专用汽车轻量化设计的研究

汽车轻量化技术及实现途径-汽车设计课程论文

本科课程论文题目汽车轻量化技术及实现途径课程汽车设计专业机械制造及其自动化班级2012级1班学号姓名联系方式 2015年6月26日

目录摘要： (3) 1.前言 (3) 2.轻量化技术及其发展现状 (3) 3.实现汽车轻量化的主要途径 (4) 3.1合理的结构设计 (4) 3.2使用新型材料 (5) 3.2.1有色合金材料 (6) 3.2.2高强度钢 (7) 3.2.3塑料和复合材料 (7) 3.2.4其他轻量化材料 (8) 4.汽车轻量化发展面临的问题 (8) 5.结论 (9) 参考文献 (9)

汽车轻量化设计技术 *** 西南大学工程技术学院，重庆 400716 摘要：本文简要介绍了目前汽车轻量化技术的发展状况,包括轻量化设计概况、各种轻量化材料的性能及运用,阐述了汽车轻量化的实施途径。关键词：汽车轻量化发展 1.前言有关研究数据表明, 若汽车整车质量降低10%, 燃油效率可提高6% ~ 8% ; 若滚动阻力减少10%, 燃油效率可提高3% ; 若车桥、变速器等机构的传动效率提高10% , 燃油效率可提高7%。由此可见, 伴随轻量化而来的突出优点就是油耗显著降低。汽车车身约占汽车总质量的30% , 空载情况下, 约70% 的油耗用在车身质量上, 因此车身的轻量化对减轻汽车自重, 提高整车燃料经济性至关重要。同时, 轻量化还将在一定程度上带来车辆操控稳定性和一定意义上碰撞安全性的提升。车辆行驶时颠簸会因底盘重量减轻而减轻,整个车身会更加稳定; 轻量化材料对冲撞能量的吸收, 又可以有效提高碰撞安全性。因此汽车轻量化已成为汽车产业发展中的一项关键性研究课题。 2.轻量化技术及其发展现状汽车轻量化的技术内涵是:采用现代设计方法和有效手段对汽车产品进行优化设计,或使用新材料在确保汽车综合性能指标的前提下,尽可能降低汽车产品自身重量,以达到减重、降耗、环保、安全的综合指标。然而,汽车轻量化绝非是简单地将其小型化。首先应保持汽车原有的性能不受影响,既要有目标地减轻汽车自身的重量,又要保证汽车行驶的安全性、耐撞性、抗振性及舒适性,同时汽车本身的造价不被提高,以免给客户造成经济上的压力。汽车轻量化技术包括汽车结构的合理设计和轻量化材料的使用两大方面。一方面汽车轻量化与材料密切相关;另一方面,优化汽车结构设计也是实现汽车轻量化的有效途

汽车轻量化设计研究

汽车轻量化设计研究企业产业发展的主要方向就是汽车轻量化，也是一个汽车厂商是否拥有先进技术的主要标志。我国汽车制造业很早已经把轻量化作为发展课题，如今面对逐渐提高的环保要求以及不断上涨的原材料价格，积极发展汽车灯具轻量化已经显得至关重要。文章主要分析了汽车轻量化设计的现状和意义，汽车灯具轻量化设计应用，汽车轻量化技术的应用前景。标签：汽车轻量化；设计；发展 1 汽车轻量化设计的现状和意义在世界经济领域与人们现实生活中企业的地位毋庸置疑，其发展的重要方向是舒适、安全、低成本、节能和智能化等，随着不断提高的社会文明程度以及日益紧张的不可再生资源，最大程度降低材料用量以及控制尾气污染，这些都是汽车行业需要面对的挑战。相关资料表示，每次减少10%的汽车质量，可以节省6-8%的油耗。世界主要汽车生产国都在严格执行排放标准。我国北京也把汽车尾气排放强制执行欧洲三级标准。控制节省车体质量，也就是轻量化设计这一主要问题，不仅可以减少材料消耗，还可以降低排放尾气量，这已经成为全球汽车行业的共识，已经得到了巨大的成绩。同时加入WTO以后，对轻量化设计的大量应用，提高了我国汽车综合水平，成功接轨于世界标准，对于提升我国汽车行业国际竞争起到重要作用。 2 汽车灯具轻量化设计应用 2.1 替代材料 20世纪80年代，由于能源危机造成的影响，日本提出了汽车轻量化设计，设计出对能耗与原材料有效节省的新车型。汽车灯具选择注塑材料制作，提出了与灯具大型注塑件相适合的制造技术，有效节省了手工操作所需的成本，进一步提升了企业灯具轻量化设计水平。车灯具体能够划分为前照灯、后车灯、转向灯、雾灯等。PC由于具有较强的抗冲击能力要相当于250倍的无机玻璃，相当于30倍的聚甲基丙烯酸甲酯板材，最早代替剥离在前灯外罩中应用，由于利用PC制作外罩，造成灯体利用改性聚丙烯，灯罩与灯体一般利用粘胶粘接式进行装配。此外，车灯造型中装饰功能是主要部分，PC拥有极好的光学与着色性能，可以制作车内装饰条对车灯进行点缀和装饰。一般利用透明有色的PC制作装饰条，可以选择辅助喷底漆突出其颜色，也可以同构镀铝方式对金属色积极改变和装饰；装饰圈通常利用镀铝方式改变金属色在照明灯外实施包嵌；灯具中反射镜是主要的零部件，从前都是利用压铸件镀铝进行制作，目前全部应用PC注塑镀铝，降低了质量，也对工艺进行了简化。灯具中一般是没有办法改变灯泡的发光颜色的，而指示灯全部是发出颜色的灯光，因此，利用内配光镜的颜色对整灯光颜色进行调整，通常有色透明PC的颜色包括红、黄、绿和蓝。

