轻量化在汽车上的应用

-.z.轻量化在汽车上的应用一、轻量化〞是新能源汽车开展方向之一■轻量化是新能源汽车开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〞是中国电动汽车的开展方向之一。德国联邦经济与能源部委托德国工程师协会〔VDI〕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。研究说明，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，本钱往往会非常高。有关专家认为，在电池技术短期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，比方，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年先进高强钢比例到达国际先进水平和应用全铝车身。汽车车身轻量化的开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，而且更平安。至于目前存在的本钱高问题，碳纤维本钱居高不下，主要是工艺本钱高，未来批量生产，本钱有望下降。汽车对材料的本钱要求很高，因此碳纤维在汽车轻量化中的应用，首先要解决本钱问题。■仍有问题急需解决相比传统汽车，新能源汽车车身构造不一样，高强度钢、铝合金、镁合金在新能源汽车上应用较多。由于新能源汽车是未来开展趋势，国家十分重视其轻量化。与传统节能汽车的轻量化构造设计有所区别的是，新能源汽车的轻量化技术手段、电动汽车整车重量、续航能力与重量设计都需要重新研究。需根据不同车型，设计轻量化方案，这是企业所面临的重要挑战之一。碳纤维复合材料NVH〔减振降噪〕水平如何提高是轻量化设计过程中所面临的挑战和问题。随着轻量化技术应用越来越多，多材料的轻量化技术路径成为必然的趋势，因而连接技术也成为轻量化技术应用过程中的重点技术。新能源汽车轻量化设计需要开发高集成度的电动一体化底盘产品技术，高度集成电池系统、高效高集成电驱动总成、主动悬架系统、线控转向/制动系统、集成控制系统，实现整车操纵稳定性、电池组平安防护、底盘系统的轻量化研究应用。新能源汽车企业也需要系统规划，围绕整车轻量化开展整车轻量化目标制定，分解和组织行业资源针对轻量化应用技术系统进展开发。二、专用汽车轻量化制作采用铝合金材料的优势目前在专用汽车上应用较多的轻量化材料有铝合金、镁合金、高强度钢、塑料及复合材料等。各大汽车公司都已经将采用这些轻量化材料的多少作为衡量汽车生产技术和新材料开发水平是否领先的重要标志。铝合金：与钢相比，铝合金具有质量轻、耐腐蚀性好、易于加工等特点，但本钱较高，是近20年来在载货汽车上使用最多的轻量化材料。镁合金：与钢铁相比，镁合金密度小，易于加工，压铸经济，其最大的特点是阻尼减振性和抗凹性好。镁合金在上世纪40年代就被一些公司采用。镁合金在应用上比铝合金开展慢，主要原因是其铸造性差、后处理工艺复杂、本钱较高。当前世界上每辆汽车的镁合金平均用量仅2.4KG。随着研制材料技术水平的提高，其应用速度不断加快。塑料及复合材料：汽车塑料制品一般分为饰件、外饰件和功能件等，目前世界主要汽车用塑料件的饰化已根本完成。玻璃纤维增强塑料等新产品已随着新技术的成熟而逐步扩大应用，主要用于车身装件和功能件。高钢度钢：在轻量化材料中，与铝合金、塑料相比，高强度钢具有以下特点。价格低，根本上可以利用原有生产线；其弹性模量高、刚性好、耐冲击性好及较高的疲劳强度，有些高强度钢的抗拉强度为普通钢的2～3倍；耐腐性差。相比之下，铝合金在专用汽车轻量化新材料中更加具有以下优势：1、整备质量低。铝的密度低，只有2.7g/cm3，是同体积钢的1/3重量。铝合金材料在运输车上的应用，极大的减轻了其自重。如御捷马公司生产的13m铆接式铝合金厢式半挂车，与同类钢制材料半挂车相比自重减轻约3t，一个45m3的铝制半挂罐车，其自重可以减轻5t多。2、耐腐蚀、寿命长。铝合金具有较好的耐腐蚀性。用铝合金制造的(厢)罐体，部不需要涂任何防护层就可以运输各种液体和货物，从而保证了油品的清洁，减少了对货物的污染。