产品轻量化

产品轻量化（精选10篇）

产品轻量化 篇1

一专用车产品轻量化设计的理念

轻量化设计已经成为汽车设计中所必须要考虑的因素, 但是目前在重车领域尤其是专用车领域还没有固定的设计思维;就汽车轻量化设计的理念上来讲, 是指通过降低汽车自身的重量, 从而提升操控性与可靠性、提高输出功率、降低二氧化碳的排除以及噪声, 进而降低能源消耗、提高速度等来达到提升安全性的目的, 不过要实现这一目的, 关键在于对轻质材料的使用, 并结合轻量化设计的结构来优化生产制造技术。

二专用车产品轻量化设计的必要性

目前, 多材料车身结构设计成为我国汽车行业发展的必然趋势, 通过对车身结构进行优化, 既可以改进车辆性能, 又能减轻汽车本身的重量, 因此, 对专用车辆的轻量化设计研制、生产和应用, 不仅是提高运输效率、降低运输成本、实现专业化运输的有效手段, 也是提高汽车自身品质、树立品牌、赢得市场的有效途径, 其市场的必然性主要表现在以下几方面:第一, 轻量化设计可以减少汽车在运输过程对于货物的磨损、缺失, 从而提高运输的安全性;第二, 轻量化设计可以有效地提高车辆的运输效率、降低运输成本、减少汽车的运作消耗;第三, 发展专用车产品轻量化设计, 可以扩大汽车的应用领域, 促使汽车行业的发展, 从而推动我国的国民经济增长。

三专用车产品轻量化设计的具体实施方法

(一) 运用新型复合材料

新型的复合材料主要为两种:金属类和非金属类。在金属类中包括铝合金、钛合金、镁合金;而非金属类主要集中于塑料、玻璃纤维、陶瓷和炭纤维复合材料等, 在欧美地区的发达国家中, 铝合金罐车主要用来运输成品油和粉粒物料, 而目前在我国, 铝合金罐车的成本相对高于碳钢罐车, 再加上在工艺制造上比较复杂, 所以其发展受到制约, 但是随着我国城市化进程的发展, 国民经济的不断提高, 顾客的环保意识和购买力也开始增强, 进而对铝合金罐车的推广使用有着强烈的市场需求;而对于非金属材料, 在隔音、减震等新型环保材料上以及尼龙滑块的耐磨限位、挡泥板的塑模成型等方面得到了普遍的推广与运用。

(二) 开发出差异化、多样化、专业化产品

针对市场的分析与细化, 结合专用底盘的研发设计, 开发专用车产品, 并研发出差异化、多样化、专业化的新专用车产品技术, 可以把一个产品按照总体上的不同功能划分为几个小部分, 再对每个小部分进行单独的轻量化设计, 这样从整体上就可以减轻汽车的重量, 达到轻量化设计的效果, 举例来说:过去混凝土搅拌车通常都采用的是复杂的硬操作机构, 长达5m的小钢管要用两根, 而在新的轻量化设计方案采用以后, 只需要一根就可以了;而对于焊接研究的差异性, 应该结合实际使用情况, 对壳体板的拼接, 考虑到其局部有些地方因为处于长时间的运作, 因此可以选用耐磨性较好的材料, 相对于不受力或者受力较小的部分, 则可改用轻质的材料或适当的减少板材的厚度, 比如:以往的混凝土搅拌车的板材壁厚度统一为6mm、7mm, 而如今把混凝土搅拌车拆分为前、中、后三个部分的椎体板材壁厚, 其壁厚规格分别定为5mm、4.5mm和4mm;此外针对罐体内的磨损区域, 我们可以利用其板材壁厚差异化来进行搭配组合焊接, 这样从产品的专业性、针对性上来控制成本, 对于提高产品的市场竞争力有着重要的作用。

(三) 运用液压机成型技术

液压机的工作原理是利用液体的压力传递能量, 从而完成各种压力加工, 是一种无削成型的加工设备, 它的基本运动模式分为单动、双动以及三动三种方式, 实现零件的一次性成型, 使板材的强度和刚度得到提高, 可以用于受力部分较强的型材结构, 不仅可以改善产品的受力条件, 减轻重量, 还可以降低人工成本, 带来良好的经济效益, 而且此技术还适用于所有需要压力加工的工艺, 目前该技术应用广泛, 主要在汽车、家电等行业中金属覆盖件的成型加工上, 特别是重型的矿用自卸车, 现在已经逐步用箱体冲压来代替过去的型材焊接, 从而使总重量达到减轻, 降低劳动力度, 增强市场的竞争力, 如今很多大型的液压设备在装备制造领域被普遍应用, 且技术也越来越成熟、高效。

(四) 合理运用CAD/CAE等计算机辅助技术

计算机的辅助技术对汽车行业有着重要的作用, 涉及于汽车设计和制造等各个环节, 包括汽车的实体造型、设计检验、车身的三维设计等, 用计算机仿真技术来代替实际的车试验, 避免让实车遭到破坏性的碰撞, 有力的保证了汽车工业在多品种、高质量、低成本方向上的发展, 因此, 该技术对汽车轻量化设计有着很好的推动力。

对专用车实行轻量化设计的目的之一, 就是使专用车上的结构得到精简, 整体上实现轻质化, 因此, 利用CAD/CAE技术, 可以对专用车进行实体结构设计和布局设计, 分析各个构件的形状、配置等, 以及对实车的各个零件直接进行工程分析。

在实现整车实体的三维造型设计、数控加工等方面上, 该技术可以快捷的分析出车辆行驶的安全性与稳定性, 尤其是因为和防护栏发生冲撞变形而进行的位移防真, 从而确定实际的运作是否符合其功能实现的要求, 因此, 利用计算机技术来辅助汽车的设计, 准确的分析和评价轻量化后车辆的各项性能指标, 最终减轻汽车的重量, 实现汽车的高品质发展。

四结束语

国家对节能减排、排放量的标准日益严格, 促进了专用车产品轻量化设计的发展, 在这个国内外专用车蓬勃发展的关键时机, 积极拓展专用车的新产品, 努力研发新型环保材料、高强度材料等轻量化材料, 逐步实现产品的专业化、智能化、高品质化以及差异化, 从而赢得产品的市场, 建立中国制造的市场口碑。

参考文献

[1]宋延文.节能新品涌现产品轻量化升级——2012年美国中部车展观感[J].专用汽车, 2012, (5) :52-54.

[2]赵鹏.浅谈专用车产品轻量化设计[J].装备制造技术, 2012, (10) :96-98.

[3]漓沙.高能效钢材解决方案推动专用车轻量化[J].汽车与配件, 2012, (22) :43.

[4]范叶, 杨沿平, 孟先春等.汽车轻量化技术及其实施途径[J].汽车工业研究, 2006, (7) :40-42.