浅谈汽车车身结构轻量化

浅谈汽车车身结构轻量化【摘要】本文综述了汽车轻量化技术应用的必要性、汽车轻量化的效果和意义、汽车轻量化的途径和技术，以及与节能环保和安全的关系，强调了车身轻量化设计是实现汽车轻量化的主要途径之一。汽车轻量化是汽车产业的发展方向之一，也是一个汽车厂商和国家技术先进程度的重要标志。【关键词】汽车车身；车身结构；轻量化 0 引言随着国民经济的蓬勃发展，汽车已一跃成为当前极为重要的交通运输工具。从全世界范围来看，目前还找不出一个无汽车的现代化社会的先例。因此，汽车工业在带动其他各行各业的发展中，已日益显示出其作为重要支柱产业的作用。在扩大汽车的服务领域和满足各方面多样化要求的前提下，作为汽车上三大总成之一的车身，已后来居上越来越处于主导地位。据统计，客车、轿车和多数专用汽车车身的质量约占整车自身质量的40%～60%；货车车身质量约占整车自身质量的16%～30%；其各车型的车身占整车制造成本的百分比甚至还略超过以上给出的上限值。因此，仅从这个意义上来衡量汽车车身，其经济效益也远远高于其他两大总成。如果从节能、节材等几方面来考虑，则其潜力更大。此外，纵观国内、外车身制造和装配等工艺流程，不难发现，尽管随着科学技术的进步，吸取了大量的尖端技术，机械化和自动化程度很高，但是仍有两化无能为力而又必须由手工操作来完成的部分（特别是车身的内、外装饰和附件的装配）。 1 汽车轻量化技术应用的必要性汽车轻量化对于节约能源、减少废气排放十分重要。而在驾驶方面，汽车轻量化后其加速性能也将得到提高，而在碰撞时由于惯性小，制动距离也将减少，便于主动安全控制。纵观世界汽车工业沿革，可以看出，现代汽车是沿着“底盘”→“发动机”→“车身”逐步发展完善过来的。这个发展过程在很大程度上取决于当时的科学技术水平和物质生活条件。由于汽车与人们的日常生活息息相关，为了适应各种不同的目的和用途乃至车身的更新换代等，其关键在于车身。国内外汽车生产的实践一再表明：整车生产能力的发展取决于车身的生产能力；汽车的更新换代在很大程度上也决定于车身；在基本车型达到饱和的情况下，只有依赖车身改型或改装才能打开销路。凡此等等都足以说明，汽车工业发展到今天成为重要的支柱产业，而重中之重则非车身莫属。 2 汽车轻量化的效果汽车轻量化的主要目的是降低油耗。如图1所示，车辆行驶的燃油消耗量与车辆质量的关系。一般情况下，对于1000kg自重的轿车，车辆质量减轻8%，可降低油耗约10%以上。图1 车辆行驶油耗与质量的关系另外，世界铝业协会的报告指出：整车质量每减少100KG，其百公里油耗可节降低0.4-1.0L，每公里二氧化碳排放也将相应减少7.5克到12.5克。而车身质量占整车质量的1/3，空载情况下，约70%的油耗用在车身质量上。这意味着：只要通过科学的方式，将车身轻量化后，就可以有效减少燃油消耗。 3 车身轻量化的意义

全铝车身结构设计

汽车轻量化解决方案—全铝车身结构设计摘要：解决汽车节能环保的问题，有提高传统燃油发动机的能效、发展新能汽车、应用轻量化技术三个方向。比较以上三种技术路线，在当今发动机技术提升难度日益加大、动力电池效率不高的背景下，不论对传统燃油汽车，还是新能源汽车，汽车轻量化技术都是一项共性的基础技术。大力发展并推进汽车轻量化技术，成为节能、减排的主导之一。而实现汽车轻量化技术又有三个技术途径：一种“轻量化材料”要通过一种“轻量化工艺”来实现一种“轻量化结构”。关键词：汽车轻量化全铝车身型材截面优化 Stiffness Mass Efficient 由于世界能源的随时枯竭与环境的日益恶化，世界各行各业都积极行动起来，根据政府的优惠政策与民众的强烈要求，在节能、环保方面进行了高投入研发其高效节能、积极环保的产品。汽车产业首当其冲，其汽车零部件的制造，迁联到能源、钢材、铝材、合金、塑料、橡胶、玻璃、化工、机械、电器、信息等各行各业，对汽车节能环保的要求，就是对其它相关行业的要求。对汽车进行轻量化结构的研究，要联系相关行业的专业知识，进行综合性的研究。一、汽车轻量化的目的就汽车产业而言，根据汽车产品的特点，降低油耗或提高燃油效率、减少或清洁排放对环境的污染，是节能环保研发的主要目的。从全球汽车产业来看，解决汽车节能环保问题主要采用以下三种方式：

一是大力发展先进发动机技术，通过对传统发动机的改良和一系列汽车电子技术的应用，来提高燃烧效率，改善燃油经济性。二是大力发展新能源汽车，通过研发先进新型发动机技术和推广使用气体燃料、生物质燃料、煤基燃料、高效电池等动力替代传统能源来减少汽车燃油消耗和对石油资源的依赖。三是大力发展汽车轻量化技术，在保障汽车安全性和其他基本性能的前提下，通过减轻汽车自身重量降低能耗来实现节能减排的目的。比较以上三种技术路线，在当今发动机技术提升难度日益加大、动力电池效率不高的背景下，不论对传统燃油汽车，还是新能源汽车，汽车轻量化技术都是一项共性的基础技术。大力发展并推进汽车轻量化技术，成为节能、减排的主导之一。汽车的轻量化，英文名：Lightweight of Automobile，涵义是“在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。” 世界节能与环境协会的研究报告指出：汽车自重每减少10％，燃油消耗可降低6％—8％，排放降低5%—6%。而燃油消耗每减少1升，CO2排放量减少2.45kg。燃油消耗量减少不仅有利于节约能源，也可有效减少污染物排放。当前，由于节能和环保的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。伴随着技术进步，制造汽车车身的材料已经不仅仅是钢铁了，越来越多的新材料被应用到车身的制作中。其中包括：玻璃钢、铝合金、