根据欧美国家的经历，一般铝合金运输车辆的寿命周期一般在1520年，比普通钢制车辆寿命长510年。同时，由于铝合金耐腐蚀性好，可长期保持外表美观，车辆实际使用和维护本钱较低。而普通钢制材料车辆特别是拉煤半挂车，新车投入使用不久，就会出现锈蚀“溜黄汤〞现象，每年审验时都要做喷漆整容处理，增加了使用维护本钱，还给环境造成一定的污染。3、燃油经济性。根据欧洲铝业协会有关的研究报告，车辆每轻100kg，百公里油耗可降低0.6L，每节约1L燃油可减少CO2排放2.3kg。如果一部运输车减重3t，年行驶12万km，按一半的空载里程计算，每年可节省燃油10800L，可减少CO2排放量24.84t，充分显现出对能源的节约和环境保护的优势。4、有效承载增加经济性。根据我国颁发的道路平安法规定，交通运输车辆车货总质量不得超过55t。为了取得更好的经济效益，车辆轻量化，增加有效承载能力尤其重要。假设一辆运输车辆将自身减轻的3t重量，有效的转化为增加了3t货物，每年还是按12万km计算，按吨公里运输本钱0.5元，可为用户增加收入90000元/年，经济效益非常可观。5、回收价值高。由于铝合金具有较高的耐腐蚀性，在车辆到达强制报废年限，车体并没有很大的损伤，车体回收价值是原铝的85%以上。也就是说，一辆铝合金罐式运输车如果用铝材料5t，车辆报废回收至少可达8万元，具有较高的再利用附加值。而普通钢制运输车，车辆强制报废后，由于材料的耐腐蚀程度差，其车辆残值和再利用价值很低。6、加工工艺成熟。铝合金也是除钢铁之外第二大广泛应用的金属，加工工艺已经日趋成熟。MIG、TIG、电阻焊等焊接方法都可以用来焊接铝合金。同时，铝合金也可以进展弯曲、冲压和深拉加工。易于铆接工艺手段加工，强度和承载能力优于碳钢材料。二、铝合金专用汽车产品系列及其特点铝合金专用汽车产品主要有：铝合金厢式运输半挂车、铝合金翼开启厢式运输车、铝合金化工罐式车及冷藏保温车等系列产品。铝合金专用汽车造型美观，耐腐蚀，寿命长。1、铆接铝合金厢式车产品特点。无纵梁承载式车身构造设计；采用铆接工艺制作；厢体选用铝合金板材，耐腐蚀，寿命长；顶板为半透明玻璃钢板；采用空气悬架和无胎轮胎。2、铝合金厢式车产品设计特点。上、下边梁：采用高强度铝合金挤压成型材料。车身及外蒙皮：均采用铝合金材料，外蒙皮选用高强度预涂漆铝合金板，省去了现场的喷漆工序，有效的保护了现场作业环境和员工的身体安康。车顶：顶弓为铝合金或高强度热镀锌型材，设计为封闭构造，具有防下沉特性；顶蒙皮为整半透明玻璃板，便于厢采光，节约能源。行走局部：选用空气悬架，无胎真空胎，运输过程中可以有效的降低对货物、轮胎、公路路面和车辆部件的损伤。整车：充分表达了重量轻、节能环保、材料可回收在利用的优势。3、铝合金翼开启厢式车产品特点。侧栏板为铝合金型材，插铆接工艺制作；侧翼选用铝合金瓦楞板；侧翼可开启约90°，装卸效率高；手动或遥控液压控制，操作方便。4、铝合金罐式运输车产品特点。拥有国先进的罐体成型工艺装备和焊接生产线，选用优质铝合金材料焊接而成。罐体全部采用高强度铝合金板焊接而成；罐体均使用铝合金材料；整备质量低，比同类罐车轻约2t；耐腐蚀，寿命长；罐体部清洁度高。5、冷藏保温车产品特点。厢体采用德国技术和生产工艺，选用高性能硬质聚氨酯保温板，经过复合热压成型，板无任何金属骨架，整体强度高、保温性能好。厢体包边、顶角均采用用铝合金型材；厢可选装铝合金导轨和通风槽；整备质量轻，48英尺冷藏半挂车比同类产品轻2.8t。轻型冷藏车和微型保温车则作为短途分配性运输的主要工具而得到快速的开展。厢体构造向合理化方向开展，新材料将会不断的被利用。主要是聚氨酯发泡材料和铝板，表达了冷藏保温汽车所用材料的轻量化。以上铝合金运输车辆，从产品的制造构造形式来分，主要分为铆接式和焊接式两大类。一是铆接式：以厢式车为主，包括翼开启厢式车、铝合金厢式半挂车等。此类车辆根据车型的不同，所采用铝合金材料的比例也不尽一样，低的30%～40%，高的可达70%～80%。二是焊接式：以罐式车、半挂车为主，包括单车罐、半挂罐车、普通半挂车等。此类车辆制作主要以焊接形式为主，所采用铝合金材料的比例较高，局部产品所用原材料中铝合金所占比例可达90%以上。