汽车轻量化培训课件

汽车轻量化作为有效的节能手段，汽车轻量化技术已经成为汽车工业发展的重要研究课题之一。汽车轻量化是国家节能减排战略的紧迫需要，更成为车企和全行业提高核心能力的现实需求。轻量化技术无论对传统汽车，还是新能源汽车，都是一项基础的共性技术。

-----------------------------------前言汽车轻量化

英文名称：LightweightofAutomobile定义：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。主要指导思想：在确保稳定提升性能的基础上，节能化设计各总成零部件，持续优化车型谱。

汽车轻量化不能以简单的减重多少来衡量，必须与所设计车身的尺寸和功能相关对于已有的功能可满足要求的汽车，轻量化的设计是降低重量而保持原功能不变，其轻量化的效果是直接的减重；现有功能尚不能全部满足要求或需要提升的汽车，轻量化设计是完善功能而保持质量不变；既要提高改进性能，同时也使汽车减重。

汽车轻量化设计实际上是功能改进，质量降低，结构优化和合理价格的结合。

汽车轻量化汽车轻量化设计与整车性能之间关系注：此统计数据来源于通用小轿车统计汽车轻量化对汽车技术的不断发展起到了重要作用（1）降低油耗：

汽车行驶方程式为：

F=G·f+G·sinα+δ·m·a+Cd·A·v²/21.15

其中：F为行驶阻力；G为车重；f为滚动阻力系数；α为道路坡度；δ为汽车旋转质量换算系数；m为汽车质量；Cd为风阻系数；A为迎风面积；v为车速。 等速百公里燃油消耗量：其中，C为常数；F为行驶阻力，F=Ft+Fw降低油耗汽车行驶阻力越大，耗油越多。汽车行驶阻力包括滚动阻力、爬坡阻力、加速阻力和空气阻力等四项，从上式可以看出，其中前三项均与车重成正比。经验数据显示，空气阻力约占行驶阻力的25％。目前，减少这部分阻力的措施通常有：流线型车身、全粘接挡风玻璃、隐蔽式雨刮器、下地板全封装等。这些措施能将风阻系数降到0.3，但这已到瓶颈，其进一步减小的可能性只能寄希望于更为流畅低矮的车身。只是这样不仅需要巨大的技术与资金的投入，且不适用于要求空间宽敞的日常用车，因而应该将目光转移到其它的阻力因素上。而剩下的75％，即滚动阻力、爬坡阻力、加速阻力，从公式可以看出，均与车重成正比。因此，减轻汽车质量，就成为减轻阻力从而节约燃油的重要措施。结果表明，轻量化对汽车节能减排具有重要意义汽车自身质量对燃油消耗的影响各类车型的燃油效率与车身自重的关系除空气动力学阻力之外,车子运动的各类阻力都和车子质量呈线性关系诸多乘用车，车重减少100kg,每升油多行驶1km降低油耗降低油耗实验证明，若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提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%。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。车重与燃油利用率的关系

油耗与CO2排放关系降低油耗是实现节能减排的有效手段

研究表明,约75%的油耗与整车质量有关,降低汽车质量就可有效降低油耗以及排放。目前,大量研究表明,汽车质量每下降10%，油耗下降8%,排放下降4%。美国在欧洲全顺车的实验表明,在满足欧Ⅳ标准条件下,每百公里油耗Y与自重X满足以下关系Y=0.003X+3.3434(1)对商用车的研究表明,汽车质量每减少1000kg,油耗可降低6%～7%。油耗的下降,意味着CO2,氮氧化物(NOx)等有害气体排放量的下降。据报道,在美国汽车质量如果减少25%,燃油消耗按减少13%计,一年可节省2.7亿桶石油,每消耗1L燃油,将产生CO22～2.5kg。