汽车轻量化的目的和意义

汽车轻量化的目的和意义汽车轻量化是一个完整的概念，是指汽车在保持原有的行驶安全性、耐撞性、抗震性以及舒适性等性能不降低，且汽车本身造价不被提高的前提下，有目标地减轻汽车自身的重量。汽车轻量化是设计、材料和先进的加工成形技术的优势集成。可见汽车轻量化实际上是汽车性能提高、重量降低、结构优化、价格合理四方面相结合的一个系统工程。有试验表明，汽车质量每减轻10%，油耗下降6%~8%，排放量下降4%。同时汽车轻量化直接提高汽车的比功率，使汽车的动力性能提高。因此，汽车轻量化技术是有效降低油耗、减少排放和提升安全性的重要技术措施之一。汽车轻量化对於降低油耗、减少排放起着至关重要的作用，目前已经成为国内外汽车工业界的研究热点。汽车轻量化主要采取材料轻量化与结构轻量化相结合的方式，而汽车零部件的各种先进成型技术也是轻量化的核心内容之一。汽车轻量化对汽车节油、降低排放、改善性能、汽车产业健康发展都具有重要意义，是现代汽车工业技术发展的方向。在对整车轻量化设计的同时要综合考虑到高动力输出、低噪声、低振动以及良好的操控性和高的可靠性。通过对汽车结构和形状的设计优化，应用先进的加工技术和轻量化材料来实现整车的降重。汽车轻量化一定要在控制成本的前提下实现整体的设计要求，只有实现规模生产，这些新型轻量化材料及其加工技术的生产成本才能符合材料生产企业的效益要求要提高中国汽车轻量化技术水平，当务之急是集成全国轻量化技术优势，开展产、学、研、用大联合。从汽车轻量化技术发展的战略高度出发，建立资源共享的汽车轻量化技术科技创新平台，推进产、学、研、用的合作与交流，促进汽车轻量化技术成果的转化；制定汽车轻量化技术重要产品和检测方法等规范及标准；建立高水平的相关产业技术人才培养基地和提供技术谘询的服务机构等，中国汽车工业要做大做强并积极参与国际竞争，其自主研发、突破技术瓶颈及掌握核心技术是必由之路。汽车轻量化，并非没有技术含量的简单降低汽车重量，事实上诸如碳纤维代表着当今最先进的汽车技术。汽车轻量化是在保证汽车强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力利用率，减少燃料消耗，降低排气污染。汽车轻量化对于节约能源、减少废气排放十分重要。权威研究显示，若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%—8%；汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3—0.6升；汽车重量降低1%，油耗可降低0.7%。而在驾驶方面，汽车轻量化后其加速性能也将得到提高，而在碰撞时由于惯性小，制动距离也将减少。此外，车辆每减轻100公斤，二氧化碳排放可减少约5克/公里。可见汽车轻量化的节能环保效益觉不亚于汽车发动机技术节油技术。当前，由于环保和节能的需要，汽车轻量化已成为世界汽车发展的潮流。实施汽车轻量化的主要材料有碳纤维、铝合金、镁合金、钛合金、工程塑料、复合材料和高强度钢等，主要用来改造和替代车身材料。汽车轻量化大致可以分为三类：车身轻量化、发动机轻量化、底盘轻量化。其目的均是在保证性能的前提下通过使用更轻材料降低车重，从而实现节能环保功能。

汽车轻量化低碳设计

汽车轻量化低碳设计轻量化不仅意味着车架和钢板重量的减轻，也包括了发动机、传统系统、驱动系统以及油箱等每一个可能降低重量的部分。轻量化到底能带来多大效果，根据奥迪方面的研究，现在，一辆采用轻量化科技的奥迪A5，比普通A5可减轻重量350公斤，意味着每百公里可以降低油耗约1升。足见汽车轻量化设计是不折不扣的“低碳”经济。 “低碳”经济如今成为全球最热话题，随着上海世博会出行普通采用纯电动、混合动力、燃料电池等新能源汽车以及新能源汽车补贴政策的实施，汽车行业也燃起了一股“低碳”经济热潮。不过大家关注汽车行业低碳经济的时候，往往首先想到的就是新能源汽车，事实上，只要有利于减少排放和污染的技术都可以称之为低碳技术。今天我们就来讲讲汽车行业的另类“低碳”经济——全球汽车轻量化设计风潮。汽车轻量化是不折不扣的“低碳”经济汽车轻量化，并非没有技术含量的简单降低汽车重量，事实上诸如碳纤维代表着当今最先进的汽车技术。汽车轻量化是在保证汽车强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力利用率，减少燃料消耗，降低排气污染。汽车轻量化对于节约能源、减少废气排放十分重要。权威研究显示，若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%—8%；汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3—0.6升；汽车重量降低1%，油耗可降低0.7%。而在驾驶方面，汽车轻量化后其加速性能也将得到提高，而在碰撞时由于惯性小，制动距离也将减少。此外，车辆每减轻100公斤，二氧化碳排放可减少约5克/公里。可见汽车轻量化的节能环保效益觉不亚于汽车发动机技术节油技术。当前，由于环保和节能的需要，汽车轻量化已成为世界汽车发展的潮流。实施汽车轻量化的主要材料有碳纤维、铝合金、镁合金、钛合金、工程塑料、复合材料和高强度钢等，主要用来改造和替代车身材料。汽车轻量化大致可以分为三类：车身轻量化、发动机轻量化、底盘轻量化。其目的均是在保证性能的前提下通过使用更轻材料降低车重，从而实现节能环保功能。将车身轻量化运用到极致的当属大量使用碳纤维的F1赛车，不过由于追求速度和激情，燃油消耗依然严重再次不做介绍，但可以肯定的是如果F1赛车不采取轻量化车身，其燃油消耗将更为惊人。宝马、奥迪引领发动机和底盘轻量化发动机和底盘的轻量化，一般都是采用铝合金或镁铝合金结构代替笨重的铸铁发动机部件和普通钢制悬架部件，从而实行更强强度和更轻的质量。以这一代宝马530的前悬挂和直列6缸引擎为例，铝合金材料的大量运用，有效的控制了二者的自重，从而帮助设计师实现了降低12%单位油耗的既定目标。