虽然目前铝合金罐车进入市场的数量还不是太多，但已初步得到了用户的承受，局部企业还拿到了国外客户的小批量订单。从目前罐式车的需求形势看，铝合金罐式车正在逐步得到用户的承受和认可，预计几年，将会呈现出良好的开展态势，也会展现出有着较大的开展空间。三、推广使用铝合金专用汽车意义重大专用汽车轻量化对节能减排意义重大。从能源角度讲，汽车燃油消耗在我国石油消耗中所占比例日益增大，有资料显示，目前我国进口的原油的近30%被汽车消耗掉，而今后汽车消耗原油量的比例将升至50%。汽车燃油消耗量增多主要有以下两方面的原因：一是我国经济持续开展，带动了汽车消费和保有量的大幅攀升；二是由于我国汽车技术水平相对落后，单车燃油消耗明显高于国外，目前生产汽车的平均耗油量大约为国外汽车高20%～30%，而摆在我们面前的现实部题是，我国石油资源和产量有限，无法满足国的能源消耗，近几年我国石油进口量逐年增多，对外依存度已超过40%，因此提高汽车的燃油经济性，从总体上控制汽车的燃油消耗，保护国家资源具有很重要的意义。根据国外的有关资料，车辆减轻自重10%，可降低油耗5%～8%，对于载货车来说，减轻自重还提高了有效载荷的质量，即增加了装载利用系数，可提高运输效率，在降低运输本钱，这相对来说也是降低了燃油费用。推广汽车轻量化是我国汽车工业开展的当务之急，对解决我国能源短缺，道路超载、运输效率低下具有很重要的意义。汽车轻量化实质上就是零部件轻量化。采用锻造铝合金车轮，可以很大程度减轻车的自重。比方，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。以目前我们经常用的钢质车轮计算，如果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，装上锻造铝合金车轮的卡车、客车、挂车可节省26%的轮胎消耗。由此可见，节能减排的效果多么明显。近几年，铝合金罐车已呈现出一定的开展势头。国局部改装企业采用铝合金材料，研发了不同车型和不同用途的铝合金罐式专用车。车型包括利用二类底盘改装的单车铝合金罐体、半铝和全铝半挂罐车等。根本用途涵盖了加油车、运油车、化工液体运输车和散装物料运输车等车型。专用汽车制造材料轻量化是当今汽车技术开展的方向世界各国的汽车企业围绕节能、节材、环保、降低本钱以及提高动力性、经济性、可靠性、平安性和舒适性等等根本性能，开展了新技术、新材料、新工艺、新产品的研究开发工作，其核心就是汽车轻量化。其主要意义表现在：一是降低燃烧消耗，增加汽车有效载荷，节省牵引动力，降低汽车运行费用。二是减少车辆对道路的损失，减少道路维护工作量。三是提高车辆的启动加速度及制动减速度，提高汽车的运行速度及曲线通过速度。随着全球能源和环境压力的不断加大，追求汽车轻量化将成为汽车产业的开展趋势，铝镁合金将是实现汽车轻量化的首选材料。欧美等兴旺国家铝制专用车的开发和应用已有30多年的历史，目前铝制运输挂车的普及率已经达70%。其他专用车辆，如工程车、载货车等也较普遍的采用铝镁合金材料，技术已经成熟，并向标准化、系列化、多样化开展。尽管近十年来，我国铝合金专用车得到不断的开展，但总体上仍尚处于起步阶段。目前，我国半挂车(厢式半挂车、仓栅半挂车、平板半挂车)社会保有量约300万多辆，专用车企业虽有局部品种的铝合金专用车进入市场，也得到了市场的承受，其铝合金运输车产品的市场份额仍然非常小。铝合金专用车在欧美兴旺国家已相当普及，但在我国铝制专用车之所以产销量小，开展缓慢，制约的主要因素有以下几个方面。(1)本钱高、价格高。以13m3轴仓栅半挂车为例比照分析，普通钢制材料的半挂车价格约为8万～9万元，而铝合金材料的整车价格约为19万～20万元，两者相差10多万元，差距较大，用户承受起来有一定的难度。(2)运输市场的不确定性。近几年，随着国家对超限超载车辆治理的不断加强，超载现象已明显好转，但超载现象仍时常存在，加之用户对新材料、新产品的承受需要一个过程，对采用铝合金材料的运输车辆的强度和承载能力存在疑问和顾虑。(3)产业政策的影响。由于铝合金专用车和普通钢制专用车在市场价格上差异较大，铝合金运输车辆要想求得快速开展，需要国家产业政策的扶持。