概括
新Roadster是继承过去车型打造的轻量化运动，旨在通过减轻车身重量来提高“人车合一”性能的产品。这一次，通过使用铝而不是钢来减轻体重。铝具有很大的轻量化作用，但刚度和强度低于汽车用钢。本文概述了通过设计横截面形状和结构来提高“人车合一”性能和高碰撞安全性的开发活动。
1.首先
年推出的第一辆敞篷跑车重新定义了当时几乎是毁灭性的开放式2座轻量运动类型，通过将驾驶汽车的乐趣以轻量化的车身作为武器传播到世界各地。.之后，同类型的其他参赛车辆的重量不断增加，以响应对碰撞安全性能日益增长的需求，但敞篷跑车操作起来很有趣=“人车合一”,感觉继续进化，没有失去感觉。
这款全新敞篷跑车的开发目标是在之前车型的基础上进一步减轻重量，同时充分响应高度的社会需求，以回归轻量化运动的本源。本文主要介绍了将铝的应用扩展到车身外壳领域的概念、结构思路和实现手段。
2、扩大铝材应用的构想
新款敞篷跑车的车身外壳面积比前代车型减重23.0kg，其中通过材料更换（铁→铝）减少了12.1kg（图1）。
将描述实现这一目标的扩大铝应用的概念。
图1铝的应用部位
2.1对“金霸一带”演变的贡献
新Roadster专注于创造一种轻盈的感觉，作为“金巴一泰”感觉的演变。轻盈感是指在不偏离驾驶员意图的情况下实现轻量转向的状态。作为运动性能的替代特征指标的YWR（偏航重量比）（图2）的减少，SSF（静态稳定性）Factor）（图3）需要改进。
YWR和SSF由以下公式表示。
YWR=横摆力矩/车辆重量
SSF=胎面宽度/重心高度/2
(1)减少YWR
为了降低YWR，需要降低车辆前后端的重量，以降低横摆惯性矩。在新款Roadster中，重点加强了前后保险杠加强件（以下简称BumperRain）和设置在车辆前后两端的前挡泥板，实现了6.6kg的减重，降低了YWR。
图2偏航重量比
(2)SSF的改进
改善SSF的方法有两种：(1)扩大车辆胎面宽度；(2)降低车辆重心高度，但为了实现紧凑的车宽，(2)降低车辆中心高度重心（高于车辆重心位置）研究了减轻重物重量的方法。在车身区域，研究了在重心上方的碰撞安全对策部件座椅靠背杆和作为车辆内部前后分隔壁的隔板面板中使用铝的情况，并实现了3.7公斤的重量减轻和改进的SSF。
通过减少YWR并将SSF提高到同类最佳水平，并从连续跑车的能力进化，实现了“人车合一”的进化（图4）。
图3静态稳定性系数
图4性能目标
3、技术突破
新款敞篷跑车采用铝挤压方式进行碰撞安全加固，以实现最高水平的碰撞安全性能和高水平的减重。挤压法的最大特点是截面上板厚的局部变化和在截面上设置加强筋的自由度高。以重量效率为核心，保证性能所需的强度，在不需要强度的地方，我们将多余的肉刮到极限，显着减轻重量。前/后碰撞时吸收能量的保险杠雨水和在车门开口后支撑车辆左右两侧并抑制乘员的座椅靠背杆采用铝挤压方法减轻了重量侧面碰撞时的伤害值。在下一节中，将介绍具体的例子。
3.1前保险杠
在确保最高水平的安全性能的同时，与使用的铁材料相比，实现了4.1公斤的重量减轻。对于对强度有要求的保险杠雨，即使简单更换为系高强度铝材，材料强度也只有SKYACTIV-BODY所用热冲压材料的30%左右，难以实现显着减重。有没有。为了充分发挥铝材的优越性，通过包括施工方法在内的零基础审查，将压制方法改为挤压方法。在挤压方法中，可以改变每个组成表面的厚度，通过加厚强度所需的部分并将不需要的部分减薄到极限，实现了显着的质量减少（图5）。
图5前保险杠加强截面