轻量化设计

受到能源和环境保护的压力，世界汽车工业很早就开始了轻量化的研究虽然应用轻金属。现代复合材料是现代车辆轻量化研究的热点之一但是这些新材料应用在主要承载部件上的成本较高。因此在短时间内很难普及另一方面，车辆的传统材料钢材，由于其强度高成本低、工艺成熟，并且是最适于回收循环利用的材料。因此利用钢材实现轻量化的可能性备受关注。 1994年,国际钢铁协会成立了由来自全世界18个国家的35个钢铁生产企业组成的ULSAB项目组。其目的是在保持性能和不提高成本的同时，有效降低钢制车身的质量。ULSAB项目于1998年5月完成，其成果是显著的ULSAB试制的车身总质量比对比车的平均值降低25% ，同时扭转刚度提高80% ，弯曲刚度提高52% ，一阶模态频率提高58%，满足碰撞安全性要求，同时成本比对比车身造价降低15%。从1997年5月启动的ULSAC、ULSAS和1999年1月启动的ULSAB_A VC 为ULSAB的后续项目也在轻量化研究上取得很大成绩。除了以上提到的国际上著名的四个轻量化项目外，全世界范围内对基于结构优化的轻量化技术也进行了大量的研究。韩国汉阳大学J.K.Shin、K.H.Lee、S.I.Song和G.J.Park应用ULSAB的设计理念和组合钢板的工艺，对轿车前车门内板进行了结构优化，成功地使前车门内板的质量减重8.72%。此技术己在韩国一家汽车企业中得到应用。通用汽车公司的R.R.MAYER 密西根大学的N.KIKUCHI和R.A.SCOTT应用拓扑优化技术以碰撞过程中最大吸收能量为目标对零件进行优化设计，此技术已应用到一款轿车的后围结构上。瑞典Linkoping University的P.O.Marklund和L.Nilsson从碰撞安全性角度对轿车B柱进行了减重研究，研究以B柱变形过程中的最大速度为约束变量。以B柱各段的厚度为优化变量，以质量为优化目标，实现在不降低安全性能的条件下减重25%。美国航天航空局兰利研究中心的J.Sobieszczanski Sobieski和SGI公司的S. Kodiyalam以及福特汽车公司车辆安全部门的R.Y.Yang共同进行了轿车的BIP (Body In Prime)基于NVH(噪声、振动、稳定性)和碰撞安全性要求下的轻量化研究，实现了在不降低性能的条件下减重15Kg。近年来，交通运输、公路管理等国家部门在全国范围内对超载车辆的

新能源汽车车身轻量化设计方法研究_安治文

车辆与动力工程南方农机2016.1299 新能源汽车车身轻量化设计方法研究安治文1 ，周明涛2 （1.广东科技学院，广东东莞 523083；2.芜湖佳景科技有限公司，安徽芜湖 241002）摘要：车身是新能源汽车直观的外在表现形式，同时也是汽车设计中占重要地位的研究对象。在新能源汽车中，车身的质量约占整车总重量的35%左右，因此通过设计使车身轻量化,可以提高车辆的动力性和经济性。本文通过对车身材料方面进行选择及设计，以此来达到轻量化的目的。关键词：新能源汽车；车身；轻量化中图分类号：U462.2文献标志码：A文章编号：1672-3872（2016）12-099-02 随着环境的逐渐恶化，新能源汽车正逐步成为汽车领域的前沿方向和发展热点。各国汽车企业在新能源汽车的设计研发中提出了各自不同的方案和主张。然而由于车身过重的原因，导致了新能源汽车特别是纯电动汽车在续航里程和动力性方面不尽如意。因此考虑和解决车身轻量化问题成为了新能源汽车设计的重中之重。 1 新能源汽车车身轻量化设计的材料选择 1.1 高强度钢是占主导地位的轻量化材料尽管轻金属材料、塑料、复合材料等近年来在汽车上的应用不断扩大，但高强度钢以其在成本、安全、制造工艺等方面的优势，依然是首选的轻量化材料。以某自主品牌车身为例，其车身冲压件高强度钢的应用比例为46.5%，车体（不含四门两盖）高强度钢的应用比例为43%，主要使用了如下高强度钢：180BH、220BH、P180、P230、ST280、340LA、590R、TRIP600、TRIP800、590Y 、780Y 、SS400、SAPH440、980Y（进口）等。目前各种材料在汽车制造中的百分比。钢铁材料约占汽车重量的60%。但是，高强度钢应用的技术难点在于成形技术。高强度钢成形的主要问题是与范性应变相关的缩颈与开裂问题，控制要点是使零件的应变程度低于临界应变[1]。而目前高强度钢成形的主要问题，则是与弹性应力及应力释放相关的零件尺寸精度和回弹问题。具体来讲，先进高强度钢（AHSS）成形过程中的主要问题为：1）变形过程中出现加工硬化，屈服强度提高，流变应力较大；2）由于零件厚度减小，因而不易保持形状；3）缺少补偿回弹的模具设计经验。 1.2 铝合金铝材料的很多特点使其适宜于在新能源汽车上应用：相对于使用钢铁材料，在新能源轿车上使用铝合金主要有三方面优势：1）可减轻整车重量，从而带来提高有效载荷、降低燃油消耗、提高制动性能、降低整车重心提高安全性、降低对路桥的损坏、提高轮胎寿命等效果；2）可减少防腐维护费用，因为不再需要喷涂载货平板或载货厢，板料有切痕和刮伤时也不致生锈，易于清洗并保持美观；3）可设计额外的美观装饰，如设计光亮的装饰件、保险杠、油罐、踏板等。轧制铝合金板用于商用车上的不同用途时，产品类型及主要性能要求也有所不同。 1.3 复合材料复合材料即纤维增强塑料，是一种增强纤维和塑料复合而成的材料。常用的是玻璃纤维和热固性树脂的复合材料。增强用的纤维除玻璃外，还有高级的碳纤维、合成纤维。复合材料作为汽车材料具有很多优点：密度小、设计灵活美观、易设计成整体结构、耐腐蚀、隔热隔电、耐冲击、抗振等[2]。目前玻璃钢复合材料的应用非常广泛，尤其在欧美车系中。其中尤以SMC和GMT的应用最为广泛。 2 轻量化设计评价 2.1 车身总量车身总量是轻量化的评价参量。宝马公司提出了轻量化系数的概念，作为评价车辆轻量化的参量，其定义为：（1）其中，L为轻量化系数；MGer为白车身重量（不包括车门和覆盖件）；Ct为车身（包括玻璃）的静扭刚度，也可取该值的2/3，此时必须保证装好的挡风玻璃上的载荷可以承受，因为高表面拉应力会引起挡风玻璃损坏；A为轮距与轴距相乘的面积。由于新能源汽车轻量化的重点是车身、覆盖件和悬挂系统，当从不同角度评价一个产品的轻量化水平时，Ct的取值应不同。当侧重以车辆的NVH性能评价轻量化参量时，Ct值取一阶弯曲或扭转的固有频率值；当侧重以轻量化的覆盖件评价轻量化参量时，Ct值取抗凹性指标值；当侧重以轻量化的悬架系统评价轻量化参量时，Ct值取弹簧的刚度和疲劳寿命[3]。 2.2 性能满足各类碰撞法规车身的动态刚度、静态刚度及其他特性与车辆的被动安全密切相关，是优化车身抗冲击能力并满足各类碰撞法规的基础。发生正面或者侧面碰撞后，车身自身要能吸收足够的能量，同时能尽量使驾驶员和乘客能够打开车门。通过对车辆进行动态及静态实验了解车身在典型的载荷力作用下车身的弯曲变形是否（下转第144页） —————————————— 作者简介：安治文（1985-），男，湖南永州人，讲师，研究方向：汽车方向。