据说国家已在研究和制定轻量化运输车辆的产业扶持政策，这对专用车行业将是个利好消息。四、铝合金专用车具有非常广阔的开展与应用前景今后一个时期，科技进步更将日新月异，生产要素流动和产业转移的速度将趋于良性循环，国国际两个市场、两种资源的相互补充，将为新材料、新产品的开展提供有利的外部环境。国市场随着国民经济总量构成变化，市场对专用汽车品种的需求格局将相应改变。目前，我国每年新增和更新半挂车数量30万辆，假设其中50%为铝制半挂车，每辆车平均用铝3t，再加上相关的挂车铝制配件，仅此一项每年的用铝量将远远超过50万t，必将拉动铝加工产业的快速开展。由此可以看出，今后专用车制造业将成为拉动铝材料产业不可缺少的支柱性行业。当前，世界汽车工业正面临越来越严峻的三大课题：能源、环保和平安。减轻汽车自重以降低能耗，减少环境污染，提高汽车的燃料经济性，节约有限资源已成为各大汽车厂最为关注的焦点。新型铝合金专用汽车将具有强劲的开展势头。汽车轻量化正是节约能源的最有效途径，汽车轻量化的主要途径有：(1)优化车型构造，提升整车构造强度，降低耗材用量。(2)采用轻质材料，如铝合金、瓷、塑料、碳纤维复合材料等。(3)采用计算机进展构造设计。如采用有限元分析、局部加强设计等。(4)采用承载式车身，减薄车身板料厚度等。其中，当前汽车轻量化采取主要措施之一就是材料轻质化，而铝镁合金的大量使用，又是实现车辆轻量化最有效的途径。根据欧美专用车市场开展历史经历来看，铝合金运输车将是今后中国运输车辆开展的必然趋势。国铝合金专用汽车今后将向以下几个方面开展：1、全铝化。运输车辆整体全铝化，主要车身和厢(罐)体采用铝合金的比例将到达90%以上，铝制车辆配件的比例也将不断提高，如半挂车的铝合金底盘、轮辋、支腿等。2、多品种、多车型。铝制车辆的车型、品种将不断丰富，首先将涵盖罐式车、厢式车系列，并逐步向工程车、载货车、特种车等产品延伸。3、专业化、标准化、系列化。铝合金运输车辆的生产厂家在今后一个时期将会逐渐增多，在市场逐步稳定后，将逐步形成一批专业化生产企业，其车型也将向标准化、系列化方向开展，并最终形成以专业化生产厂家为中心的产业基地。三、如何实现汽车50%的轻量化1.提高钢板的强度为了减轻车身质量，首先提高现有材料的强度，然后才能减少其使用量，其中之一的措施是提高车身骨架中的高强度钢板的强度。在高强度钢板中，目前车身骨架中使用最多的是冷冲压加工的440MPa级和590MPa级钢板。也有少局部厂家使用780MPa级和980MPa级高强度钢板。如果采用冷冲压方式，使用了1.2GPa级钢板；如果采用热冲压和冷拉延方式，使用了1.5GPa级的钢板。日产汽车公司的战略曾经指出“尽可能地使用钢铁件〞，于是在北美销售的InfinitiQ50(日本名称为skyline)大局部使用了高强度钢板，见图1。为了保护碰撞时乘客的平安，高强度钢板主要应用于中间支柱、侧顶盖等，它们都是1.2GPa级的冷冲压件，见图2，并且到达了与980MPa级钢板同等水平的加工性(延展性)，目前已经在中间支柱那样的车身骨架中得以实现。此外，Q50车还在车身骨架中的其它部位使用了780～980MPa级、440～590MPa级高强度钢板，与过去相比，车身质量减轻了11kg。图1

日产InfinitiQ50图2

高强度钢板的使用部位*钢铁公司的技术人员说：“把现在的热冲压加工的1.5GPa钢板变成冷冲压加工将是未来的目标〞。面向2025年，据说在2022～2023年期间可以实现1.5GPa级冷冲压模式，2025年以后实现1.8GPa热冲压加工模式。2.铁和铝合金的复合使用仅靠提高钢铁的强度，车身轻量化已到达了极限。未来考虑铁和铝合金的同时合理应用(也就是多种材料的同时运用)。德国戴姆勒汽车公司的新车型“**C级〞，白车身外表积中约48%(换算成质量约24%)使用了铝合金。前后面罩、翼子板、车门和顶盖都是铝合金件，而车身骨架采用热冲压和冷冲压加工的高强度钢板或者冷冲压加工的普通钢板，见图3。图3

