淺談汽車輕量化技術(shù).doc

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淺談汽車輕量化技術(shù) 摘要：通過對汽車輕量化的意義及內(nèi)涵的分析，引出了我國目前汽車輕量化技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀及存在 的主要問題。在此基礎(chǔ)之上，提出切合我國實(shí)際的汽車輕量化技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn)，展望了我國未來汽 車制造的輕量化發(fā)展之路。 關(guān)鍵詞：汽車；材料輕量化；汽車小型化 引言 有關(guān)研究數(shù)據(jù)表明，若汽車整備質(zhì)量降低10%，燃油效率可提高6%～8%；若滾動阻力減10%，燃油效率可提高3%；若車橋、變速器等機(jī)構(gòu)的傳動效率提高10%，燃油效率可提高7%。由此可見，伴隨輕量化而來的突出優(yōu)點(diǎn)就是油耗的顯著降低。尤其汽車車身約占汽車總質(zhì)量的30%，對空載而言，約70%的油耗是用在車身質(zhì)量上的，因此車身的輕質(zhì)化對減輕汽車自重，提高整車燃料經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要。同時(shí)，輕量化還將帶來車輛操控穩(wěn)定性和沖撞安全性的提升：因?yàn)檐囕v行駛時(shí)的顛簸會因底盤重量減輕而減輕，整個(gè)車身會更加穩(wěn)定；輕量化材料對沖撞能量的吸收，又可以有效提高沖撞安全性。因此汽車輕量化已成為汽車發(fā)展產(chǎn)業(yè)中的一項(xiàng)關(guān)鍵性研究課題。 1、汽車輕量化概述 1.1 汽車輕量化的意義 降低能耗、減少環(huán)境污染以及節(jié)約有限資源是目前我國面臨的一個(gè)十分重要而緊迫的課題，減輕汽車自重是提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性、降低能耗、減少污染的重要措施之一。歐洲鋁協(xié)公布的材料表明，汽車重量每降低100kg，每百公里可節(jié)約0.6L燃油；大量使用鋁合金的汽車，平均每輛汽車可降低重量300kg（從1400kg到1100kg），壽命期內(nèi)排放可降低20%。從駕駛方面來講，汽車輕量化后，加速性提高，穩(wěn)定性、噪音、振動方面也均有改善。從安全性考慮，碰撞時(shí)慣性小，制動距離減小，當(dāng)發(fā)生碰撞時(shí)，塑性材料對人的沖擊小得多，所以更加安全。因此，汽車輕量化對于節(jié)約能源、減少廢氣排放、實(shí)現(xiàn)我國汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有十分積極的意義。由于鑄件占汽車零部件的比重很大，所以，追求汽車輕量化，鑄造業(yè)大有作為。 1.2 汽車輕量化的內(nèi)涵 汽車輕量化的主要指導(dǎo)思想是在確保穩(wěn)定提升性能的基礎(chǔ)上，節(jié)能化設(shè)計(jì)各總成零部件，持續(xù)優(yōu)化車型譜。汽車輕量化的技術(shù)內(nèi)涵是：采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和有效手段對汽車產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，或使用新材料在確保汽車綜合性能指標(biāo)的前提下，盡可能降低汽車產(chǎn)品自身重量，以達(dá)到減重、降耗、環(huán)保、安全的綜合指標(biāo)。然而，汽車輕量化絕非是簡單地將其小型化而已。首先應(yīng)保持汽車原有的性能不受影響，既要有目標(biāo)地減輕汽車自身的重量，又要保證汽車行駛的安全性、耐撞性、抗振性及舒適性，同時(shí)汽車本身的造價(jià)不被提高，以免給客戶造成經(jīng)濟(jì)上的壓力。 2、輕量化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 汽車輕量化技術(shù)包括汽車結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)和輕量化材料的使用兩大方面。一方面汽車輕量化與 材料密切相關(guān)。另一方面，優(yōu)化汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的有效途徑。與汽車自身質(zhì)量下降相對應(yīng)，汽車輕量化技術(shù)不斷發(fā)展，主要表現(xiàn)在：①輕質(zhì)材料的比重不斷攀升，鋁合金、鎂合金、鈦合金、高強(qiáng)度鋼、塑料、粉末冶金、生態(tài)復(fù)合材料及陶瓷等的應(yīng)用越來越多；②結(jié)構(gòu)優(yōu)化和零部件的模塊化設(shè)計(jì)水平不斷提高，如采用前輪驅(qū)動、高剛性結(jié)構(gòu)和超輕懸架結(jié)構(gòu)等來達(dá)到輕量化的目的，計(jì)算機(jī)輔助集成技術(shù)（CAX）和結(jié)構(gòu)分析等技術(shù)也有所發(fā)展；③汽車輕量化促使汽車制造業(yè)在成形方法和聯(lián)接技術(shù)上不斷創(chuàng)新。 目前，國內(nèi)汽車輕量化材料正在加速發(fā)展，新型智能材料逐漸在汽車制造中得到應(yīng)用。車用高性能鋼板、鎂合金已在汽車上有所應(yīng)用。如上海大眾桑塔納轎車變速器殼體采用鎂合金。隨著鎂合金材料的技術(shù)進(jìn)步及其抗蠕變性能的進(jìn)一步改善，自動變速器殼體以及發(fā)動機(jī)曲軸箱亦適合改用鎂材料制造。若曲軸箱有鋁改為鎂，則可減輕30%左右。 傳統(tǒng)的轎車車身結(jié)構(gòu)是鋼車身，現(xiàn)今也越來越多的采用高強(qiáng)度鋼，精練鋼，鋁合金和夾層鋼車身結(jié)構(gòu)，其制造工藝有：柔性化板材輥軋，剪拼焊接工藝技術(shù)，薄壁制造技術(shù)等。