專用汽車輕量化設(shè)計(jì)

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1、專用汽車輕量化設(shè)計(jì) 1引言 近些年，隨著人們對環(huán)保、安全、效率和審美等方面要求的不斷提 高，專用汽車的個(gè)性化特點(diǎn)越來越明顯。為了滿足用戶H益增長的個(gè)性 化需求，專用汽車在個(gè)性化造型方面己顯得尤為重要。另一方而， 《汽車產(chǎn)業(yè)進(jìn)展政策》和《在全國開展車輛超載、超限治理工作的實(shí)施 方案》的出臺(tái)，為加快專用汽車輕量化給予了政策支持和動(dòng)力。因 此， 加強(qiáng)專用汽車在造型和輕量化設(shè)計(jì)方面的研究，對我國專用汽車企業(yè)提 高自身的設(shè)計(jì)水平，保持較高競爭力是至關(guān)重要的。 2專用汽車造型設(shè)計(jì)的研究 2」專用汽車造型設(shè)計(jì)的重要性 專用汽車的設(shè)計(jì)過程是在載貨汽車底盤或?qū)Ｓ玫妆P上裝置功能設(shè) 備和專用車廂。因此新

2、穎和優(yōu)美的造型以及舒服精巧的內(nèi)飾是吸引客戶 的重要方而。在底盤、發(fā)動(dòng)機(jī)變化不大的今天，專用汽車的造型是爭取 市場的關(guān)鍵之一。 在完成一種新型專用汽車全部設(shè)計(jì)的過程中，必須考慮專用汽車的 藝術(shù)造型和產(chǎn)品功能的緊密結(jié)合。一個(gè)成功的造型設(shè)計(jì)，應(yīng)該使專用汽 車具有新穎美觀的外形、良好的空氣動(dòng)力學(xué)性能、各部分的布置符合人 機(jī)工程學(xué)的要求并適合于多種變型的結(jié)構(gòu)和零部件分塊。車身及其覆蓋 件應(yīng)具有良好的沖壓工藝性和焊接裝配工藝性、合理的零部件形狀和較 高的材料利用率。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們對汽車的外觀、舒服性、 功能的完備性等要求都在不斷的提高。由此可見，造型 設(shè)計(jì)在專用汽車的開發(fā)過程中的重要性。，

3、 2.2專用汽車造型時(shí)應(yīng)注意的原則 2.2.1和諧的美學(xué)原則 具有美感的造型應(yīng)該是符合長期實(shí)踐總結(jié)出來的美學(xué)差不多原則，是 外在形式美和內(nèi)在科技美的統(tǒng)一體。優(yōu)秀的造型設(shè)計(jì)應(yīng)該是在美學(xué)差不 多原則基礎(chǔ)上針對不同的用戶進(jìn)行設(shè)計(jì)的。其專門的設(shè)計(jì)思想，往往會(huì) 推動(dòng)實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)技術(shù)手段的新進(jìn)展。“美”是專用汽車造型所追求的， 只有能真正發(fā)揮產(chǎn)品的功能，才是真正的“美”。脫離了功能和結(jié)構(gòu)的 美，關(guān)于作為服務(wù)于社會(huì)的專用汽車來說，會(huì)因?yàn)橛杏脙r(jià)值低下，而在 市場中失去競爭力。在構(gòu)成車身造型美感的線、形體、色彩、質(zhì)感等因 素的變化中求統(tǒng)一，才能做到豐富而不雜亂，有規(guī)律而不單調(diào)。隨著科 學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)展，專用汽

4、車的造型應(yīng)追求時(shí)代性和社會(huì)性的“美”， 即不但要考慮用戶的愛好，也要有造型設(shè)計(jì)獨(dú)創(chuàng)性的審美觀。 2.2.2良好的空氣動(dòng)力性 專用汽車應(yīng)選擇合理的外形以便減少空氣阻力。近些年來，由于高 速公路的進(jìn)展，專用汽車（要緊是專用運(yùn)輸車）在公路上行駛的速度也 大大提高，人們期望這些汽車有良好的空氣動(dòng)力學(xué)性能，通過降低專用 汽車的空氣阻力來節(jié)約燃料。此外還期望減低它們在高速行駛時(shí)的空氣 動(dòng)力性噪聲，提高汽車在高速行駛時(shí)的操縱穩(wěn)固性，減少飛濺全車窗和 照明設(shè)備上的污水等。 223良好的工藝性原則 專用汽車的車廂或駕駛室由許多大型覆蓋件組成，在進(jìn)行藝術(shù)造型 時(shí)，應(yīng)專門好地考慮這些覆蓋件的工藝合理性，并