极致轻量化 篇2

近日路特斯又发布了Exige 360 Cup版车型，新车将提供四种车身配色，分别为金属白、金属灰、金属黑和金属银，整体车身线条和Exige S Cup车型相比没有太大变化，但在细节方面进行了重新设计，其中前保险杠设置有大尺寸格栅，车身侧部的散热格栅样式也进行了调整，同时配备五辐红色轮圈，更具运动气息。根据官方发布的消息，路特斯Exige 360 Cup采用更轻的车身组件和新的空气动力学套件，前、后扰流板在车速达到160km/h的情况下可以提供42kg的下压力，帮助车身保持稳定。

在内饰和配置方面，路特斯Exige 360 Cup配备了仿磨砂皮材质的内饰材料，装配有可调防倾杆、赛车阻尼减振器、经过国际汽联认证的碳纤维座椅、可拆卸方向盘等。另外，虽然路特斯Exige 360 Cup是一款专注于性能的车型，但还是配备了空调系统。动力方面，路特斯Exige 360 Cup搭载3.5L V6发动机，通过对进、排气系统的调校获得额外7kW的功率输出，官方没有发布路特斯Exige 360 Cup的具体动力参数和加速时间，但考虑到其车身重量只有1130kg，预计将拥有非常不错的动力表现。

产品轻量化 篇3

关键词：轻量化客户端,计算机辅助设计,产品数据

企业为提高产品开发能力及市场竞争力,不断强化在产品设计开发过程中的各个环境采用计算机辅助技术,从而产生以CAD模型为中心的产品相关信息和所有与产品相关过程。目前这些信息的管理是通过PDM系统来实现,目前国内主流PDM的技术现状大多是基于局域网,在图档的浏览方面则要借助于AutoCAD等绘图软件;并且大多是通用系统并且采用客户机/服务器(C/S)结构模式,不能为企业定制个性化要求,在企业实施的过程中也存在诸多弊端。

目前的应用现状,在产品周期的不同阶段,需要相关人员能够在分布环境下进行产品数据的管理,例如CAD模型的信息可能经常需要在没有有线网络时通过智能终端设备展示给用户,或者需要处于不同地点的各方就CAD模型进行实时交流。

目前基于B/S以图片或文件下载的方式来实现CAD模型信息的浏览,其解决方案如下:产品结构树、文档树浏览时,通过刷新HTML页面来完成;工程图纸访问时,将该文件下载到本地文件系统再打开该文件,以此来达到访问图纸文件的效果。这种访问技术由于采用刷新整个HTML页面,所响应时间较长,导致用户体验差;工程图纸访问由于需要下载到本地,如果需要对工程图纸编辑,那么编辑完之后又必须手动同步更新到服务器,这又大幅降低了用户体验。因此需要围绕产品数据进行优化访问技术的研究。

文中基于流技术原理,实现CAD模型文件的“按需”传输,一方面提高了用户体验,另一方面改善了数据的访问安全性。

1 产品数据轻量化访问技术

1.1 产品数据特点

产品数据管理立足于产品数据[1],管理产品生产过程中与产品相关的所有信息及图纸,为机械制造业提供了有效的管理控制方法。PDM系统按照功能划分,主要分为:电子仓库和文档管理、产品结构与配置管理、工作流管理和生产周期管理等。

电子仓库和文档管理提供对分布式异构数据的存储、检索和管理功能。在PDM中,数据的访问对用户来说是完全透明的,用户无需关心电子数据存放的具体位置,以及得到的是否为最新版本,这些工作均由PDM系统来完成。

产品结构与配置提供对产品结构与配置信息和物料清单的管理。用户可以用PDM提供的图形化界面对产品结构进行查看和编辑。在PDM中,零部件按照装配关系被组织起来,用户将各产品的定义数据与零部间关联起来,最终形成对产品结构的完整描述,传统BOM可以利用PDM自动生成。

工作流管理和生产周期管理模块提供对产品数据动态定义过程的管理。在整个产品生命周期中,提供的管理服务包括保留和跟踪产品从概念设计、产品开发、生产制造直到停止生产整个过程中的所有历史记录,以及定义产品从一个状态换到另一个状态时须经过的处理步骤。

1.2 Ajax技术

在传统Web应用中,用户通过HTTP请求动作连接Web服务器,Web服务器收到该请求后要完成一系列处理工作,如验证合法性、计算数据、访问数据库等,最后将一个完整的HTTP 页面返回给客户端。该请求被处理之前,用户一直处于等待页面响应状态。为提高用户体验,Ajax技术应运而生。使Web应用拥有桌面程序所拥有的优点,诸如程序反应灵敏、用户体验优秀等。

Ajax技术[2,3]主要在客户端和服务器之间引入中间层,即Ajax引擎。用户通过该引擎间接与服务器通信,从而达到通信异步化。因此,大幅减少了多余请求与服务器的直接通信;由于采取局部刷新技术,无需刷新整个页面,减少用户等待时间,使用户得到更好的体验;由于该引擎具有一定的处理能力,所以部分请求由该引擎直接处理,从而进一步减轻服务器压力以及网络流量负担。Ajax技术主要由XMLHttpRequest、XML、DOM、JavaScript以及CSS技术组成。XMLHttpRequest是Ajax技术中的关键技术,负责与服务器异步通信,并获取服务器返回的响应数据。Web应用通过局部刷新就可以与服务器进行数据交互,这使得网络流量带宽进一步减少。但对于CAD模型文件,其更新仍是整个文件的更新,因此需要进一步解决CAD模型文件的局部更新问题。

1.3 CAD模型文件的流化技术

流化的目的是解决Internet方式下的带宽瓶颈,克服文件下载传输方式的不足,将连续的文件经过压缩处理后利用网络服务器,使用户边浏览边下载,而无需等整个压缩文件下载完成后才可以浏览。流化技术先在用户机器上创造一个缓冲区,在用户浏览前预先下载部分文件作为缓冲,在网络实际连接速率小于浏览所耗用资料的速度时,浏览程序则会取用这段缓冲区内的数据。

流媒体系统主要由压缩编码器、流媒体服务器及客户端播放软件组成。压缩编码器主要将媒体数据通过压缩转换成能够进行流式传输的流媒体格式数据,这些数据可以保存为相应的流媒体文件,也可以直接交由流媒体服务器进行发布。流媒体服务器主要提供流式服务,即运行在流媒体服务器上的软件。客户端播放软件是提供给用户浏览流媒体的工具软件。

流媒体涉及的众多技术中,流媒体的格式与流媒体的流式传输是两个关键技术。从不同的角度看,流媒体数据有3种格式:压缩格式、文件格式、发布格式。其中,压缩格式描述了流媒体文件中媒体数据的编码、解码方式;流媒体文件格式是指服务器端将要传输的流媒体组织形式;流媒体发布文件格式是一种呈现给客户端的媒体安排方式。而狭义的流媒体格式是指文件格式。从流媒体的定义可知,流媒体实现的一个关键技术就是流式传输。流式传输的实现需要合适的传输协议。类似于www服务是依靠HTTP协议,HTTP协议是建立在TCP协议基础之上的。但由于TCP协议的开销较大,所以不适合传输对实时要求较高的连续媒体数据。在流式传输的实现方案中,通常采用RTSP/TCP来传输控制信息,而用RTP/UDP来传输实时媒体数据。

文中采用SWF作为流化技术,其原因满足如上所述的流化特点,并且具有缩放不失真、文件体积小等特点,这使得其易于网络传输[4]。

SWF文件由文件头(Header)和文件体(Body)组成。文件头定义了SWF文件的版本号以及文件大小等信息。文件体由大量的Tag组成,在文件最后有一个结束Tag。每个Tag都包括一个标签头(Header)和一个数据体(Body),通过分析Tag的Header部分。可以知道这个Tag的类型代码和长度。如果播放器无法识别Tag的类型,也可以利用Tag的长度直接跳过。SWF文件的完整结构图如图1所示。

组成SWF文件的所有Tag,根据其信息按照功能可划分为描述性标签和控制性标签。分类如图2所示。

2 产品数据访问的轻量化客户端设计

2.1 系统架构

通常情况下,多个客户端会同时访问企业的Web服务器,而Web服务器又将客户端发送的请求交由应用服务器、文件服务器、数据库服务器处理,以此来减轻其负担。具体网络拓扑结构如图3所示。

客户端运行环境:Windows XP、IE8;服务器端运行环境:Windows Server 2003、.NetFramework 4.0、SQL Server 2005。