因此燃油消耗的降低,就意味着温室气体和其他有害气体排放的下降。（2）改善性性能(2）改善善性能：汽车车轻量化，有有利于改善汽汽车的行驶、、转向、加速速、制动等运运动性能和排排气性能等多多方面的性能能。其中，发发动机的轻量量化还可改善善前轮荷重分分担率，进而而改善汽车的的操纵稳定性性，还可为降降低噪声、振振动、实现大大功率化创造造条件。同时时还有利于减减轻部件振动动和降低噪声声，提高舒适适性能，对于于某些承载件件，其承载的的重量减轻，，有利于降低低元件疲劳，，提高耐久性性。例如一辆辆重量1543kg的的汽车，若车车重减轻25%，可使使该车加速到到60km/h的时间间从原来的10秒减少少到8秒。。改善动力性汽车行驶方程程式为：Ft=Ff+Fi+Fw+Fj其中：Ft为为行驶阻力力；Ff滚动动阻力；Fj为加速阻力力；Fi为坡坡道阻力；Fw为空气阻阻力。Ft—Fw/G=Ψ+δdu/gdt令Ft—Fw/G=D,D为汽车车的动力因数数，表示扣去去空气阻力后后单位车重得得到的驱动力力。动力因数数越大，汽车车的动力性越越好。因此降降低了汽车质质量，相应动动力因数增大大，汽车的动动力性增强。。(3)波及效效果(3）波及及效果：汽车车各部分的质质量是相互关关联的。例如如，发动机质质量的减轻，，使有关底盘盘部分也可可以相应地减减轻，即汽车车整车减少的的质量将大于于发动机减少少的质量；又又如，车身零零部件的轻量量化，使支承承它的行驶系系统（车架、、车桥、车轮轮、悬架等））负荷减小，，尺寸和质量量即可适当减减小，发动机机和制动器也也可相应减小小、减轻。通通常，当平衡衡系统中某个个部位质量减减少1kg，给予予整个系统的的波及效果是是质量减少Kkg，，称K为增增长因子，K值因部位位而异，汽车车的K值在在1.5～～2.0之之间。轻量化设计的的基本思想在不降低性能能的前提下，，通过结构的的优化，先进进的工艺及轻轻质的材料应应用，同时兼兼顾性能，质质量及成本三三大因素，达达到最优轻量量化目的，实实现经济效益益最大化。轻量化设计的的步骤轻量化设计四四部曲减少用户不必必要的功能去除冗余结构构结构优化新材料及新工工艺使用轻量化目标以整车重量为为管控目标，，制定分解轻轻量化目标，，基于成本及及工艺考虑，，采用轻量化化设计四部曲曲的方法，对对整车材料选选择，结构优优化及工艺实实施进行全方方位的考虑实实施。轻量化设计方方法面积和厚度减减少通过CAE分分析，优化设设计，减少多多余的面积和和厚度是取得得轻量化设计计的主要手段段。功能减少或体体积减少形状和截面更更改底盘支架拓扑扑优化转向节臂结构构优化座椅框架优化化设计车门结构优化化材料更换新工艺的使用用行业、企业、、高校、院所所联盟是推动动汽汽车材料技技术进步的有有效组织形式式美国的新一代代汽车合作项项目（PNGV）欧盟超轻车身身联合研发项项目(ERCollaborativeR&DProject-SuperLIGHT-CAR)美国汽车材料料合作项目U.S.AutomotiveMaterialsPartnership（USAMP）新型钢车身项项目NewSteelBody（NBS））国际钢铁协会会超轻钢汽车车车身项目UltralightSteelAutoBody（ULSA）世界各大铝业业公司结成了了汽车铝材联联盟（AutoAluminumAlliance）中国汽车轻量量化产业技术术联盟工作任务典型车型轻量量化技术轻量化材料的的共性技术研研究汽车轻量化材材料的开发和和研究轻量化联盟的的主要成员单单位中国汽车工程程学会、一汽汽、东风、吉吉利、奇瑞、、长安、重庆汽车研究究院、吉林大大学、哈工大大、宝钢、西西南铝业、中国石油天然然气股份有限限公司、石油油化工科学研研究院铝合金板材在在汽车车身上上的应用汽车车身约占占汽车总重的的30%，而在在汽车内外板板上用铝合金金来代替传统统钢板就可使使白车身减重重约40%-50%，进进而使整车减减重10%左左右亨利·福特ModelT型型汽车福特Prodigy、JaguarnewXJ法拉利360等赛车DaimlerChryslerProwler大众3LLupo、、奥迪A2、、A8本田混合动力力轿车Insight、NSX均采用铝制车车身典型的镁合金金汽车零件镁密集轻量化化车身结构Daimler-Chrysler-Benz轿车镁合金门内板