5、使零部件之間有良好 的裝配性。 2.2.4行駛安全性原則 合理的布置前后保險(xiǎn)桿，能夠在撞車時(shí)愛護(hù)乘客的安全；減少車身 上的凸起，幸免傷到行人。專用汽車駕駛室內(nèi)必須有良好的視野，使駕 駛員在進(jìn)行某項(xiàng)任務(wù)操作時(shí)更加準(zhǔn)確和方便。 2.2.5人體工程學(xué)原則 在專用汽車造型設(shè)汁中，滿足人體功能的要求專門重要，保證操作 者、乘員能夠在舒服、方便的環(huán)境內(nèi)高效及可靠地工作。 專用汽車輕量化設(shè)計(jì)-2 3專用汽車輕量化研究 3.1輕量化對專用汽車的重要性） 國外有關(guān)試驗(yàn)資料說明，減輕車輛自身質(zhì)量10%，可降低油耗5% 8%。汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)的功率要緊消耗在克服汽車行駛阻力上。汽車行駛阻 力由空氣阻力、

6、滾動(dòng)阻力、加速阻力和爬坡阻力等組成?？諝庾枇σo 與車身的形狀、迎風(fēng)面積等有關(guān)，專門在高速行駛時(shí)關(guān)系更大，但它與 整車的總質(zhì)量無關(guān)。而除空氣阻力以外的滾動(dòng)阻力、加速阻力和爬坡阻 力均與整車的總質(zhì)量成正比，因此減輕自身質(zhì)量，是減少上述三種阻力 的重要因素，也是降低燃油消耗的有效措施。 輕量化除了能使油耗降低以外，車輛性能也在提高。在同樣的功率輸 出下，較輕的車重關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)來說確實(shí)是較輕的負(fù)載，使汽車的操控 穩(wěn)固性也有所提高。 3.2輕量化材料在專用汽車內(nèi)的應(yīng)用 專用汽車輕量化包插各部分結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)和輕量化材料的應(yīng)用 二大方面，本文著重對輕量化材料的應(yīng)用進(jìn)行說明；目前國內(nèi)外專用汽 車v要

7、緊為專用載貨運(yùn)輸車）上應(yīng)用較多的輕量化材料有鋁合金、鎂合 金、高強(qiáng)度鋼、塑料及復(fù)合材料等。各大汽車公司都差不多將采納這些 輕量化材料的多少作為衡量生產(chǎn)技術(shù)和新材料開發(fā)水平是否領(lǐng)先的標(biāo) 志。 隨著我國專用汽車市場競爭國際化的日趨猛烈，國產(chǎn)專用汽車要達(dá) 到國外同類車水平，加大出口份額將是必定趨勢，因而新型輕量化材料 的擴(kuò)大應(yīng)用己是迫在眉睫。國產(chǎn)專用汽車由于質(zhì)量較同等級的國外車大， 質(zhì)量利用系數(shù)差距也較大，因而更具開發(fā)潛力。現(xiàn)對輕量化材料的應(yīng)用 提出幾點(diǎn)建議：、 乩專用汽車的許多構(gòu)件用材可多種選擇，這就形成了一種競爭的格 局。當(dāng)前國內(nèi)外高強(qiáng)度鋼、鋁合金和塑料在專用汽車車身外板、車架及 車廂部分零