汽车轻量化论文

摘要：汽车轻量化对于降低汽车燃油消耗和减少排放污染起着举足轻重的作用，采用轻质材料是实现汽车轻量化的重要途径。文章详细分析了轻量化技术在现在汽车种的应用，包括铝合金镁合金钛合金3种轻合金的特点。轻量化设计技术以及金属成型方法和连接技术，说明了汽车轻量化的意义，对汽车的轻量化技术发展有一定的指导作用。关键词：汽车；轻量化；车身 1轻量化技术在汽车上的应用目前，国内外应用于汽车的请炼化技术主要有：1）轻质材料技术的应用，如铝合金镁合金钛合金高强度钢塑料粉末冶金生态复合材料及陶瓷等的应用越来越多；2）结构优化及计算机辅助设计和分析技术的应用；3）汽车制造中新的成型方法和连接技术的不断应用。 1.1.1基于材料的轻量化技术的应用 1.11高强度钢在汽车上的应用高强度刚已成为颇具竞争力的汽车轻量化材料，它在抗碰撞性能，加工工艺和成本方面与其他材料相比具有较大的优势。采用高强度钢板，首先能改善汽车的安全和碰撞性能，传统的碳素钢虽然可以吸收碰撞能量，但其缺点是质量大，影响燃油经济性；高强度钢板用于汽车车身，除了能减薄车身部件厚度降低自重之外还可以提高汽车表面件的抗凹陷性及抗破坏能力，在降低燃油消耗率的同时又可以提高汽车的安全性。国外高强度钢在汽车上的应用以日本最为典型。在日本，车身零件实际应用高强度钢始于20世纪70年代，最早应用于车身外表件，然后应用到内部零件和结构件。目前，日本悬架结构和支撑件的强度已达到800-1000MPa。抗拉强度410 MPa的高强度钢多用于内部件，即将采用590 MPa高强度钢用于内部件，有望进一步减薄零件厚度。

1.12铝合金在汽车上的应用铝具有高的导电性和导热性，密度小，塑性好，易成型，易回收利用。可通过铸锻冲压工艺制造各类汽车零件。自1991年使用高强度铝合金以来，北美汽车上铝的用量已增加2倍，运动多用途车皮卡和微型厢式车上的铝的用量呈3倍增长。目前，铝合金已经广泛应用于汽车车身底盘零部件以及发动机的某些部件上。现代轿车发动机活塞几乎都采用铸铝合金，这是因为活塞作为主要的往复运动件要靠减重来减小惯性，减轻曲轴配重，提高效率，并需要材料有良好的导热性，较小的热膨胀系数，以及在350度左右有良好的力学性能，而铸铝合金符合这些要求。同时由于活塞连杆采用了铸铝合金件，减轻了质量，从而降低了发动机的振动，降低了噪声，使发动机的油耗下降，这也符合汽车的发展趋势。近年来，一些新型铝合金材料也开始在汽车上应用，如快速凝固铝合金TiAi金属间化合物泡沫铝材铝复合材料铝基粉末冶金材料和铝拼焊冲压坯材料。 1.13 镁合金在汽车上的应用镁合金的基本特性如下： 1）质量轻。镁合金比铝合金轻33%，比钢轻77%，为常用结构金属材料中最轻的材料。同时，镁能制造出与铝同样复杂的零件而质量则较后者轻 1/3.镁合金用于车辆，将显著地降低其起动惯性，降低燃油消耗，减少环境污染。 2）比强度高，刚性强。同等形状下，镁合金制品的刚性为塑料的10倍以上。如用镁合金代替ABS塑料，则制品的质量可以减少36%，厚度可以降低 64%。