2.2 功能结构

该图文管理分为权限管理、产品结构管理、文档结构管理以及工程图纸管理等几个主要模块。权限管理模块主要用于设定用户的访问权限,其他模块访问时需根据该用户权限来进行。产品及文档结构模块使用户了解产品的结构及各个组成部分,将所有构成部件按层次全部显示出来。工程图纸管理模块主要处理用户在线浏览、编辑图纸功能。

2.2.1 产品及文档结构管理

当制造部门开始进行生产某产品时,首先需要明确该产品的组成及规格。通过该模块功能,制造部门人员可以通过产品结构管理获取该产品结构,该模块将进一步将借用件或原件展示给用户。同时,制造人员可根据文档结构管理模块找到与该产品相关的文档,进而完成生产。

2.2.2 工程图纸管理

该功能模块主要为用户提供在线浏览远程服务器端工程图纸的功能。在工程制造业中,为保密,工程图纸不能随意下载到本地,因此应提供在线浏览工程图纸。只有拥有特定权限的用户,才能浏览、编辑该工程图纸。源客户端通过RIA技术,缓存远程服务器端的文件,使其能够浏览远程服务器端的工程图纸文件,并通过SWF技术对该工程图纸文件进行编辑,实现在线编辑SWF文件的效果。

2.2.3 用户管理及权限管理

上述两个功能的运行当中,必须要实施有效对用户的管理与权限的控制。为防止用户的误操作,用户进行产品及文档结构管理及工程图纸管理时,任何其他一个成员对其访问时,系统均要对当前用户进行权限审核。当在用户打开对象前,服务端需要把该对象和当前用户相关所有权限提取出来,连同对象一起,下载至客户端,由客户端的RIA程序实施对权限的审核。

3 产品数据访问的轻量化客户端实现

Flex作为RIA的解决方案之一,其应用程序中的客户端部分作为一个包含已编译成字节码的二进制文件进行部署,而用户可以将这些文件像普通HTML文件或图像文件那样部署在Web服务器上,当这些文件被浏览器请求时,会被下载到客户端,然后由FlashPlayer运行时解码。

通过上述方式,加载用户请求的工程图纸文件,应用程序通过ActionScript对加载文件处理,加载文件以数据帧的形式被缓冲到内存中,然后再呈现给用户。对于图形移动操作,采取如下操作:(1)获取鼠标左键的屏幕坐标位置。(2)转换成数据帧的坐标。(3)获取对应的Tag信息。(4)修改对应图形Tag中坐标点

的信息。对于图形添加操作,解决方式如下:(1)获取鼠标左键的屏幕坐标位置;(2)转换成数据帧的坐标;(3)获取对应的父Tag信息;(4)Tag信息中添加子Tag信息,包含图形描述、坐标点位置等信息。

4 结束语

分析了计算机辅助设计的需求,针对用户远程访问产品数据的特点以及对工程图纸在线访问的问题,在研究DWG和SWF文件格式的基础上,提出了将DWG文件转换为适合流化处理的SWF文件格式,并利用Flex和AS设计了一个用于在线访问编辑SWF文件的组件。最后将该组件应用于产品数据管理系统中,该系统已经在合作单位部署实施,并取得良好的反响。

参考文献

[1]RYAN A,NAT H T,SCHUT H.Ajax基础教程[M].金灵等译.北京:人民邮电出版社,2006.

[2]柯自聪.Ajax开发简略[M].北京:电子工业出版社,2006.

[3]张晓彦,张晓明.基于Flash动画的信息隐藏算法[J].计算机工程,2010,36(1):181-183.

汽车轻量化的成本瓶颈 篇4

轻量化，就是给汽车“减重”，同时提高它的“健康水平”—操控性能、安全性和稳定性。资料表明，汽车减轻100公斤，每百公里可节约燃油0.25升至0.5升，敏捷的车身能够在提供充沛动力的同时，提高燃油经济性，减少碳排量。在节能需要的前提下，汽车轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。面对减重问题，乔治费歇尔（GF）集团总裁和CEO Yves Serra认为，当前主要的举措是使用新型材料。对此，Serra提出了以规模经济为标准的新型材料选择策略，也就是说，判断任何材料能否成为汽车轻量化的主流材质的最终标准是：能否以可承受的成本进行大规模生产。产品设计的创新和生产流程的改进也非常重要。围绕着汽车轻量化的生产策略，Yves Serra与《第一财经周刊》分享了他的看法。

C： 汽车轻量化发展过程中，陶瓷工艺等颠覆性的材料都曾被试验过，但最后这些材料都没能成为主流，现在汽车轻量化材料创新的瓶颈在哪里？

S： 我们知道，汽车的各个零部件的原材料都有与其相对应的应用领域。对于汽车轻量化的新型材料来说，首先要考虑其大规模生产的可能性，其次要看它的成本是否廉价，另外还要综合考虑它的应用价值。现在汽车制造的主流材料之一是铸铁，它的延展性和塑形性非常好，适合制作汽车的各种零部件，也适合同其他金属一起合成一些有特定属性的合金。另外一种常用的材料是铝，由于它很适合用注入模型来塑形，所以它一般用来制造变速箱、引擎等零部件。塑料也是很容易塑形的材料，而且它很轻，所以很适合在温度低且压强不大的时候制作汽车零部件，像是保险杠。每种材料都有它的用武之地，我们在选择材料时首先会看它的灵活应用性，同时也要考虑能否以很低的成本进行大规模生产。陶瓷在成本和大规模生产方面遇到一些瓶颈，所以没有得到广泛的应用。也就是说，一种新型材料之所以不能成为主流材料，是因为它不能在很低的成本下实现大规模生产。

C： 铝制材料现在是很多汽车产品轻量化采用的材料，碳纤维材料是否会成为下一种主流轻量化材质？

S： 有可能。碳纤维虽然强度大，但是价格昂贵，技术成熟之后才可能成为轻量化的主流材质。任何材料能否成为汽车轻量化的主流材质取决于材料的发展，最终的标准是：能否以可承受的成本进行大规模生产。

C： 从汽车业务层面考虑，你觉得针对汽车轻量化有哪些方面可以入手？

S： 我们的解决方案是通过使用新型的合金材料，在产品设计上的改进以及改善生产流程来减轻产品重量。拿铸铁制造的零部件来说，我们通过制造更薄的铁板来减重，同时提升它的坚实度。此外，我们还在实心铸铁上设计了很多洞，在不影响其抗压能力的前提下，实心变空心，减重不减质。另一个零部件创新设计的例子是，通过高精尖的设计，我们将原本15个焊接在一起的零部件集合成1个零件，减重50%。总之，通过新的材料、新的设计、新的生产流程来实现汽车轻量化。

C： 一种创新轻量化技术往往会对汽车产业产生巨大影响，你们将如何判断技术成熟度进而重点投入研发和拓展业务，从而影响集团总体业务？

S： 技术可行性的一个重要标准是客户的需求。我们在世界各地都有分公司和工厂，我们会通过与客户沟通来尽可能充分获取他们的需求，得知他们对下一代汽车的期望。当我们得知客户的需要之后，会判断是否是总体市场的需求，如果是，就做出原型展示给客户，经过几轮的改进直到客户满意为止。当我们了解到他们的目标是汽车轻量化时，我们的研发团队立刻设计出操作方案，比如上面提到的集成15个零部件的模型，这在以前是不可能做到的。轻量化零部件的设计更好的满足了客户需求，从而促进汽车业务的发展。（采访：任敏）

产品轻量化 篇5

记者:您是什么时候起开始研究汽车轻量化技术的?是怎样的情况让您关注到这样一项技术?