8、部件等方而的競爭尤為突出。此種競爭必定推動(dòng)各材料生產(chǎn) 廠家提高工藝水平，降低成本，并推動(dòng)汽車設(shè)計(jì)和制造工藝的進(jìn)步。競 爭機(jī)制的形成是推進(jìn)專用汽車加速實(shí)現(xiàn)輕量化的動(dòng)力。 b.由于種種緣故，國產(chǎn)專用汽車應(yīng)用輕量化材料進(jìn)展較慢。目前載 貨汽車輕量化的要緊目標(biāo)點(diǎn)應(yīng)在車身、前后保險(xiǎn)杠、車廂、車架及裝配 在其上的各種支架、擋板等構(gòu)件。因?yàn)檫@些構(gòu)件比動(dòng)力系統(tǒng)部件用材的 性能要求低，易于實(shí)現(xiàn)用塑料、鋁合金和高強(qiáng)度鋼來代替。隨著技術(shù)的 不斷進(jìn)步，輕量化材料的品種、用量也會(huì)日益增多。鎂合金、鈦合金、 超高強(qiáng)度鋼、吸振與吸音夾層薄板及碳釬維復(fù)合材料等優(yōu)質(zhì)輕量化材料 的應(yīng)用前景令人充滿期待。 C.國內(nèi)一些專用汽

9、車廠應(yīng)制定減輕自質(zhì)量的遠(yuǎn)景規(guī)劃和近期目標(biāo)， 在具體實(shí)施時(shí)則應(yīng)借鑒和學(xué)習(xí)國際先進(jìn)汽車廠商的輕量化材料應(yīng)用技 術(shù)與研發(fā)手段。與此同時(shí)，尤為重要的是把握新型材料的設(shè)計(jì)、成型、 焊接、涂裝等新技術(shù)。 d.減輕自身質(zhì)量應(yīng)滿足三個(gè)差不多條件：不能阻礙構(gòu)件的強(qiáng)度和剛 度；不能使成本負(fù)擔(dān)過重；修復(fù)成本不能太高。設(shè)計(jì)人員在應(yīng)用輕量化 材料時(shí)，除了進(jìn)行強(qiáng)度和剛度等的技術(shù)運(yùn)算外，還應(yīng)進(jìn)行價(jià)值分析（即： 價(jià)值=功能/價(jià)格）。例如，一種廂式車需應(yīng)用鋁合金來取代鋼制車廂， 需獲得多種資料（有關(guān)鋼材與鋁合金型材的售價(jià)、兩者造價(jià)、燃油費(fèi)、 運(yùn)價(jià)、預(yù)期運(yùn)程、預(yù)期空載與滿載比、預(yù)期使用壽命等）作為價(jià)值分析 的基礎(chǔ)，以此作性能成

10、本的綜合評判。 實(shí)現(xiàn)輕量化是衡量汽車工業(yè)技術(shù)成就的重要標(biāo)志之一，也是業(yè)內(nèi)人 士長期查找的技術(shù)課題。盡管目前我國輕量化材料的應(yīng)用與國際先進(jìn)水 平尚有差距，但我們相信只要制定政策、明確目標(biāo)、措施得力，國產(chǎn)專 用汽車輕量化將會(huì)專門快取得成果。 4終止語 相伴著我國經(jīng)濟(jì)的進(jìn)展，專用汽車工業(yè)市場和成熟，企業(yè)創(chuàng)新觀念的 培養(yǎng)和提高對專用汽車的進(jìn)展意義重大。強(qiáng)調(diào)造型和輕量化設(shè)計(jì)是阻礙 和推動(dòng)企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，使專用汽車成為更符合美學(xué)和環(huán)保、高效的專用 交通工具的關(guān)鍵。面對當(dāng)前國內(nèi)外猛烈的競爭市場，我國專用汽車企業(yè) 應(yīng)當(dāng)奮起直追，迎接挑戰(zhàn)，采納新技術(shù)，開發(fā)新工藝，為我國的專用汽 車工業(yè)樹立良好的產(chǎn)品形象，

11、在國際市場中保持持久競爭力做好充足的 預(yù)備。 汽車業(yè)，以塑代鋼 汽車輕量化使塑料作為原材料在汽車零部件領(lǐng)域被廣泛采納，從內(nèi)裝 件到外裝件以及結(jié)構(gòu)件，塑料制件的身影隨處可見。目前，發(fā)達(dá)國家 己將汽車用塑料量的多少，作為衡量汽車設(shè)計(jì)和制造水平的一個(gè)重要 標(biāo)志 從現(xiàn)代汽車使用的材料看，不管是外裝飾件、內(nèi)裝飾件，依舊功 能與結(jié)構(gòu)件，到處都能夠看到塑料制件的身影。在近日舉辦的2007國 際塑料橡膠展上，記者注意到，為有效降低能耗，目前塑料材料在汽 車業(yè)的應(yīng)用范疇己不僅僅局限于汽車內(nèi)飾、坐椅、車燈等零部件，而 是己擴(kuò)展到油箱、翼子板、風(fēng)扇葉片等結(jié)構(gòu)件。更重要的是，隨著 “以塑代鋼”成為汽車設(shè)計(jì)和制

