U是Uncompetitive的缩写，代表无竞争力区间，产品不具有市场竞争力。LACU定位区间根据性能指标的概率分布进行划分，TOP10%概率为L，上游20%概率为A，中游40%概率为C，下游30%概率为U，如图1所示。

图1 LACU区间的概率分布

2.2 LACU边界的确定

假设评价指标X服从正态分布，X越小性能越优，根据PALS策略，X在LACU各区间的概率满足公式（4）。

令xL=μ+kLσ，xA=μ+kAσ，xC=μ+kCσ，μ为评价指标X的均值，σ为标准差，根据正态分布定理，可以得出公式（5）。

查标准正态分布数值表，Φ（1.28）=0.8997，Φ（0.52）=0.6985，可以得出评价指标X的LACU边界值如下：

3 PALS在车身轻量化评价中的应用

以2019年欧洲车身会议参展车身为例，介绍PALS策略在车身轻量化评价中的应用。车身参数如表1所示。

表1 2019年欧洲车身会议车身参数

根据公式（1），计算各车型车身轻量化系数，如图2所示。从图2可以直观地看出车身轻量化系数的大小，判断各个车型车身轻量化水平的高低。车身轻量化系数越小，代表轻量化水平越高，如果车身轻量化系数做到最小，可能会导致开发成本的大幅增加。因此单独采用车身轻量化系数作为评价指标，不便于开发者进行决策，无法有效地进行轻量化目标设定和轻量化等级评价。

根据公式（6），计算车身轻量化系数的LACU边界参数为：LL=1.5，LA=2.2，LC=3.1。

图2 各车型车身轻量化系数

图3 车身轻量化系数等级评价

各车身轻量化系数在LACU区间的分布如图3所示。从图3中可以清晰地看出各车型的车身轻量化等级分布区间。采用LACU定位分析，可以有效地进行轻量化目标设定和轻量化等级评价。例如某新开发车型车身轻量化水平定义为有市场竞争力，车身轻量化系数不需要做到最小，只需小于LC即可。需要指出的是，LC并不是一个固定的参数，需要根据竞争车型的参数进行计算确定。采用PALS策略，可以保持车身轻量化水平具有竞争力，同时将开发成本控制在合理范围内。

采用PALS策略对车身体密度进行评价，各车型车身体密度在LACU区间的分布如图4所示。可以看出，由于评价指标的计算方法不同，各车型车身体密度的LACU等级分布区间与车身轻量化系数分布区间有所不同。

图4 车身体密度等级评价

4 结论

现有的车身轻量化评价指标越小越好，虽然可以方便地进行轻量化水平对比，但是不能有效地指导轻量化目标设定，简单地将轻量化指标做到最小可能会导致开发成本的大幅增加而失去竞争力。通过引入PALS策略，将轻量化水平划分为LACU四个区间，在现有车身轻量化评价指标基础上建立车身轻量化等级评价方法，可以更直观地进行轻量化水平评价，合理地进行轻量化目标设定，保证车身轻量化水平具有竞争力，同时将开发成本控制在可接受范围内。