王立耀:早在20世纪70年代, 欧美国家兴起了轻量化理念和技术。轻量化一诞生就受到了高度关注和重视, 政府、企业都投入了巨资进行技术研发和应用。1986年, 我第一次赴加拿大、美国考察。在参观商用车车展和考察专用车企业时, 我开始注意逐渐重视汽车轻量化这一技术, 发现这是一项可以很好地实现节能减排提增效益的技术, 可能会成为汽车尤其是商用车未来发展的必由之路。回国后, 根据国外考察期间所获得的材料, 开始了对轻量化的研究。此后十几年, 每次出国考察, 轻量化技术都是考察重点。不仅如此, 我也非常鼓励国内有条件的汽车制造商特别是商用车制造商多出去走走, 见识轻量化带来的惊人改变, 同时要多想、多看、多照, 虚心、学习、借鉴、消化、吸收“拿来借鉴主义”, 发达国家商用车辆的今天就是我们商用车辆的明天, 要多看发达国家商用车展览会, 毕竟行万里路要比读万卷书来得快的多。长期积累良性循环必有良好的效果。现在, 已经有不少企业开始尝试研制和使用轻量化技术制造的运输车辆。

记者:采用轻量化技术, 需要解决哪些难题才能真正让车辆体重“降”下来。您认为最难克服的是什么?

王立耀:车辆每减重100kg, CO2的排放量即可减少大约5g/km。不仅如此, 据世界铝业协会提供的数据, 一般情况下汽车每减少10%的重量, 其燃油消耗便可降低6%～8%。

汽车轻量化实质上就是零部件轻量化。要让车辆体重真正降下来, 就要改变汽车原来的材料。就拿锻造铝合金车轮辋来讲, 传统汽车都是钢板开卷下料、分体焊接、旋压成形制造, 而采用锻造铝合金车轮, 无须焊接, 整体成形, 动平衡只有10几克左右, 同时还可以很大程度减轻整车的自重和非载簧质量, 减少车架的疲劳。比如, 一辆拖挂40吨的重卡和半挂车运输系统, 一共有22个车轮, 加上前后备胎共有24个。将目前常用的钢质车轮换成锻造铝合金车轮, 重量可减轻近600kg。不仅如此, 由于铝合金材料具有散热好和防止轮胎橡胶老化的特点, 安装上锻造铝合金车轮的卡车、客车、挂车可节省近30%的轮胎消耗。由此可见, 节能减排的效果多么明显。在美国和加拿大, 大量公路用商用车辆大都配装了锻造铝合金车轮。欧洲、南非、澳大利亚大量采用的也是锻造铝合金车轮。

传统车辆大多采用钢结构材质, 很少有人愿意尝试用质量更轻的铝结构材质。同样一辆车, 采用铝制材料, 由于结构强度问题, 其重量至少可以降低一半, 它的节能减排效果显而易见的。但是, 轻量化也不是只有优点没有弱点, 价格偏高是它的致命弱点。与钢车轮相比, 轻量化铝车轮是它的3倍。这一对市场影响颇为关键的成本要素, 很容易让车辆的终端使用者尤其是运输企业望而却步。但是, 从长远看, 使用轻量化汽车带来经济效益是可以很快回收成本的。假定公路普通货物整车的运输价格为0.5元/吨公里。如果我们将一辆载重40吨重型半挂车的车架 (纵梁、横梁) 、油箱、车轮、牵引座、护栏等零部件均换成铝制材质和真空胎。换算下来, 总质量可减轻大约3吨左右。在此前提下, 假设该车每天行驶的里程为1000公里, 每天将可节省1000多元。若一年以300天计算, 减重后的半挂车比未减重的可节省支出数十万元。目前国内已有一些物流公司在这方面尝到了甜头。

记者:刚刚您对轻量化汽车的成本和收益算了一笔账。近几年, 国家以法律法规形式进行对汽车耗油量规定与限制, 与普通商用车相比, 轻量化商用车的耗油量会降低多少?它会增加多少运输收益?这其中怎样计算?

王立耀:汽车的重量和耗油量是成正比的, 而两者都关系到汽车的运输收益。这里有个计算公式, 运输收益因素=装载量×利用率×平均车速×正常运营时间×运营里程。其中, 装载量是决定运输收益的重要因素, 轻量化是实现装载量最大化的最有效途径。

以目前国内已有的技术计算, 车架 (纵梁、横梁) 、油箱、车轮、牵引座、护栏等零部件均换成铝制材质重量均可减少50%左右, 除此之外, 其他零部件能使用铝材料的重量也会大幅下降。整车重量的下降将带来汽车耗油量的下降, 车辆行驶时所交的过路费也会降低, 运输成本随之下降, 从而提高了运输收益。

记者:目前的轻量化技术中, 采用铝合金材料偏多, 除此以外, 还有没有其他的材料可以替代钢材。

王立耀:铝合金由于具有重量轻、抗压强、散热好等优点, 因此在轻量化技术中受到青睐。要让车身重量减轻, 使用铝合金一个很好的办法, 但不是唯一办法。比如我们常用的钢材, 其实也是可以通过技术加工, 来改进它的性能, 变成高强度钢板。与传统钢材相比, 高强度钢板的重量至少减轻10%以上, 且具有质轻、强度高等很多优点。

用新型轻质材料来代替传统钢材, 只是达到轻量化的有效、便捷的方法。改进车辆内部结构设计同样可以达到减轻车辆自重的效果。所以说, 实现轻量化的方式是多种多样的, 可以多种办法并用。

记者:相关统计显示, 2010年全球汽车保有量将突破10亿, 由此带来的环境、能源等问题将进一步加剧。轻量化技术在中国市场的推广有怎样的意义?如何解决目前的在推广过程中遇到的困难?

王立耀:轻量化首先是一种节能环保的观念, 在能源危机的今天, 它的实现更具现实性, 对汽车工业的未来发展有着非常深远的意义。特别在当下, 随着我国“治超”力度的加大以及计重收费的全面推广实施, 轻量化的推广是提高运输企业运输收益的有效举措。至于全面推广, 作为终端使用者的运输企业会首先考虑成本问题, 也就是轻量化汽车的价格。目前, 轻量化零部件的价格估计要高出普通汽车部件的3倍。不过, 随着轻量化技术的不断进步和对新型轻质材料的研究, 会给市场带来多样化的选择, 会带来物美价廉的轻量化产品。不论如何, 传统汽车推出市场, 轻量化汽车“大行其道”是必然的, 将在不远的未来实现。

采用轻量化技术所增加的成本在出勤率正常的话, 当年即可收回增加成本, 而第2、3、4、5……….n年就是净利润。

总结:商用车轻量化, 归根结底是为了降低运输损耗增加收益, 在燃料无法升级换代的情况下, 增加燃料的利用效率, 降低燃料在单位运输里程内的使用量, 是最直接最有效的途径。博采众长洋为中用, 在全球化的今天, 值得推荐和赞许的办法, 如何消化并有利于国情, 这才是今后我们在商用车轻量化道路上需要加倍努力的工作重心。

汽车轻量化 篇6

在倡导低碳经济的今天, 汽车轻量化已经成为全球汽车发展的潮流。汽车轻量化可提高汽车的动力性, 提高燃油经济性, 减少碳排量。当前主要的举措是使用铝镁、复合材料和塑料等新型材料, 整车或车身、发动机、底盘等结构优化设计, 以及液压成形、热成形、激光拼焊等汽车轻量化新技术、新工艺等。但关键的问题是如何在保证汽车的强度和安全性能的前提下, 让汽车健康“瘦身”, 从而达到节能减排效果。本期策划带您一起走近汽车轻量化, 一探究竟。

品质江淮轻量化新体验 篇7

以“品质江淮新体验, 牵财引富格尔发”为主题的江淮重卡轻量化牵引车上市品鉴会正如火如荼地展开, 8月份相继在郑州、阜阳、青岛、上海等地上市, 受到当地用户和经销商的热烈欢迎。