AM50重量：2.5kg

FordJaguar轿车镁合金仪表板

AM50重量2.07kg

AudiPP-GM40:3.8kg(2/3),2.8kg(1/3)NissanMuranoGMT,以连连续玻纤毡为为芯材,与热热塑性树脂改改性聚丙烯复复合而成的片片材。成型快快，压力低，，密度低，韧韧性好，可再再生利用。绿绿色环保复合合材料。用于座椅骨架架可以显著减减重，降幅可可达50％成成本可降低10—20％％PP-GM40＋GMTexTM:10.5kg长玻璃纤维增增强聚丙烯（（LGF-PP）STAMAX公司最近开开发了一种高高弹性模量复复合材料LGF-PP，，玻璃纤维的的长度为12－25毫米米LGF-PP可取代现有有的材料，用用于仪表板托托架、保险杠杠梁、防溅板板、车门等零零件图为用LGF-PP制造造的福特Fiesta后后车门，同钢钢车门相比，，其重量减少少了50％LGF-PP制造的福特Fiesta后车门门长玻纤材料用用于高度集成成的前端系统统

福特Fusion车型-集集成了超过10个传统金金属部

于一一个塑料部件件把多个金属零零部件的功能能集成在同一塑料零零件上，如前前端模块支架减轻重量40%降低制造成本本欧洲和美国SMC（复复合材料）汽汽车部件用用量最多应用领域包括括悬架零件、、车身及车身身部件、发动动机盖下部件件、车内装饰饰部件等尤以保险杠、、车顶、发动动机罩、发动动机隔音板、、前后翼子板板等部件用量量最大奔驰驾驶室MAN驾驶室室结构泡沫实际际上是一种泡泡沫材料聚聚氨酯、环氧氧树脂和尼龙龙／玻璃纤维维复合材料作作为加强内内衬用于轿车车前端、摆梁梁（Rocker）、后后侧骨架和保保险杠，A型型柱－铰链柱柱结合部、车车顶纵梁－B型柱结合部部等关键部位位