轻量化在汽车上的应用

轻量化在汽车上的应用轻量化在汽车上的应用一、轻量化”是新能源汽车发展方向之一■ 轻量化是新能源汽车发展方向汽车轻量化设计，不仅带来油耗降低，更能促进综合性能的全面提升。科技部部长万钢强调了“轻量化”是中国电动汽车的发展方向之一。德国联邦经济与能源部委托德国工程师协会编制的2015年《德国轻量化现状盘点》研究报告中指出，轻量化对汽车制造业等许多行业意义深远，它决定了德国工业在未来的全球市场中是否能以创新、高能效和资源节约型的产品取得统治地位。研究表明，在市区的运行工况下，平均车重1600kg的电动车如果减重20%，能量消耗可以减少15%。如果采用增加电池来增加行驶里程，成本往往会非常高。有关专家认为，在电池技术短期内难有重大突破的情况下，电动汽车迫切需要

采用轻量化技术来降低重量，以减轻电池增重的压力。■ 新能源汽车轻量化设计有多种趋势新能源汽车企业正在做轻量化设计，北汽、长安走在前列，奇瑞、江淮、吉利等也都非常重视。目前正在探讨新能源汽车轻量化的路线，比如，整车包括车身轻量化、全新架构底盘轻量化、电池系统轻量化以及车身内外饰与电子电器等；材料方面包括复合材料及成形工艺、轻质铝合金及成形工艺、高强度钢及成形工艺、轻质镁合金及成形工艺等。未来新能源汽车轻量化将车身高强钢化和全铝车身两条路线并行，2020年先进高强钢比例达到国际先进水平和应用全铝车身。汽车车身轻量化的发展趋势是混合多材料设计。碳纤维混合材料车身不仅能够承重，而且更安全。至于目前存在的成本高问题，碳纤维成本居高不下，主要是工艺成本高，未来批量生产，成本有望下降。汽车对材料的成本要求很高，因此碳纤维在汽车轻量化中的应

汽车车身轻量化设计方法探析

汽车车身轻量化设计方法探析发表时间：2019-07-31T11:57:33.793Z 来源：《科学与技术》2019年第05期作者：计金民江方安[导读] 实现了在满足性能要求的情况下降低车身重量的目的，使车身轻量化技术水平和车身开发能力得到提升。山东御捷马新能源汽车制造有限公司山东省德州市 251100 摘要：轻量化是汽车节能减排的重要技术路径，车身轻量化相比其它性价比更高。文章探索了车身轻量化的技术路线，该技术路线通过轻量化设计、轻量化材料和轻量化工艺来实现。通过此方法的研究并在实际项目中得以应用，实现了在满足性能要求的情况下降低车身重量的目的，使车身轻量化技术水平和车身开发能力得到提升。关键词：汽车车身；轻量化；设计方法；探析 1汽车车身轻量化设计的基本方法 1.1结构优化设计优化设计主要将原有系统设计为带有变量的数学模型，通过变量的选取来实现设计要求，并使设计满足约束条件。结构优化设计主要包括形貌优化设计、拓扑优化设计和尺寸优化设计这三种方法。从结构拓扑优化方面来讲，设计人员需要了解结构的振动特性、静动态特性等性能，进而对结构进行拓扑优化设计。而结构的拓扑优化最大特点就是在设计之前，运用一定受力条件和外界条件就能够找出结构材料的最佳分配方案，进而得到结构的部分参数，为后续设计提供条件。从结构形貌优化设计方面来讲，形貌优化设计主要目的是寻找最佳的结构形状设计方法。例如，在设计车身钣金件形貌的时候，可以采取最佳加强筋布置方案，在减小钣金件质量的基础上增强钣金件的刚度和强度。 1.2有限单元分析技术有限单元分析技术是当前工程问题分析的有效手段，主要通过计算矩阵对每一步过程进行计算，能够将显示的工程问题转化为数学问题进行分析和解决。而有限单元分析技术在解决复杂工程问题的时候需要设置很多条件，计算时间较长，对计算机硬件设备和有限单元分析软件提出了更高的要求。 1.3新型材料的应用新型材料的应用能够加快汽车车身的轻量化设计。然而，新型材料的应用会增加车身制造的成本，如果想要降低车身的质量，实现轻量化设计可以选择纤维复合材料。具体来讲，汽车车身轻量化设计主要在发生在开发设计阶段，对车身概念、车身动静态刚度、车身碰撞安全性等进行设计。其中，新型材料主要包括铝合金、塑料、镁合金等低密度材料和高强度钢等高强度材料。在运用新型材料的时候应充分考虑新型材料的其强度、刚度、成本、回收利用优势等。目前，汽车车身设计仍然主要使用钢材。而高强度钢具有较高的拉伸强度和较大的屈服强度，能够增强汽车车身的吸收能量能力和抗变形能力，优化汽车车身的动态性能，降低车身质量，实现车身轻量化设计。同时，高度钢的固有频率、动静态刚度以及碰撞安全性与其他材料相比有着巨大优势，已经成为汽车车身轻量化发展的重要方向。另外，镁合金的加工性能较高，减震性和抗凹性突出，在汽车车身轻量化发展中有着良好的应用前景。然而，由于镁合金容易被腐蚀、回收成本和制造成本较高，镁合金在当前汽车车身轻量化设计应用仍然有较大的问题。 2基于灵敏度的汽车车身轻量化设计的方法 2.1车身灵敏度分析灵敏度分析是汽车车身轻量化设计的重要方法，能够定量计算汽车车身设计的安全系数和余量，并估算汽车车身结构修改所要达到的效果，进而节省设计时间，提高汽车车身轻量化设计的经济效益。 2.2基于灵敏度分析的车身设计的原则首先，基于灵敏度分析的车身轻量化设计应将车身的物理问题转化为数学问题，运用数学手段来实现车身轻量化设计。为此，设计人员应合理选取设计变量，确定问题所使用的函数和问题的约束条件。其次，基于灵敏度分析的车身轻量化设计应将物理问题转化为数学模型，通过求数学模型极值来解决汽车车身设计问题，找出汽车车身灵敏度分析的设计变量、目标函数、约束条件等要素。具体来讲，设计变量的选择要能够影响目标函数值和计算效率，尽可能少地选取变量个数。再次，设计变量之间应互不干涉，使设计变量处于一定的变化范围之内。并且，灵敏度分析要充分考虑汽车车身的设计条件，将设计条件进行分类，在分类的基础上进行分析。最后，目标函数的选择应选取与汽车车身设计变量相关的函数，确保通过函数能够得到汽车车身轻量化设计的结果。 2.3基于灵敏度分析的汽车车身轻量化设计的流程在进行汽车车身轻量化设计的时候，要确保汽车车身的性能符合汽车车身设计的标准和要求。尤其在灵敏度分析的时候，要将车身钣金厚度作为变量，将车身扭转刚度、弯度、第一阶模态等作为设计的约束条件，以最小车身质量为设计目标对汽车车身进行轻量化设计。同时，在轻量化设计过程中，设计者要充分考虑零件厚度变化对钣金冲压成本的影响，确保最小的制造成本增加。 3基于碰撞安全性的车身轻量化设计 3.1建立整车碰撞有限元模型从单元类型方面来讲，设计者可以将汽车车身钣金件选用壳单元作为单元类型，在模拟碰撞刚性圆柱的时候对刚性材料赋予薄壳单元进行碰撞圆柱模拟。从模拟材料方面来讲，模拟材料直接影响着模拟结果的可靠性。设计者可以根据普通钢和高强度钢材料的密度、泊松比、弹性模量、拉伸强度、屈服强度等参数进行碰撞模拟。从侧面碰撞圆柱的确定来讲，设计人员应按照我国发布的《汽车侧面碰撞乘员保护标准》确定碰撞模型。从接触方面来讲，汽车侧面碰撞模拟通常采用自动接触的方式。这是因为自动接触能够了解设备模型单元壳的厚度，并在接触过程中按照壳厚度进行处理。 3.2轻量化设计的不同方案在碰撞安全性方面，笔者设置了三种不同的碰撞方案，并对这三种方案进行了比较。第一种是在轻量化设计之前对车身进行有限元模型设计，第二种是通过修改车身钣金零件厚度构建限元模型，第三种对高强度钢轻量化车身进行设计。从节点侵入量方面来讲，第二种放慢的节点入侵量会在某一时段略高于第一种方案，说明轻量化设计之后，车身碰撞安全性符合要求，安全性能下降很小。第三种方案的节点入侵量在大多数时间段内都小于第一种方案，这说明高强度钢的运用不仅能够实现车身轻量化，而且增强了车身的碰撞安全性。 4结语