C级车铝合金使用部位对于C级车来说，强度要求高的骨架需要使用高强度钢板，除外板外，其它部位使用铝合金。如果使用铝合金，其位置必须远离汽车的重心，或者是车体的上部使用。这种高强度钢板和铝合金的复合使用将在2020年以后得以实现，主要应用于C级中型车和D级以上大型车。丰田汽车公司2017年以后，方案在“凌志〞车上使用铝合金。*有色金属公司的技术人员说：“2025年前车身上部将全部使用铝合金材料〞。2025年以后，一局部平台也将使用铝合金。虽然车身骨架一般都使用高强度钢板，但是为了吸收碰撞能量，平台的前后部位也将使用铝合金。3.使用热可塑CFRP(碳纤维增强复合材料)尽管同时复合使用了钢铁和铝合金，但是车身的进一步轻量化还是有极限的。如果轻量化30%，通过复合使用铁和铝合金可以实现；如果轻量化50%，必须使用更轻的高强度材料，只有复合使用铁、铝合金和CFRP才能实现。德国宝马汽车公司2014年4月在日本发布了一款电动汽车i3，售价500万日元，首次采用了CFRP，主要应用部位在车身上部，称为“生活模块〞；铝合金主要应用于车身下部，称为“驱动模块〞，见图4。图4

宝马汽车公司i3车体构造通过铝合金和CFRP的有效组合，与同级别的汽油车相比，减轻质量大约140kg。据说，2020年以后500万日元级别的车将采用CFRP。但是，要想把CFRP做成零部件，i3车尽管使用了RTM(树脂传递模塑成型)技术，成形时间也需要花5分钟以上。目的是把热固化性好的环氧树脂应用于树脂粘结剂中去。要想在量产车中运用，成形时间必须控制在1分钟左右。为了使CFRP部件在1分钟完全成形，必须在粘结剂树脂中使用热可塑性树脂。帝人公司与通用汽车公司共同开发了热可塑性CFRP，并把该CFRP用于试制的汽车骨架上，见图5。粘结剂树脂中含有PA(聚酰胺)和PP(聚丙烯)树脂。图5

热可塑性CFRP试制车关于1分钟可使热可塑性CFRP成形的技术，以东京大学工程组为主也展开了研究；与此同时，在日本NEDO(新能源产业技术综合开发机构)的推进工程中，成立了以三菱纤维公司和东洋纺织组为主的工程组和以东莱(TORAY)公司为主的工程组，正在开发连续与非连续的碳纤维毛坯。名古屋大学针对经济产业部的研究工程，成立了“国际复合材料研究中心〞，以2020年进入实际运用为目标展开研究。热可塑性CFRP可以运用于货箱隔板、地板、侧围板和发动机等构造比较复杂的部件中，据说2020年以后这些部件将被实际运用。4.生产线下线涂装CFRP以外的树脂部件以轻型车和微型车为主正在普及使用。大发汽车公司2014年6月发布的新车型COPEN的车身外板由13个树脂部件构成，其中，顶盖和后车窗除外，其它的11个部件可以更换，见图6。这些部件都是下线后涂装的，然后用螺栓固定在车体上。图6

COPEN车树脂外板件马自达汽车公司与三菱化学公司共同开发了生物工程塑料，不需要涂装就可以用于外装部件上。生物材料的自然着色效果超过了涂装之后的ABS传统树脂的质感(可以深层次调色，并且光滑性如镜面一样)，见图7。该公司采用该树脂制作的装和外装部件将在2015年发布的新款运动跑车(ROADSTER)中采用，随后依次在量产车上采用。图7

由生物材料制作的树脂中间支柱2020年以后如果普及使用下线涂装树脂和本身不需要涂装的树脂的话，外板涂装工艺就会从汽车装配线上消失。另外，2025年如果实现了汽车无人驾驶的话，由于首先解决了汽车之间不会碰撞的问题，所以车身骨架构造将变得更加简单。四、国产载重卡车轻量化开展趋势浅析卡车行业因为混合动力、电动和燃料电池等新能源汽车技术的应用困难重重和前景不明，故轻量化成为目前重卡行业节能减排最现实而又最有效的技术措施。随着中国经济开展及城市化进程的加快，低碳生活的逐步树立和深入人心，节能减排、绿色环保政策法规的逐步建立和实施,资源节约型、环境友好型社会建立步伐的加快，汽车节能已经成为汽车产业开展中的一项关键性研究课题，具体表现在国物流整体向“高效率、高科技、高环保〞方向开展。汽车轻量化是社会整体水平提升、运输效率提升的表达。减轻汽车自身重量是提高汽车燃油经济性、降低汽车CO2排放的有效措施之一。尤其在卡车行业因为混合动力、电动和燃料电池等新能源汽车技术的应用困难重重和前景不明，故轻量化成为目前重卡行业节能减排最现实而又最有效的技术措施。