12、造水平的重要標(biāo)志，它為塑料工業(yè)提 供了更加寬敞的進(jìn)展前景。 汽車輕量化“相中”塑料汽車工業(yè)的進(jìn)展與塑料工業(yè)的進(jìn)展密不可 分。近年來汽車輕量化成為降低汽車排放、提高燃燒效率的有效措施， 也是汽車材料進(jìn)展的要緊方向，它使塑料在汽車中的用量迅速上升。 目前發(fā)達(dá)國家己將汽車用塑料量的多少作為衡量汽車設(shè)計(jì)和制造水平 的一個(gè)重要標(biāo)志。 統(tǒng)計(jì)顯示，汽車一樣部件重量每減輕1%,可節(jié)油1%;運(yùn)動(dòng)部件每減 輕1%,可節(jié)油2%。國外汽車自身質(zhì)量同過去相比，己減輕20%—26%。 估量在以后的10年內(nèi)，轎車自身的重量還將連續(xù)減輕20%。而塑料等輕 量化材料的開發(fā)與應(yīng)用，在汽車的輕量化過程中發(fā)揮著重大作用。 中國

13、汽車工業(yè)協(xié)會(huì)的一位工程師告訴記者，汽車材料應(yīng)用塑料的最大 優(yōu)勢是減輕車體的重量。一樣塑料的比重在0.9—1.5,纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 的比重也可不能超過2.0,而金屬材料的比重，A3鋼為7.6,黃銅為8.4，鋁 為2.7。這就使得塑料材料成為汽車輕量化的首選用材。從現(xiàn)代汽車使 用的材料看，不管是外裝飾件、內(nèi)裝飾件，依舊功能與結(jié)構(gòu)件，到處都 能夠看到塑料制件的影子。外裝飾件的應(yīng)用特點(diǎn)是“以塑代鋼”，減輕 汽車自重，要緊部件有保險(xiǎn)杠、擋泥板、車輪罩、導(dǎo)流板等；內(nèi)裝飾件 的要緊部件有外表板、車門內(nèi)板、副外表板、雜物箱蓋、坐椅、后護(hù)板 等；功能與結(jié)構(gòu)件要緊有油箱、散熱器水室、空氣過濾器罩、風(fēng)扇葉片 汽車

14、輕量化，使包括聚丙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、熱固性復(fù)合材料、 ABS、尼龍和聚乙烯等在內(nèi)的塑材市場得以迅速放大。近兩年，車用塑 料的最大品種-聚丙烯，每年以2.2%—2.8%的速度加快增長。估量到2020 年,發(fā)達(dá)國家汽車平均用塑料量將達(dá)到500千克/輛以上。 “以塑代鋼”國外先行一步汽車業(yè)“以塑代鋼”的趨勢在2007國際 塑料橡膠展會(huì)上得以充分表達(dá)。據(jù)記者觀看，諸多國外塑料生產(chǎn)企業(yè)都 將其與汽車有關(guān)的業(yè)務(wù)作為推廣重點(diǎn)，并展現(xiàn)其用塑料材料制造的汽車 零部件產(chǎn)品。如，GE塑料集團(tuán)采納樹脂和最新復(fù)合材料技術(shù)生產(chǎn)的車 用塑料產(chǎn)品，美國首諾公司用工程塑料制成的進(jìn)氣歧管，德國朗盛集團(tuán) 研發(fā)的車用塑料零部