挤压法具有横截面形状恒定的限制。前保险杠有一种使中心弯矩最大化的结构，类似于两端的支撑毛刺，横截面形状必须按照这种结构设计。新Roadster采用桶形设计，车体外侧变窄，挤压时的简单形状不适合保险杠表面。其他公司使用的外缘压制和简单弯曲时，由于形状变化变得显着并且出现应力集中，因此采用了在保险杠雨加工中很少使用的拉伸弯曲方法。结果，通过实现符合设计的形状并保持横截面形状以避免应力集中，防止了质量增加（图6）。
图6拉伸弯曲法
此外，铝的允许伸长率比铁材料低，并且具有因冲击而引起开裂和断裂的特性。开发之初就出现了这种现象，经过机理分析，裂纹断裂不是由于简单的冲击载荷的输入，而是由于弯曲和伸长造成的。这个问题是通过将横截面的中性轴移向非碰撞表面侧来解决的，并且防止了质量增加（图7和图8）。
图7静态强度测试
图8前保险杠加强截面
3.2座椅靠背杆
座椅靠背杆的作用是在发生侧面碰撞时接收从车内侧输入到前门和B柱的载荷，抑制B柱和车门进入车内的量，以及降低乘员伤害值（图9））。
旧款的座椅靠背杆是MPa级高强度钢的压制部件，但新敞篷跑车是使用高强度铝的挤压件，与旧款相比，提高了碰撞安全等所需性能。实现了1.9kg的重量减轻（图10）。
负载分担最高的主杆采用铝合金中强度最高的系列铝和其他挤压材料强度高的系列铝。此外，挤压截面顶部为封闭截面，底部为悬臂肋，可抑制施加载荷时局部发生的变形，从而在侧面碰撞中实现最高水平的碰撞安全性能（图11）.
与前保险杠一样，利用挤压法的特性，改变各构成面的厚度，使不需要的部分变薄，从而减轻了重量。
图9侧面碰撞载荷路径
图10座椅靠背杆结构
图11座椅靠背杆截面
4、面板件铝材应用实例
除了挤压铝制部件外，铝在压制部件上的应用也得到了扩展，以减轻重量。
4.1前挡泥板
通过在前挡泥板上使用铝，与铁材料规格相比，实现了2.8公斤的重量减轻。
铝材的容许伸长率比铁材低，压制成型时容易产生裂纹。马自达已将铝材料应用于冲压成型过程中拉深较浅的零件，例如跑车发动机罩（RX-7、RX-8、前敞篷跑车）和行李箱盖。为了进一步减轻重量，我们在前挡泥板上应用了铝材。
新款Roadster的设计旨在通过将眼睛低垂并向内切割发动机罩分型线，使其看起来具有立体感（图12）。因此，面板的拉深大，成型的不利条件重叠，难以兼顾铝的压制成型性和设计性。为了解决这个问题，通过反复进行成型模拟，同时以毫米为单位调整设计者和分型线的位置，从而能够实现铝材料的使用。
图12初始草图
4.2其他部分
已用螺栓固定以提高可维修性和生产效率的舱壁面板、隧道横梁和维修孔盖也由铝制成。通过将板材成型并与发动机罩和挡泥板共用材料，可以在抑制成本增加的同时更换材料。舱壁板在两侧和中央的顶部和底部有四个部分，车辆前侧的隧道横梁有两个部分封闭的横截面。为了连接两个面板，应用了RX-8的铝制减震锥阀盖中使用的摩擦点焊接（点摩擦焊接）（图13）。通过采用该技术，可以在实现高接合质量的同时，根据各部件所需的强度和刚性来配置具有板厚的构件，从而有助于轻量化和成本降低。
图13摩擦点焊应用点
5.结论
在新Roadster的研发过程中，积极推动铝材的应用，以进一步减轻重量，实现“人车合一”感的进化。但是，在开发过程中，遇到了精度和接头质量的问题，尤其是多次实现性能目标的障碍，每次都在与相关部门和合作厂商的配合下攻克难关，引以为豪我们的客户。
会将这次培养的技术应用到未来的开发模型中，并继续发展整个公司，让许多客户体验马自达所追求的“驾驶乐趣”。
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