实现卡车的轻量化是一个优化车辆设计构造系统工程，它涉及整车、发动机、悬架等各个领域，甚至包括新材料以及新技术的应用。从根底设计上通过优化构造及合理使用新材料、新技术，在不降低承载能力前提下实现的整体轻量化。汽车车身约占汽车总重量的30%，空载情况下，约70%的油耗用在车身重量上。汽车重量每降低100公斤，每百公里就可节油0.6～1.0升。假设汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高8%～10%；假设滚动阻力减少10%，燃油效率可提高5%；假设车桥、变速器等装置的传动效率提高10%，燃油效率可提高7%。因此，在中国式计重收费和“乱收费乱罚款超载治理〞情况下，一辆轻量化卡车对于整车的燃油经济性、车辆控制稳定性、碰撞平安性都有实际重要性，载货车卡车轻量化已经形成开展大趋势。然而在此情况下，对有些卡车生产企业来说，所谓“轻量化〞还是个偷换概念过程，如在技术还达不到要求的情况下，通过减少钢板厚度、减少配件数量等等偷工减料，外表看是实现了轻量化，但却越过了平安底线，更何谈轻量化。与此同时，在乱罚款乱收费治理超载问题得不到解决的情况下，载货车的轻量化必定要走入误区。在市场竞争因素的综合作用下，谁能够在保障质量的前提下有效地降低卡车自重，实现轻量化，将是未来各大车企抢夺市场的制高点。现从各卡车厂商推出的新产品来看，复合材料在整车所用材料中的比例逐渐提高，大量使用复合材料是必然的趋势。在实现轻量化的设计途径上，一是优化车辆构造，二是在优化产品构造的根底上应用新材料。前者属于低级阶段，后者属于高级阶段。自重成为选车的主要的因素。即使价格稍高，自重轻的卡车也会成为客户的首选。因为自重轻的卡车不仅拉得多跑得快还省油，所以更受欢送。一、轻型卡车轻量化开展趋势我国轻卡在产品技术方面开展的趋势主要在以下几个方面：第一，节能技术，用车经济性是客户和国家最直接可获利和可感知的性能；第二，平安性，包括主动平安和被动平安，这是必过的门槛；第三，低公害，包括排放标准要求的不断提高，减振降噪等，也是必须过的门槛；第四，功能性，包括容载量，动力性，可靠性、耐久性，驾驶、装卸、维修方便性，乘坐舒适性，这些都是竞争的因素；第五，电子控制、车联网信息技术的应用；第六轻卡制造技术开展的主要趋势为新材料应用、新工艺、新流程、新装备、新工具等。此外，从近三年可以看出：轻卡的增量构造将会发生明显变化，轻卡正向高技术方向开展，新材料、轻量化、数字化、网络智能化、舒适化、功能多元化、乘用车化和人性化方向开展，主要表达为低噪声、平安可靠、皮实耐用、维修便捷、节能低排放、多功能以及新能源的使用。从轻卡产品开展趋势上看：1、在动力系统设计上，已普遍采用增压中冷装置与高压共轨，优化改善了燃烧性能，使发动机的性能与燃料经济性得到很大的提高，这提高了发动机与整车的匹配性，使得车辆的动力输出更为强劲、加速性好，又符合了国家的对柴油机型发动机的排放标准。动力公司如康明斯、索菲姆、菲亚特、曼恩、纳威斯达等发动机，均采用电控涡轮增压高压共轨发动机、燃油与燃烧优化、智能电控、排放处理、滤清系统五大等核心领先技术。此外，重型发动机延伸至中轻卡，如中国重汽集团杭发公司首台MC05发动机直列四缸、水冷、四冲程、增压中冷、高压共轨发动机。动力系统采用电控涡轮增压成趋势，是自主动力最强、重量最轻、体积最小的发动机，可满足国Ⅳ排放标准，同时具备升级到欧Ⅴ、欧Ⅵ排放潜力的发动机，成为市场竞争的利器。如奇瑞开瑞绿卡搭载全新设计轻质量缸体、缸盖的美国康明斯ISF2.8发动机，没有缸套，最终形成的总成干重仅为214kg，并配上全铝合金壳体的德国ZF变速箱，不仅重量轻，而且强度非常高。2、驾驶室造型设计上，轻卡窄体、中体、宽体及双排、排半、单排驾驶室更趋势于乘用车化前脸造型更趋向于立体动感凌厉，整体显得更加大气厚重。前大灯组更加饱满犀利，吸纳欧美钢性线条元素，转角处保持日系车圆润饱满基因。缓冲装置采用乘用车型或分断式吸能缓冲保险杠。此外，整车可翻转液压驾驶室悬置、隔音、隔热减震材料等细节品质上，都提供了堪比轿车的品质呈现。3、功能性设计上，集成电子油门、助力转向、离合助力、电动空调、电动车窗等轿车化舒适配置，靠拢乘用车标准。