结构泡沫沫能吸收更多多的冲击能量量碳纤维增强聚聚合物基复合合材料。适于于制造车身和和底盘零部件件减重幅度通常常可达50～～65%欧盟最近采用用树脂传递模模塑成型(RTM)工艺艺成功地试制制出某轿车碳碳纤维底板零件的数量由由28个减少少到8个，重重量较钢约减减轻50％，，而白车身的的性能达到了了原钢车身水水平材料美国除低成本本碳纤维制备备技术开发外外，还在进行行碳纤维增强强树脂的开发发，探索碳纤纤维增强塑料料零部件的大大规模制造工工艺VW公司的1-L概念车车，采用碳纤增强强复合材料车身身外壳，车身质量:290Kg试制的轿车碳纤维底板在2005年JEC展会中中展出的复合合材料车身结结构一款A级轿车轻量量化工作：高强度钢目前前现生产车型型应用的品种种有：烘烤硬硬化钢、加磷磷钢、低合金金高强度钢、、双相钢及TRIP钢在个别车型中中，为了达到到轻量化设计计要求，满足足碰撞法规，，在设计中使使用了780MPa和980MPa高强度钢应用用研究：双相钢980Y原从日本进口口，现与宝钢钢合作试制；；将在一车型型中研究成形形性及回弹补补偿工艺完成TRIP钢与HSLA钢点焊工艺研研究进行门防撞梁梁（强度1200MPa）冷成形工艺艺研究一汽高强度度钢应用技术术一汽卡车大量量采用抗拉强强度340MPa级烘烤烤硬化钢板、、含磷钢板代代替普通强度度钢板生产CA1092车身及驾驶驶室零件，使使零件厚度减减薄BH340烘烘烤硬化钢板板共有23种种零件，BIF340钢钢板共有18种零件，两两种钢板每车车用量228kg，单车车降重约21kg高强度冷轧钢钢板BIF340、BH340在商商用车驾驶室室上41种零零件的应用，，使高强度钢钢板占整车用用冷轧钢板的的用量由原来来的8％提高高到当前的57.6％一汽与韩华综综化（北北京）合合作完完成了V221车型GMT材材料保保险杠加加强板的的开发一汽热冲冲压成型型轻量化化制造技技术研究究高强度钢钢板防撞撞梁等零零件成形形工艺研研究与大连理理工大学学合作在在长春建建生产线线现为一汽汽大众试试制部件件，逐渐渐为一汽汽集团配配套生产产一汽卡车车大量采采用抗拉拉强度340MPa级级烘烤硬硬化钢板板、含磷磷钢板代代替普通通强度钢钢板生产产CA1092车身及及驾驶室室零件，，使零件件厚度减减薄BH340烘烤烤硬化钢钢板共有有23种种零件，，BIF340钢板共共有18种零件件，两种种钢板每每车用量量228kg，，单车降降重约21kg高强度冷冷轧钢板板BIF340、BH340在商用用车驾驶驶室上41种零零件的应应用，使使高强度度钢板占占整车用用冷轧钢钢板的用用量由原原来的8％提高高到当前前的57.6％％一汽滚滚压成型型技术应应用研究究滚压设备备模型车门窗框框、前后后保险杠杠骨架采采用了滚滚压成型型技术；；高强度钢钢板纵梁梁的成形形试验研研究；北方工业业大学试试制一种种柔性滚滚压设备备，生产产变截面面零件；；正协商商一种零零件的柔柔性滚压压技术，，已发去去数模。。滚压成型型窗框滚压成型型窗框断断面奇瑞轻量量化材料料的应用用长安轻量量化材料料技术340MPa390MPa440MPa590MPa780MPa白车身高高强度钢钢应用示示意图吉利NL-1车型型已采用用的轻量量化技术术大量应用用高强度度钢板241.1/445.6=54.2%，车身减重重39.3Kg(39.3/484.3=8.1%)采用激光光拼焊新新工艺：：减重1.66Kg；；设计已完完成,正正在进行行模具开开发厚度1.8mm厚度1.2mm厚度1.6mm厚度1.2mm左/右中柱柱加强板板左/右门槛槛加强板板此部位减减薄0.6重量减少少1.04Kg此部位减减薄0.4重量减少少0.62KgNL-1前横梁梁总成采采用GMT减重重2.86kg东风驾驶驶室钢板板材料技技术应用用驾驶室共共有冲压压件539种种约有160余件件采用高高强度钢钢冷轧板﹥﹥340MPa热轧板板﹥510MPa用量约86㎏我国汽车车轻量化化技术发发展面临临的主要要问题目前，我我国汽车车轻量化化技术无无论在理理论研究究方面还还是在实实际应用用方面与与国外均均有较大大差距。。轻量化化技术的的发展主主要面临临如下问问题：1、轻量量化技术术涉及众众多学科科的研究究领域需要运用用多学科科交叉融融合所形形成的综综合性、、系统性性知识体体系,而而在目前前的研发发体系下下，各研研发机构构往往只只注重单单个技术术的研发发很少开开展各技技术间的的交叉与与融合2、汽车车轻