来自郑州的重卡用户周师傅在山西一河南一线转运煤, 这几年他购买过多个厂家的车型, 都不太满意。当听说江淮重卡推出承载性能不变的轻量化车型后, 周师傅随即购买一台。如今, 3个多月过去了, 周师傅的江淮轻量化牵引车重拉疾跑, 里程表显示已经行驶了4万多公里, 周师傅感觉很满意, 目前又订了3台同型号车型, 他告诉笔者, 格尔发轻量化牵引车可能不是市场上最轻的轻量化车型, 但一定是这个车型里最能拉的。

江淮重卡轻量化产品在设计的过程中, 轻量化车型的“轻”体现在大幅度使用既轻强度又高的铝合金及高新材料, 在保持整车承载力和耐用性品质的同时, 大幅度降低了整车自重, 满足“计重收费”区域对整车自重的要求。此外, 江淮轻量化重卡的“轻”还体现在省油和“轻快”上, 江淮轻量化牵引车各个关键部件不但重量轻, 而且传动效率高, 经济时速高, 非常省油, 更加适合高速公路“轻拉快跑”的物流运输特点。

轻量化:引领汽车走向“绿色” 篇8

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。据研究表明, 一辆汽车的自重每减少10%, 燃油消耗量就降低6%~8%, 同时降低5%~6%的排放, 这对于实现汽车节能减排意义重大。实施汽车轻量化过程中, 铝合金材料发挥着重要作用, 其主要用来改造和替代车身材料。汽车轻量化大致可以分为车身轻量化、发动机轻量化、底盘轻量化三类, 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。

汽车轻量化现状

最早把铝材运用到汽车上的是印度人。据记载, 1896年印度人率先用铝制作了汽车曲轴箱。进入20世纪初期, 铝在制造豪华汽车和赛车上有了一定应用, 铝制车身的汽车开始出现, 如亨利·福特的Model T型汽车和二三十年代欧洲赛车场上法拉利360赛车都是铝制车身。铝具有密度小、耐蚀性好等特点, 且铝合金的塑性优良, 铸、锻、冲压工艺均适用, 是最适合汽车零部件生产的压铸工艺。目前, 美国、日本、德国是汽车采用铝合金最多的国家, 如德国大众奥迪A8、A2, 日本的讴歌等部分车型的车身用铝合金量达80%。我国目前也有大量汽车企业应用了铝合金材料, 如上汽、一汽、东风、长城、奇瑞等企业, 自主品牌红旗轿车, 采用铝合金约80~100kg。

虽然汽车轻量化已是大势所趋, 但国内汽车在轻量化技术方面与国外先进水平相比仍存在一定差距, 尤其是在高端材料的应用和发展方面, 更是受制于人。同样一辆车, 国外车身自重为1.3t, 而我们却是1.5t以上。我国乘用车自重平均比欧洲汽车重5%~10%, 商用车的数字则是17%。例如, 国内载重40t的牵引车自重为9t, 国外同等先进车型只有7t, 而国内自卸车自重则比国外重3~4t。

在汽车传统塑料应用件的比例上, 与国外车企并没有太大差距。但是在向高端发展时, 无论是材料技术, 还是设计水平, 都面临种种困难。材料加工成零部件是一个非常复杂的过程。虽然国内的汽车通道、接头、内饰件、保险杠甚至包括仪表盘等都是用塑料做的, 但向功能件、结构件发展时, 就遇到了不少难题。

国内原材料本身就很落后, 尤其是高端材料完全被国外的一些化学厂商所垄断控制, 例如杜邦、巴斯夫、拜尔, 他们掌握材料的设计技术和分析技术, 也掌握零部件的设计技术。由于高端材料长期受制于国外技术垄断, 导致产品成本居高不下, 迫使一些企业放弃高端材料在汽车上的使用。

目前, 阻碍我国汽车轻量化技术研发的关键因素, 是各研发机构往往只注重单个技术的研发, 很少开展各技术间的交叉与融合。材料企业往往只管做出材料, 而车企则负责制造和组装, 双方缺乏沟通和协作, 也导致轻量化材料在产业推广方面步履维艰。

轻量化技术的发展涉及众多学科, 需要运用多学科交叉融合所形成的综合性、系统性知识体系。因此, 未来汽车产业的轻量化需要产业链上下游企业各界的共同努力和探索。随着我国汽车保有量的不断攀升, 以及汽车尾气排放对城市空气污染的加剧, 车身轻量化发展的要求变得更加迫切。对此, 相关研究机构或政府部门应该做出战略性的超前部署。

中外车企争相开发轻量化新品

宝马已经量产的BMWi3纯电动汽车, 外壳材料为塑料、底盘材料为铝合金, 与传统同类车型相比, 实现减重250kg左右。这一现实不仅能够引领汽车设计新潮流, 更将颠覆汽车制造流程及整体市场格局。BMWi3的单一车门重量不到8kg, 比铝合金制造的车门减轻了30%, 而比起钢板制造更减轻了50%。因此, BMWi3的车体部分, 总重量仅是惊人的180kg, 而量产版本的i3总车重更仅有1t, 其轻量化成效十分明显。

另外, 新一代宝马7系也引入了i系列车型使用CFRP碳纤维增强复合材料、铝合金和高强度钢等多种材料制造车身, 从而在轻量化、高强度和成本之间取得平衡。宝马有关人士表示, 这些轻量化材料令白车身质量降低了40kg, 在其他关键部分使用铝合金材料令质量下浮达到200kg。虽然宝马在新一代7系中加强了隔音物料, 配备了更复杂的安全设备, 但整备质量仍然削减了130kg。i 8 i 3

宝马i 8采用了与i 3相同的“Life Drive”模块架构, 这种全新的设计理念将车身结构分成了Life和Drive两个独立的部分。整个乘员舱的结构由多层碳纤维复合材料拼合而成, 轻量化和高强度是它最大的特点, 这样的设计类似于F1赛车中驾驶舱的单体横造结构 (由碳纤维复合材料构成) , 而最终的效果就是i8的车身质量不到1.5t。

作为汽车的发明者, 奔驰计划在2016年春天开卖的E220d上, 搭载奔驰旗下全铝合金的四缸发动机O M654。相对O M651 2.1L涡轮增压发动机, 节能效率提升了13%, 在排气量降低至2.0L的同时, 重量最小能降低到165.4kg。E220d百公里加速成绩为7.3s, 最高时速为240k m/h, 百公里平均油耗4.3L。由于OM654的轻量化和小型化, 这款发动机将会运用到更多场景, 通过纵向和横向布局, 能够运用在前驱、后驱、四驱不同配置中, 以应付全球更严苛的排放法规。

福特F150也采用了大量的轻量化材质对车身进行减重, 使整车重量仅为1807kg, 减重高达318kg, 与竞争对手相比有了很明显的优势。同时由于车身的大幅减重, 其有着不错的燃油经济性, 相比上一代车型而言, 燃油经济性上也要相比现款减少30%以上。去年, 锐界、林肯MKX、探险者三款SUV也采用了与F150相同的轻量化技术, 车身实现了大幅减重。

本土车企中, 长城汽车和奇瑞汽车是在这一研究领域走得最远的两家车企。几年前, 奇瑞汽车联合全球最大的聚合物生产公司之一德国拜耳材料科技 (中国) 有限公司, 联手创建了“奇瑞——拜耳汽车轻量化联合实验室”, 双方就聚氨酯复合材料、聚碳酸酯塑料车窗用材料、新能源锂电池材料、吸音降噪等材料在汽车上的应用展开共同研究, 并对外联合申请项目及推广。而在此之前, 奇瑞的A3CC双门跑车已经在德国展出, 其前翼子板采用Noryl GTX树脂制成。