15、件……GE塑料集團(tuán)有關(guān)人士表示，使用新型材料 后，Volt的翼子板、車窗、外表板和方向盤等部件的重量都減輕30%一 50%。 汽車業(yè)，以塑代鋼（續(xù)） 事實(shí)上，汽車業(yè)“以塑代鋼”己在國外先行一步。目前國外汽車的內(nèi)飾 件己差不多實(shí)現(xiàn)塑料化，塑料在汽車中的應(yīng)用范疇正在由內(nèi)裝件向外裝 件、車身和結(jié)構(gòu)件擴(kuò)展。今后的重點(diǎn)進(jìn)展方向是開發(fā)結(jié)構(gòu)件、外裝件用 的增強(qiáng)塑料復(fù)合材料、高性能樹脂材料與塑料，并對材料的可回收性予 以高度關(guān)注。統(tǒng)計(jì)顯示，全世界平均每輛汽車的塑料用量在2000年就己 達(dá)105千克，約占汽車總重量的8%—12%。而發(fā)達(dá)國家汽車的單車塑料 平均使用量為120千克，占汽車總重量的12% — 2

16、0%。如奧迪A2型轎 車，塑料件總重量己達(dá)220千克，占總用材的24.6%。目前，發(fā)達(dá)國家 車用塑料己占塑料總消耗量的7%—8%,估量不久將達(dá)到10%—11%。 國內(nèi)塑料業(yè)機(jī)會(huì)放大“以進(jìn)氣歧管為例，在歐洲使用塑料制造的進(jìn) 氣歧管占其總量的60%,而這一數(shù)字在國內(nèi)尚不足10%。從中能夠看到 龐大的市場契機(jī)和進(jìn)展?jié)摿Α！卑退狗颍ㄖ袊┧芰喜渴袌鲞M(jìn)展主管黃 奕如是說。 關(guān)于中國來說，塑料在汽車行業(yè)的應(yīng)用尚處于初級時(shí)期。目前，塑料 等非金屬材料在國產(chǎn)車內(nèi)的應(yīng)用狀況還比不上進(jìn)口車。在歐洲，車用塑 料的重量占汽車自重的20%,平均每輛德國車使用塑料近300千克，占汽 車總重量的22%。與國外相比，國產(chǎn)

17、車的非金屬材料用量仍舊偏少。國 產(chǎn)車的單車塑料平均使用量為78千克，塑料用量僅占汽車自重的5% 一 10%。 然而，隨著近年來中國汽車工業(yè)的飛速壯大，也激活國內(nèi)汽車塑料的 需求。自1990年以來，我國汽車塑料消費(fèi)量每年平均增幅達(dá)24.7%。業(yè) 內(nèi)人士稱，塑料及其復(fù)合材料是重要的汽車輕質(zhì)材料。它們不僅能夠減 輕零部件約40%的重量，還能夠使采購成本降低40%左右。專家估量， 以后幾年，我國車用塑料的用量將大幅上升。到2018年，我國轎車塑料 用量為34.9萬噸，客車為8.8萬噸，貨車為9.7萬噸，修理保養(yǎng)為18.8 萬噸。也確實(shí)是說，由于塑料在減輕汽車重量方面的龐大優(yōu)勢，塑料將 在國內(nèi)汽車行業(yè)

18、得到大量應(yīng)用。而汽車輕量化以及“以塑代鋼”的進(jìn)一 步推廣，也為國內(nèi)塑料工業(yè)帶來新的進(jìn)展機(jī)遇，同時(shí)更使得車用塑料產(chǎn) 品的市場機(jī)會(huì)巨量放大。 盡管汽車工業(yè)的“以塑代鋼”為國內(nèi)塑料行業(yè)帶來機(jī)遇，但有關(guān)專 家表示，目前我國各類汽車塑料生產(chǎn)企業(yè)有1100多家，然而，尚缺乏生 產(chǎn)汽車專用塑料的大型骨干企業(yè)，現(xiàn)有企業(yè)大多數(shù)生產(chǎn)規(guī)模小而分散， 技術(shù)水平參差不齊，模具開發(fā)能力差，汽車塑料制品的質(zhì)量難以保證， 而塑料回收、再利用方面也才剛剛起步，與國外差距較大。與此同時(shí)， 由于我國汽車專用塑料牌號少，產(chǎn)品性能不能滿足選材要求，每年的進(jìn) 口車用塑料都在不斷增加。國內(nèi)塑料行業(yè)要?jiǎng)俪?，急需重組，在加強(qiáng)技 術(shù)研發(fā)的同時(shí)，提高行業(yè)整體實(shí)力。