如液压减震座椅、定速巡航等多项轿车化配置。ABS制动防抱死系统，感载比例阀加排气蝶阀制动为标准配置设计，其优化独立储气单元，包括枯燥器，四回路保护阀，螺旋冷却管，多彩色管路等系统。4、车身车架设计上，在车型设计上，宽〔窄〕体驾驶室、长〔短〕轴矩、长〔短〕车身、加强型底盘、大动力、高速重载与车联网等，已经成为轻卡研发的大趋势与未来市场的主流产品。采用高强度的铆接大梁和抗腐蚀车架等等，这些新设计可以有效增强车辆的轻量化和高速行驶中的稳定性与平安性。此外，摒弃传统的钢板材质，采用全新设计的竹胶板与钢制外板相螺接的新式钢制/胶木构造货箱，在实现轻量化的同时也确保了承载力。二、中重型卡车轻量化开展趋势1、采用单层车架大梁相比钢板弹簧，车架的重量更大，有效减轻车架重量，将会大大的减轻整车的整备质量。随着设计水平、制造工艺的提高，材料性能的提高，单层车架在标准载荷的工况下是完全可以胜任的。2、采用变截面少片簧构造板簧变截面少片簧是由几片纵向方向上变截面的板簧组成的，不但可以减轻重量，还可以通过减少板簧间的摩擦而提高驾乘的舒适性、延长使用寿命。另外采用橡胶悬挂或者空气悬挂也可以减轻悬挂系统的重量。3、使用复合材料驾驶室是采用复合材料最多的总成，尤其是外覆盖件：前面板、包角板、翼子板、保险杠，甚至顶盖，都使用了大量的复合材料。这样一方面有效的减轻了整车重量，另外一方面由于复合材料成形性好，造型构造上较金属冲压件可以更复杂、更加美观、尺寸更加准确。目前国产重卡仍偏好全钢构造的驾驶室构造，这主要和中国重卡的恶劣工作环境有关。从近年来各重卡厂商推出的新产品来看，复合材料在整车所用材料中的比例逐渐提高，大量使用复合材料已成为一种必然开展趋势。4、使用铝合金材料铝合金比钢材密度小，因此在一些复合材料无法替代的部位，使用铝合金材料，包括钣金件和铸造件。铝合金钣金件最有代表性的就是油箱，油箱采用铝合金材料，不但自重减轻，而且油箱不易生锈，免除定期清洗的麻烦。车身也可以采用铝合金代替冷轧钢板。轮辋、发动机机体、变速器机体等，也可以大量采用铝合金铸造，可以在保证有足够强度、刚度的同时，最大限度的减轻重量。5、使用高强度钢材使用高强度钢板，可以减薄钢板厚度，从而减轻重量。欧美重卡，重卡使用的钢材几乎100%是高强钢。以前国产重卡采用高强度钢板的比例较少，最近几年逐渐广泛使用，甚至自卸车的车厢都开场使用高强度钢板，以提高厢体强度、减轻自重。6、使用拼焊板驾驶室由钢板冲压焊接而成，由于各部位的构造和受力情况不同，因此不同部位的钣金件也会采用不同牌号的钢板，一辆重卡的驾驶室可能采用几十种不同牌号、不同厚度的钢板。然而随着CAE技术的开展，经过模拟实验和分析，可以计算出同一个钣金件的不同部位的受力情况，为了减轻一些零件局部的不必要厚度，激光拼焊技术应运而生。激光拼焊技术是将经不同外表处理、不同钢种、不同厚度的两块或多块钢板通过激光焊接方法，自由组合成为一块钢板。7、采用铸造件。传统的冲焊构造零件，由于材料和制造工艺的限制，各部位只能是等厚度的，为了确保零件的整体强度和刚度，冲焊件往往都比较厚重。构造件可以通过有限元软件进展CAE分析，对构造进展优化，根据各部位的受力情况设计成复杂的变厚度、变截面的构造，在保证有足够强度的前提下最大限度的削减不必要的局部厚度，从而大大减轻零件重量。8、采用真空轮胎和超宽轮胎。采用真空胎和超宽轮胎也能在一定程度上降低自重。与传统轮胎相比，真空胎不但减少了胎，轮辋的构造也相应减少了，整车全部换成真空胎，行驶阻力小，能够在一定程度上降低油耗。重卡的驱动轮一般都用双轮胎，如果改为超宽单轮胎，不但能够减少轮胎数量，还能减少轮辋的数量。另外超宽单轮胎的接地面积不比双轮胎小，除了能够降低自重外，还可以提高行驶稳定性、防止双轮胎的“吃胎〞现象。此外，真空胎在轮胎穿孔的情况下，胎压不会急剧下降，完全能继续行驶，大大提高了高速行驶的平安性，而新式钢制/胶木构造货箱具有耐磨、耐腐蚀、减震和抗震功能，对于外来碰撞所造成的变形能自动修复，运送精细仪器和易碎货物更平安。9、整合零件功能、减少零件数量整合所有零件功能、将多个零部件集成，实现零部件的多功能，减少零件数量，使其构造更加紧凑，也可以在一定程度上减轻整车重量。