不銹鋼與強(qiáng)度較高的碳鋼相比，若用于制造車身，則表現(xiàn)出不少優(yōu)點(diǎn)，例如延展性更好，強(qiáng)度更高，更適合形狀復(fù)雜的覆蓋件成形。上世紀(jì)80年代，重慶汽車研究所就開展了雙相鋼研究；一汽轎車、奇瑞汽車公司也在轎車車身上進(jìn)行了高強(qiáng)度鋼板的初步應(yīng)用試驗(yàn)。 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面可以采用前輪驅(qū)動、高剛性結(jié)構(gòu)和超輕懸架結(jié)構(gòu)等來達(dá)到輕量化的目的，國內(nèi)已從主要依靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)逐漸發(fā)展到應(yīng)用有限元等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算和分析階段。目前出現(xiàn)了一批擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的汽車車身模具開發(fā)技術(shù)，如湖南大學(xué)與上汽通用五菱在薄板沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)理論方面開展了較深入的研究；北京航空航天大學(xué)開發(fā)了CAD系統(tǒng)CAXA，并已經(jīng)開展了客車輕量化技術(shù)的研究，利用有限元法和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以減少車身骨架、發(fā)動機(jī)和車身蒙皮的重量等。 3、我國汽車輕量化面臨的主要問題 目前我國汽車輕量化技術(shù)無論在理論研究方面還是在實(shí)際應(yīng)用方面與國外均有較大差距，輕量化技術(shù)的發(fā)展主要面臨如下問題：（1）輕量化技術(shù)涉及眾多學(xué)科的研究領(lǐng)域，需要運(yùn)用多學(xué)科交叉融合所形成的綜合性、系統(tǒng)性知識體系，而在目前的研發(fā)體系下，各研發(fā)機(jī)構(gòu)往往只注重單個(gè)技術(shù)的研發(fā)，很少開展各技術(shù)間的交叉與融合；（2）汽車輕量化技術(shù)涉及眾多的共性技術(shù)和前沿技術(shù)，其關(guān)鍵、核心技術(shù)的突破不可能由單個(gè)企業(yè)或科研機(jī)構(gòu)獨(dú)立完成，必須要由國家級的研究機(jī)構(gòu)對其關(guān)鍵、重大問題進(jìn)行戰(zhàn)略性和前瞻性的超前部署，而目前此類機(jī)構(gòu)尚未建立；（3）產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合不夠緊密，沒有明確定位、合理分工，基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)研究的有機(jī)銜接不夠，企業(yè)規(guī)模小而分散輕化技術(shù)開發(fā)能力薄弱，研發(fā)人才短缺，工藝水平落后。 4、我國汽車輕量化技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn) 要提高我國汽車輕量化技術(shù)水平，當(dāng)務(wù)之急是集成全國輕化技術(shù)優(yōu)勢開展產(chǎn)、學(xué)、研大聯(lián)合建立資源共享的汽車輕量化技術(shù)科技創(chuàng)新平臺。該平臺應(yīng)積極推進(jìn)產(chǎn)、學(xué)、研的合作與文流促進(jìn)汽車輕量化技術(shù)研究成果向產(chǎn)業(yè)化方向轉(zhuǎn)化；制定汽車輕量化技術(shù)要產(chǎn)品和檢測方法等規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)；建立高水平的相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)基地和提供技術(shù)咨詢的服務(wù)機(jī)構(gòu)。通過輕量化技術(shù)的內(nèi)涵可知，汽車的輕量化主要通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和使用輕質(zhì)材料的方式來實(shí)現(xiàn)。汽車輕量化技術(shù)科技創(chuàng)新平臺應(yīng)重點(diǎn)開展以下幾個(gè)方面的研發(fā)工作。 .2使用新型材料 據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽車車身、底盤（含懸掛系統(tǒng))、發(fā)動機(jī)三大件約占一輛轎車總重量的65%以上。其中車身外、內(nèi)覆蓋件的重量又居首位。因此減少汽車白車身重量對降低發(fā)動機(jī)的功耗和減少汽車總重量具有雙重的效應(yīng)。為此，首先應(yīng)該在白車身制造材料方面尋找突破口。具體說來可以有如下幾種方案： 1)使用密度小、強(qiáng)度高的輕質(zhì)材料，像鋁鎂輕合金、塑料聚合物材料、陶瓷材料等； 2)使用同密度、同彈性模量而且工藝性能好的截面厚度較薄的高強(qiáng)度鋼； 3)使用基于新材料加工技術(shù)的輕量化結(jié)構(gòu)用材，如連續(xù)擠壓變截面型材、金屬基復(fù)合材料板、激光焊接板材等。 5、結(jié)束語 隨著輕量化材料技術(shù)，包括生產(chǎn)工藝、裝配、連接、材料性能等的不斷發(fā)展和成熟，針對不同輕質(zhì)材料的不同性能，進(jìn)行多材料混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即同一部件的組成零件可由不同材料制造，以實(shí)現(xiàn)所用的材料與零件功能達(dá)成最佳組合，已經(jīng)成為未來汽車設(shè)計(jì)發(fā)展的方向。目前汽車輕量化技術(shù)還處于很不成熟的階段，未來將有很大發(fā)展前景。