早在几年前, 长城汽车就在多款车型上采用了铝合金技术。其发动机、变速器基本都采用了铝合金材料。同时正逐步将碳纤维技术应用在汽车上。目前长城汽车已在发动机缸体、缸盖、变速器壳体、凸轮轴、车轮、轴承盖、进气管、缸盖罩、油底壳上大量应用了铝合金技术。长城汽车自主研发的节能环保混合动力SUV哈弗E, 为全铝合金封闭型承载式车身, 整体风格以“运动”型为主。剪刀门的启闭方式, 可节约停靠空间;车门应用了碳纤维复合材料 (GFRP) , 实现了“排放低碳化, 车身高碳化”的目标;全车采用了德国拜耳公司的PC玻璃, 相比于传统玻璃重量降低40%~60%。同时, 轻体高强度钢在长城汽车上也得到了大量应用。

上海申沃客车有限公司与爱普车辆公司合作制造的全铝车身的纯电动客车在2015年上海车展上曾闪亮登场。上海申龙客车有限公司制造的全铝车身SLK6109混合动力公交客车已进入上海公交和新加坡公交市场, 并荣获中国2014最佳公交客车大奖。厦门金龙旅行车有限公司制造的全铝车身纯电动公交车已批量出口荷兰和挪威。南宁源正全铝车身新能源汽车正在建设之中, 建成后, 将形成年产2万辆全铝车身新能源客车的产能。

铝在新能源汽车应用市场也很乐观。新能源汽车由于受到电池重量及电池续航里程的影响, 车身减重要比传统汽车迫切, 在汽车轻量化材料中, 铝合金材料综合性价比要高于钢、镁、塑料和复合材料, 无论应用技术还是运行安全性及循环再生利用都具有明显优势, 国内外全铝汽车的快速发展, 就足以证明这一点。

轻量化渐成趋势

汽车轻量化与新材料的应用密不可分。当前, 工程塑料、铝合金、镁合金、高强度钢等新材料的运用, 开始成为汽车轻量化的发展趋势。

在未来几年里, 随着高强度优质铝合金材料的开发成功和制造工艺的不断改进, 铝合金材料将愈来愈多的用来制造汽车零部件。

专家表示, 基于成本的考虑, 镁铝合金目前在汽车上应用量还不大, 但未来将会逐步应用于一些中高端车型上, 而现在汽车制造仍以钢材为主流材料。因此就目前来说, 比较适宜普及应用的轻量化材料除铝合金外还有高强度钢。相比镁铝合金、碳纤维等其他材料, 高强度钢在抗碰撞性能、加工工艺和成本方面的优势还是十分明显的, 因此, 推动起来也比较容易。

据悉, 目前北美每辆汽车使用镁合金3.5kg, 而国产汽车每辆用量平均仅1.5kg。专家预测, 到2020年, 欧美日汽车用镁合金的市场需求是77万t, 国内需求为5万~10万t。专家介绍, 镁合金重量轻、吸振性能强、铸造性能好, 但成本比铝合金高10%以上。

汽车用工程塑料在发达国家被当做衡量汽车设计和制造水平高低的一个重要标志。目前德国汽车用量最多, 占整车用料的15%以上。奔驰SLR、宝马i系以及意大利的兰博基尼等众多车型大范围地采用更为先进的车用工程塑料。目前, 国内越来越多的汽车部件也开始采用工程塑料替代金属制件。以塑料件代替金属材料部件, 不仅能够减轻车重, 降低燃油消耗和排放, 还可以提高汽车的动力、舒适性及安全性, 所以其广泛应用在汽车动力及底盘系统、内外装饰件、汽车电子等部件上。

汽车底盘轻量化及应用 篇9

摘 要：随着环境问题日益突出及汽车行业发展越来越迅速，轻量化问题已越来越被世人所关注，本文阐述了当前国内轻量化发展现状及瓶颈问题，结构、材料以及工艺是当前实现轻量化的主要方式。我们会向先进国家及企业进行学习，坚持不懈，不断去超越自我，为民族汽车工业发展贡献一份力量。

关键词：汽车；底盘；轻量化；应用

中图分类号： U46 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）17-174-2

1 概述

随着当前环境问题日益严峻，雾霾、全球变暖等问题日益突出，环境保护问题再一次被拿到聚光灯下。随着汽车数量不断增多，汽车行业与环境保护之间矛盾不断加剧，此问题如不加以控制，终将成为汽车行业实现可持续发展的最大掣肘。那么如何降低车辆油耗，促进节能减排成为降低环境污染的重要途径之一，也是促进汽车行业发展的有力手段。

汽车油耗的决定因素主要分以下几个部分：汽车总质量、发动机排量、变速箱、轮胎以及驾驶习惯等。研究表明，汽车整车重量每降低10%，燃油效率可提高6%～8%；汽车每减重100kg，百公里油耗会降低0.3～0.6L，CO2排放量也会减少5 g/km；燃油消耗每减少1L，CO2排放量也会减少2.45kg[1]。因此，在保证汽车性能的前提下，降低汽车自重成为降低汽车油耗的有效手段之一。另外，轻量化不仅有利于降低油耗，还有利于提高加速性能、降低噪声以及改善振动；由于质量降低，当发生碰撞时，车辆自身的惯性也会相应减小，能够有效减短制动距离，提升安全性能，因此汽车轻量化正逐步成为行业发展的一个趋势。

2 轻量化现状及发展

目前，受到轻量化需求的影响，轻量化材料在国内也在经历一次次破茧成蝶般的蜕变，车用高性能钢板、铝合金等已在汽车行业受到广泛应用。如汽车变速器壳体目前多采用锻造铝合金，锻铝摆臂、控制臂乃至转向节等也屡见不鲜。我们有幸见证国内轻量化技术的一次次腾飞，但不可否认的是，在技术、材料等关键环节，我们与欧美国家还存在很多难以跨越的鸿沟：

①任何一个研究机构想要独立去开展项目并做出卓越成果都是非常困难的，轻量化技术涉及到多个学科的研究领域，需要各相关领域能够相互交叉、融合，只有能够实现各方面的互补，才能发挥出1+1>2的效果，然而现实与理想往往是存在差异的，在目前的研发体系下，各研发机构往往是独自作战，大家只关注单个技术的研发，很少去开展各技术间的交叉与融合，导致不能发挥出相互推动的作用。

②群龙无首则难成气候，汽车轻量化技术涉及到众多的共性技术和前沿技术，其核心技术的突破不可能由单个企业或科研机构独立完成，必须要由国家级的研究机构对其关键、重大问题进行战略性和前瞻性的部署，而目前我国还没有此类机构的建立，轻量化发展之路尚需不断开拓。

③只有把生产、学习、研究紧密结合起来，做到明确定位、合理分工，才能将轻量化技术做大做强。但我国目前基础研究和技术开发研究不能做到有机结合，国内企业规模小而分散，造成轻量化技术开发能力薄弱，研发人才短缺，工艺水平落后。

3 轻量化技术及应用

轻量化不是指单纯降低汽车重量，更不能为了所谓的轻量化而置安全于不顾，任何以牺牲安全性能为代价做到的轻量化都是失败的，也是必须要杜绝的。轻量化应该是在确保汽车综合性能指标的前提下，采用现代设计方法和有效手段对汽车结构进行优化设计，或使用新材料、新工艺，尽可能减轻汽车产品自重，以达成减重、节能减排、提升安全性能的综合指标。因此，轻量化应该是新结构、新材料、新工艺在满足性能要求的前提下的有机结合。