6. 汽车轻量化的九大关键工艺

汽车轻量化的九大关键工艺！文章来源：材加网一、激光拼焊（TWB）及不扥厚度轧制板（VRB） 1.激光拼焊技术激光拼焊是将不同厚度、不同材质、不同强度、不同冲压性能和不同表面处理状况的板坯拼焊在一起，再进行冲压成形的一种制造技术。德国大众最早于1985年将激光拼焊用于汽车。北美于1993年也大量应用激光拼焊技术。目前，几乎所有的著名汽车制造商都采用了激光拼焊技术。采用拼焊板制造的结构件有身侧框架、车门内板、风挡玻璃框架／前风挡框、轮罩板、地板、中间支柱（Ｂ柱）等（见图1）。最新统计表明，最新型的钢制车身结构中，50%采用了拼焊板制造。图1 激光拼焊技术在车身上的应用实例激光拼焊技术在20世纪90年代末引入中国，一汽、上汽、长城、奇瑞、吉利等汽车公司在前纵梁、门内板和B柱加强板等都有应用。宝钢已有23条激光拼焊生产线，年产2 200多万片板坯，占我国市场份额的70%以上，是世界第三、亚洲第一大激光拼焊板生产公司。鞍钢也在与蒂森克虏伯合作，在长春等地建立激光焊接加工生产线。 2.不等厚度轧制板变厚板是轧钢机通过柔性轧制工艺生产的金属薄板，即在钢板轧制过程中，通过计算机实时控制和调整轧辊的间距，以获得沿轧制方向上按预先定制的厚度连续变化的板料。图2显示了变厚板生产的工艺原理。与TWB钢板相比，VRB 钢板仅可为同一种钢种，宽度也不能太宽，更适合制造梁类零部件。

图2 不等厚度轧制板生产原理德国Mubea公司有两条变厚板生产线，年产7万t。板厚为0.7～3.5m m，原始板料的最高强度为800MP a级别。目前，欧洲70余个车型使用变厚板或者变厚管产品。奔驰C级车中通道加强板、前地板纵梁、后保险杠、后地板横梁等11个零件使用了VRB钢板。我国宝钢和东北大学均开展了VRB钢板的研发和生产工作，目前具备了小批量供货的能力。借助于强大的材料开发能力，宝钢形成了VRB零件的设计、材料开发、成形过程模拟、模具设计和产品质量评估的能力，并已试制成功前纵梁、仪表板支架、顶盖横梁等零件，同时也轧制成功了1 500MPa级别的非镀层和铝硅镀层的热冲压成形钢板，成功试制了热冲压成形VRB中通道零件。二、内高压成形（液压成型）制造技术管件液压成形是将管坯放入模具内，利用高压液体充入管坯空腔，同时辅以轴压补料，使其直径胀大至贴靠凹模的成形过程，如图3所示。由于内部压力可高达400MP a，在欧洲又称为内高压成形技术（IHPF），在美国则称为管件液压成形技术（TH）。图3 液压成形示意图