3.1 新结构

随着计算机技术在设计研发领域的广泛应用，结构分析不再局限于简单结构的计算与校核，CAE/SE等计算机辅助分析手段越来越成熟，为我们的结构开发与改进提供了有力的数据支撑，使我们的改进不再是雾里看花，而是有据可依的，不在是仅凭借经验对结构进行改进，我们的改进工作能够更加有效地切中目标，做到我们理想的效果。如图1所示结构，我们在设计过程中，能通过分析软件，直观了解结构强度不足位置，进行重点改进、加强。

3.2 新材料

目前，使用轻质材料是实现轻量化目标的最主要途径之一。使用材料替代实现轻量化主要分为两种情况，一种是使用密度较低的材料，比如铝合金、镁合金、钛合金、塑料或多种复合材料等；另一种是使用高强度材料，从而减少材料用量，降低重量，比如使用高强度钢材等。以铝合金为例，铁的密度为7.85g/cm3，而铝的密度仅为2.7g/cm3，约为铁密度的1/3，经优化对比，其减重效果可达到40%-50%。如图2所示，某车型摆臂焊接总成重量约为4.42kg，采用锻铝结构后摆臂重量约为2.02kg，单台用量为2，单台减重约为4.8kg；图3为某车型前转向节，原重量约为5.0kg，采用铸铝结构后重量约为3.1kg，减重约1.9kg，单台减重约为3.8kg。以上两例铝材质应用均起到明显的减重效果。

3.3 新工艺

在进行产品设计开发时，我们应在保证产品结构及性能要求的前提下，尽量使用新的技术或工艺使结构及零部件中空、复合，以降低产品重量，实现轻量化目标。目前应用最广泛的成型技术主要有激光拼焊、内高压成形技术、热压成形、液压成形、粉末冶金、发泡铝成形等技术[2]。对于特定的某一车型，在性能相同的情况下，对通过这两种方式分别生产的副车架从零件总成数量、模具费用、零件成本和零件重量等方面进行了对比，发现采用管材液压成形方式生产的副车架的零件数量为2个，小于冲压件总成的8个零件；在生产费用方面，采用管材液压成形方式生产的副车架要比冲压件减少60%，零件成本减少20%，而零件重量减少30%[3]。由此可以看出，新工艺的应用能够在保证产品性能的情况下起到轻量化的作用。

4 结论

目前，轻量化技术在汽车行业正在慢慢崛起，随着市场竞争加剧、环境保护以及能源危机等因素越来越重要，汽车行业对于轻量化的需求会越来越明显，可以说，汽车行业的发展为轻量化技术的进步提供了平台，而轻量化的进步又促进了汽车行业的腾飞。我国轻量化技术的基础及发展比国外还有一段不小的差距，我们要坚持轻量化之路并坚定不移的走下去。

参 考 文 献

[1] BENEDYK J C，Light metals in automotive applications，Light Metal Age，2000，10，34-35.

[2] 张宇，朱平，陈关龙.基于有限元法的轿车发动机罩板轻量化设计[J].上海交通大学学报，31-1466/U，

2006，40，01：143.

东风商用车轻量化开发 篇10

1 前言

近年来, 随着能源危机加剧、石油价格不断上升以及地球温室效应加重, 世界各国对能源和二氧化碳排放引起的环境问题更加重视, 同时随着国家节能减排、绿色环保政策法规的逐步实施, 治超限载力度加大, 以及来自成本的压力, 汽车轻量化受到越来越多的企业重视, 并取得一些成果。2007年底, 汽车轻量化技术创新战略联盟在宁波成立, 以推动行业的轻量化发展。

最新资料显示, 近20年, 国外乘用车平均每10年减轻质量8%~9%, 商用车减轻质量10%~15%。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, 国际上平均每车每年自身质量减轻1%, 国内自主乘用车较国外同类车自身质量约高8%~10%, 商用车约高10%~15%。

汽车轻量化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, 在确保强度、安全性、可靠性等汽车综合性能指标的前提下, 尽可能减轻汽车产品自身质量, 以达到减轻质量、降耗、环保、安全的综合指标。

有关研究数据表明, 若汽车整车质量减轻10%, 燃油效率可提高6%~8%;同样装载质量的车, 自身质量轻的车在按车货总重收费的原则下, 可以比自身质量大的车载货更多、油耗更少, 可以使计重收费支出减少, 运输利润增加。统计数据表明, 车辆自身质量每减轻1 t, 用户每年将会增加10万元的净收益。

2 轻量化途径分析

汽车轻量化是在保证汽车整体质量和性能不受影响的前提下, 最大限度地减轻各零部件的质量, 努力谋求高输出功率、低噪声、低振动和良好的操纵性、高可靠性, 以降低燃油消耗, 减少排放污染。

目前, 国内汽车轻量化材料正在加速发展, 新型智能材料逐渐在汽车制造中得到应用。车用高性能钢板、镁合金已在汽车上有所应用。如上海大众桑塔纳轿车变速器壳体采用镁合金。随着镁合金材料的技术进步及其抗蠕变性能的进一步改善, 自动变速器壳体以及发动机曲轴箱亦适合改用镁合金材料制造。若曲轴箱由铝合金改为镁合金, 其质量则可减轻30%左右。

汽车轻量化的主要途径有以下几个方面。

(1) 结构优化

结构优化设计是轻量化的最基本和用得最多的轻量化手段, 已经融合到了汽车设计的前期, 主要是利用仿真分析软件进行结构CAE分析和拓扑优化设计。

(2) 新材料和新工艺的应用

a.镁、铝合金

铝具有良好的机械性能, 其密度只有钢铁的1/3, 机械加工性能比铁高4.5倍, 耐腐蚀性、导热性好。其合金还具有高强度、易回收、吸能性好等特点。汽车工业运用最多的是铸造铝合金和形变铝合金。运用形变铝材制造车身面板的技术已经比较成熟, 包括发动机罩盖、燃油箱、贮气筒、变速器壳体、发动机气缸体等。保险杠、轮毂和汽车结构零件也广泛使用铝合金材料。运用铝合金也面临不少问题, 比如铝合金加工难度比钢材高, 成形性还需继续改善;由于铝导热性好, 导致铝合金的焊接性能差;不能像钢板那样采用磁力搬运等。其中, 关键是成本问题, 目前铝价还比较高, 成本控制对铝合金的应用非常重要。

镁合金具有与铝合金相似的性能, 但是镁的密度更低, 它们的密度之比为1.8:3, 是当前最理想、质量最轻的金属结构材料, 因而成为汽车减轻自身质量以提高其节能性和环保性的首选材料。但其铸造性差, 后处理工艺复杂, 成本高。我国的镁资源非常丰富, 储量占世界首位, 而国内用量很少, 尤其汽车行业用量极少, 因此前景非常广阔。西方工业发达国家对铝基、镁基的金属基复合材料的开发与应用, 已达到了产业化阶段。

b.高强度钢、高强度合金

用高强度钢替代原使用材料, 能适当减小零件尺寸。世界上广泛通过进一步提高合金钢、弹簧钢、不锈钢等钢种的比强度和比刚度, 利用粉末冶金配件具有的低密度、高精度、低成本等特点进行汽车轻量化。

采用高强度钢板在等强度设计条件下可以减少板厚, 但是车身零件选定钢板厚度大都以元件刚度为基准, 因此实际板厚减少率不一定能达到钢板强度的增加率, 不可能大幅度地减轻质量。高强度钢板在汽车上应用的目的主要是增加构件的变形抗力, 提高能量吸收能力和扩大弹性应变区。由于运用高强度钢板有较好的经济性, 实现起来相对容易, 因此应大力提倡在汽车上运用高强度钢板。现在各国都在加速高强度钢和超高强度钢在汽车车身、底盘、悬架、转向等零部件上的运用。采用高强度合金材料制成的支架类零件也可以大幅减轻质量。

c.塑料和复合材料

与相同结构性能的钢材相比, 塑料和复合材料一般可减轻部件的质量在35%左右。低密度与超低密度片状成型复合材料的发展使轻量化具有更大的潜力, 在减轻质量、提高强度方面达到甚至超过了铝材, 其整体成本通常更低。

塑料是由以非金属为主的有机物组成, 具有密度小、成型性好、耐腐蚀、防振、隔音隔热等性能, 同时又具有金属钢板不具备的外观色泽和触感。目前, 塑料大都使用在汽车的内外饰件上, 如仪表板、车门内板、顶棚、副仪表板、杂物箱盖、座椅及各类护板、侧围内衬板、车门防撞条、扶手、车窗、散热器罩、座椅支架等。而后逐渐向结构件和功能件扩展。例如, 发电机及其相关系统、冷却系统等。塑料也在向制作车身覆盖件方向发展。

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, 即密度小、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。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。曼、雷诺、沃尔沃、奔驰、依维柯、达夫等欧洲重型载货车制造商的驾驶室都大量选用了SMC材料。在国内, SMC材料在汽车领域也得到了广泛的应用, 尤其是在商用车上。中国重汽、陕西重汽、福田欧曼、重庆红岩等主要重型载货车制造商, 其驾驶室的制造都不同程度地采用了SMC材料。表1为几种轻量化材料应用的效果统计。

d.新工艺

采用激光拼焊技术, 减少铆焊时的搭接材料可以减轻零件质量。对低强度的钢板进行热处理, 得到强度达1 000 MPa的钢板, 这种办法在墨西哥得到广泛应用。

(3) 新技术的应用

采用汽车行业的一些新技术, 如少片簧、空气悬架、橡胶悬架等, 可以大幅减轻汽车质量;采用功能集成技术, 也可以减少零件和减轻零件质量。

(4) 功能配置优化

针对细分市场需要, 把用户不需要的一些功能去掉, 从而简化车型配置, 达到减轻质量的目的。

3 东风商用车的轻量化开发实践

东风公司在2003年就开始进行商用车的轻量化研究, 在设计之初即充分考虑轻量化、模块化。考虑到工程用车道路情况和使用情况的不确定性, 轻量化主要应用在公路用车上, 并通过以下途径展开轻量化设计。

(1) 优化结构设计

改进汽车结构, 使部件薄壁化、中空化、小型化和复合化, 对内饰、发动机和底盘等所有汽车零部件进行结构和工艺改进。图1所示的支架经过优化后其质量减轻72%。

a.合理的车型定义及配置。开发6×2车型, 这样与6×4车型比可以减轻驱动桥的质量。标配11.00的轮胎, 而选配12.00规格的轮胎, 采用标准顶驾驶室。缩短轴距, 比如东风公司天龙轻量化车型的轴距为3 200 mm, 而其他工况车型为3 400 mm。车型尽量考虑减配, 空调、冰箱等设为选配件。因为是标载工况, 所以可以选用低功率、低挡位动力总成, 后桥采用单级减速。

b.优化车架设计。车架的截面及宽度可以采用2个系列, 比如轻量化牵引车采用280 mm截面高度, 对于工程车采用300 mm。采用高强度钢, 单大梁设计, 根据不同工况适当对车架作些局部加强。

c.优化悬架设计。前、后悬架采用少片变截面悬架或后悬架采用空气弹簧悬架。

(2) 使用新型材料

采用轻量化的金属和非金属材料, 主要是指铝合金、镁合金、高强度钢材、工程塑料及纤维增强复合材料等。图2是一些轻量化零部件实例。

a.驾驶室内、外饰尽量采用非金属材料。内、外饰包括车室内、车壳外的装饰件。内饰包括后视镜、仪表台、转向控制区、地毯、座椅套、车门内侧、顶篷、后挡玻璃区等。外饰包括挡风玻璃、倒车镜、车门密封条、车裙、保险杠等。

b.对于发动机和变速器, 尽可能地考虑用铝合金代替铸铁等钢材, 以减轻质量。而有些零部件, 可以考虑用非金属材料, 比如进气歧管等。图3是某发动机总成轻量化的方案。

c.对于车架等部件, 可以考虑采用高强度钢以减轻质量, 采用单大梁局部加强的方案代替双大梁结构, 同时对连接板和支架进行优化, 单车架质量减轻180~210 kg。

(3) 优化功能配置

针对细分市场需要, 把用户不需要的一些功能去

掉, 从而简化车型配置, 达到减轻质量的目的。比如东风天龙有350 L燃油箱与400 L燃油箱2种系列, 对于轻量化车型则采用350 L燃油箱。

(4) 应用功能集成技术

功能集成技术主要有两类, 一是支架公用, 二是利用新技术, 把一些多元件完成的功能集中到一个更小型的集成处理单元, 以达到减轻质量的目的。图4是广泛应用的空气集成处理单元, 减轻质量达到42.3%。

通过以上一些措施的综合应用, 可以使

整车质量减轻效果达到10%左右。表2是东风公司某牵引车的轻量化效果。

同时, 东风公司在汽车轻质铝、镁合金、高强度钢板、高强度板簧、非金属、高强度铸铁等轻量化材料技术方面开展应用研究工作如下。

a.铝合金材料技术应用

广泛开展铝合金的应用研究, 主要完成的项目有:复杂铝铸件铸造生产技术开发;有色金属变形材料的开发应用;铝合金活塞表面强化技术研究;高性能铝硅轴瓦材料的开发应用;铝合金熔体净化技术;铝合金半固态成型技术应用研究。见图5。

b.镁合金材料技术应用

从2001年承担国家“十五”科技攻关项目“镁合金在东风汽车上的应用”以来, 结合东风汽车公司自身特点, 先后开展了镁合金材料、熔炼和铸造工艺以及镁合金汽车零件的开发, 铸造CAE技术应用, 镁合金零件表面防护处理及镁合金零件机械加工等共性、个性技术研究。在商用车上成功开发出6类13种镁合金零件, 累计装车30万辆份, 累计用镁合金达600余吨。同时, 建立了2个镁合金铸造生产阵地及1个镁合金应用研究中心;建立了镁合金铸造数值仿真平台;建立了镁合金表面处理阵地并开展了镁合金表面处理试验研究。开展了镁合金材料及铸造工艺的研究与开发;开展了镁合金铸造工装设备的开发及应用大型薄壁复杂镁合金零件的机械加工技术, 建立了镁合金技术标准和铸造工艺规程。见图6。

c.非金属材料的应用研究

在非金属材料方面的研究主要有:热塑性发动机气门室罩盖;商用车底盘功能件固定支架塑料化应用;塑料燃油箱的开发及性能研究;空气悬架系统橡胶减振件的设计;EPDM中冷器出气胶管的开发及应用;顶盖扶手气辅注塑成型应用研究;D310驾驶室非金属材料设计及零部件性能研究;D530驾驶室非金属材料设计及零部件性能研究。

4 结束语

轻量化是汽车工业发展的关键, 是汽车产品研发的方向。随着国家节能减排、绿色环保政策法规的逐步实施, 汽车轻量化为越来越多的企业所重视;东风公司近年来开展了一些工作, 针对局部细分市场, 开发了一些轻量化车型。存在的主要难点是商用车超载情况比较严重, 对载荷的预知性把握相对困难。

今后要充分发挥轻量化联盟的作用, 行业信息共享, 行业共同促进, 进一步加大新材料、新工艺的研究与应用, 进一步加大零部件总成轻量化的技术研究, 加大投入, 与钢厂、高校、研究机构合作, 进一步推进轻量化工作向产业化、商品化的转化。&AMT