汽车轻量化技术简述

汽车轻量化概述摘要汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。实验证明，若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%；汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3-0.6升；汽车重量降低1%，油耗可降低0.7%。若滚动阻力减少10％，燃油效率可提高3％；若车桥、变速器等装置的传动效率提高10％，燃油效率可提高7％。汽车车身约占汽车总质量的30％，空载情况下，约70％的油耗用在车身质量上。因此，车身变轻对于整车的燃油经济性、车辆控制稳定性、碰撞安全性都大有裨益。当前，由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。关键词：汽车轻量化材料结构优化有限元分析 1.国内外轻量化研究现状早在上世纪初期，参与赛车运动的赛车就由赛车运动协会提出了重量上的限制，这也成为世界上最早的汽车轻量化事件。这项规定也为汽车轻量化同后的快速发展提供了一个良好的开端。自此，汽车零部件开始出现钢板冲压件，以替代以前经常使用的圆管材料，底盘及车架、车身等零件的制造往往采用这些钢板冲压件。

而且，更加轻量化的铸造件或冲压件也开始出现在悬架及底盘系统中的部分零件上。上世纪中叶第二次世界大战后，为了克服战争带来的汽车用材料短缺的困难，德国大众公司开始将轻量化措施大量应用在汽车设计和制造上，更加值得一提的是，镁合金材料被第一次使用在“甲壳虫”车的发动机和变速箱壳体上，这一创举即使在今天的汽车业仍有着使用价值和历史意义。但是，直到上世纪70年代以前，汽车轻量化技术并没有能够引起人们足够的重视，甚至在第二次世界大战后，当时人们为了追求汽车的“大而安全”，结果导致了汽车总重普遍都超过了l 500kg。自上世纪70年代开始，随着全世界范围石油危机的爆发，也随着汽车设计、制造工艺技术及汽车材料技术的发展，人们才开始逐渐重视汽车轻量化技术的研究，并开始逐步应用在汽车产品上，汽车的总重才开始出现逐年减少的趋势。据统计，美国中型汽车的平均整车总重量，从上世纪80年代初的大约1520kg逐步下降到90年代末的大约1230kg。到上世纪末本世纪初期，百公里油耗仅仅3L的汽车开始出现在了汽车生产制造强国，而且汽车总重量都控制在800kg左右。如德国大众在1998年推出的路波3L TDI，汽车总质量只有800kg。奥迪公司推出的全铝轿车Audi A2，汽车总质量只有895-990kg。商用车系列产品中，汽车轻量化技术也开始得到了大量的应用，比如意大利依维柯商用车，2004年其驾驶室的质量已降为960kg。我国汽车轻量化技术发展起步虽然较晚，但是近年来，也取得了不少成果。尤其是在国家“九五”和“十五”期间，一批被列为国家“863”、“973”高新技术项目和国家科技攻关重大项目的汽车新材料项目，大大促进了我国汽车轻量化技术的进步和发展。“九五”期间，铸件生产成套工艺技术和铝合金材料技术的开发研究项目，开发出了多种可以使用在汽车上的铸造合金和高性能轴瓦材料；半固态成型、快速凝固成型等先进成型技术的研究与应用也取得了突破；耐热铝合金、铝基复合材料等新型汽车用材料的研究也取得了较大的进展。铝合金铸造生产线也开始出现在一汽等几大汽车生产厂家；国内的大学及研究所也开始进行相关的研究，如湖南大学开始开展汽车大型铝合金结构件整体铸造成形技术和关键设备的研究；铝合金板材的成形性研究也在重庆汽车研究所、西南大学、东北大学和一汽开始开展。“十五”期问，镁合金材料的应用与开发被列为我国材料领域的重点项目，国内的大型汽车生产厂家如一汽、东风及长安等建立了压铸镁合金生产线；重庆汽研所则在镁合金材料零件的性能测试、疲劳试验及计算机仿真等方面开展了大量的研究工作；国内高校如上海交大、湖南大学及重庆大学等就镁合金材料的强韧化、阻燃性和抗高温蠕变性等开展了较深入的研究。与此同时，国内在汽车轻量化的零件结构形状优化设计等方面也取得了大的进步，改变了原来的单纯依靠经验进行零件轻量化设计开发，逐步发展到利用有限元技术等新的设计方一法上。如湖南大学与上汽通用五菱合作开发的薄板冲压工艺与模具设计理论的课题，取得了较高的研究与应用成果，获得了国家科技进步一等奖；北航利用有限元技术和现代设计方法，对客车结构进行了优化设计与分析，实现了客车轻量化设计。 2.可用于汽车轻量化设计的金属材料 2.1轻质合金材料福特汽车公司负责人在一次国际材料学会议上强调指出，2l世纪的汽车将发生巨大的变化，而材料技术是推动汽车技术进步的关键，如：铝、镁、陶瓷、塑料、

汽车车身轻量化结构设计

汽车车身轻量化结构设计 2011届分类号: 单位代码 :10452 本科专业职业生涯设计题目汽车车身轻量化结构设计姓名学号年级 2007级专业车辆工程系 (院) 工学院指导教师 2011年4月24日星期日目录人生需要梦想 ............................................ 2 ,一, 引言 ............................................. 4 ,二, 自我分析 ......................................... 4 ,三, 环境条件分析 ..................................... 4 3.1 家庭条件分析 (4)

3.2 社会环境的分析 ...................................... 4摘要 (5) ABSTRACT (5) 汽车车身轻量化概述 ................................ 6 第1章 1.1 汽车轻量化的意义 .................................... 6 1.2 汽车轻量化的发展 .................................... 6 第2章汽车车身轻量化设计的材料选择 . (7) 2.1 高强度钢是占主导地位的轻量化材料 (7) 2.2铝合金是最有希望取代钢铁材料的轻量化材料 (11) 2.3塑料和复合材料 ...................................... 12 第3章汽车轻量化设计的分析 .............................. 13 3.1轻量化设计的分析原则 ................................ 13 3.2减重:轻量化评价参量 ................................ 14 3.3性能:满足各类碰撞法规 .............................. 15 3.4轻量化与成本的关系 .................................. 16 第4章运用CAE技术进行某微型客车车架结构的分析与优化设计 16 4.1 CAE技术 ............................................ 16 4.2动力学分析 .......................................... 17 4.3静力分析 ............................................ 20 4.4优化设计 ............................................ 23 第五章结束语 .......................................... 24 参考文献 ............................................... 25 谢辞 (26) 2