例如：将油箱和工作台踏板结合，将油箱与SCR的尿素罐结合等。五、实现汽车轻量化的途径今天汽车赖以“生存〞的汽油燃料提取自石油，它的储量正在日益减少，但人们也未必会因此在燃油上花费高价，因为到2025年，汽车的平均燃效将到达50英里/加仑。不过，汽车本身的油耗并不会自动下降，这都是靠着工程师开发的新技术而实现。则，提升汽车燃效或者说降低油耗的方式有哪些？目前看来，轻量化是最有效的手段之一，据悉，汽车每减轻10%的重量将降低油耗6-7%。汽车行业在轻量化技术上的进展也是有目共睹，从30年前一辆普通轿车的4500磅〔2041千克〕的平均重量降低至现在的3000磅〔1361千克〕左右。“轻量化〞只是一个广泛的概念，它设计到构造、材料、布局等等方面，本文将总结5项能够让汽车变得更轻的技术。1、轮毂电机汽车中最占重量的是什么部件？毋庸置疑，显然是发动机。发动机缸体、活塞、曲轴等各种组件均由坚强度材料制成。它们需要经受住发动机运行时的高压与高温。而其缺陷在于这些组件的重量非常大，一辆普通乘用车的发动机至少重几百磅。当汽车行驶时，发动机的转动能量由变速箱传递两个或四个车轮上，实现这个过程则还需要传动轴以及更多的零部件，同样会增加汽车的重量。而假设采用轮毂电机的布局，则可以省去动力总成中的大局部组件，例如发动机与变速箱。轮毂电机直接安装在车轮部。米其林和汽车公司Venturi在2010年合作推出了一款VenturiVolage概念车，其中就采用了轮毂电机方案，米其林将其称为主动轮系统〔ActiveWheelSystem〕。该系统的强大之处在于，车轮不仅有电机，甚至连电子制动系统、主动悬架系统也都包含在。2、塑料材质塑料在我们日常生活中随处可见。现在，研究者正在通过各种方法令塑料的应用变得更广泛，同时使其强度变得更高以在更极端的环境下适用。美国Polimotor研制的塑料发动机材质比传统全金属发动机重量要轻30%。除了发动机以外，我们还能在汽车饰中见到它，例如车饰板、中控台面板甚至是车外的前后保险杠、侧裙、侧视镜外罩等。全世界每年约有250万吨的塑料水瓶被遗弃，现代QarmaQ概念车的车身则是从这些废弃塑料瓶中进展提取而得。将来*一天，当你看到一辆由塑料制成的汽车时请不要惊讶。3、碳纤维碳纤维对于汽车行业来说并不陌生，它一开场应用于航天飞机中，接着在赛车中应用，令他们再赛道上拥有更灵活的身姿。而现在，我们在一些高端汽车中也已经能见到它们的身影，例如宝马i3。这类材料的强度与钢材一样，但重量仅为其一半，为铝材的70%。其构造与玻璃纤维类似，但强度却远远高于后者。则为何我们目前仅能在极少数的车中看到这类材料呢？原因是本钱过高，具体表现为生产周期长、生产工艺复杂。雷克萨斯、宝马、三菱等众多车企如今都在进展广泛的研究，试图找出降低碳纤维生产本钱的方法，使其能够真正令汽车受益。宝马集团多年前就在其车辆上应用了复合材料和碳纤维织物。M系列车型的屋顶采用了赫氏公司的He*Force®NC2®碳纤维增强材料，拥有无卷曲产品专利制造技术，该技术使用单向带满足产品所需的强度和刚度。雷克萨斯的工程师将来自丰田汽车公司的传统编织方式转变为精细的三维碳纤维编织法，既有利于更准确的质量控制，又为此项工程技术在未来产品中的应用打下了坚实根底。4、小型化汽车电池对于混合动力甚至纯电动车来说，有什么方法能够对其进展减重呢？许多车企的做法是从提供驱动能量的电池着手。最早的时候，人们利用铅酸电池为电动车供电，原因在于它的电极材料容易获得，制造简便。随着技术进步，镍氢电池诞生，它相比铅酸电池来的更轻，并且容量也更大，在混动车中有广泛应用。而随着燃效与环保法规收紧，车企希望通过电动车来到达最新的标准，则，即便镍氢电池的大容量也已无法达标。镍氢电池的能量密度与相对应重量的石化燃料能量密度无法比较。此时锂电池的身影逐渐映入工程师的眼帘，其由于高能量密度的特性被视为更有潜力的电池种类。不过其缺点在于，长时间暴露在高温下容易起火甚至爆炸。虽然发生此类情景的概率不高，但在汽车这类产品中，一次起火事故足以阻碍其开展。美国麻省理工学院的研究者正在试图通过替换电极材料来提升锂电池的稳定性。从目前看来，锂电池仍会在很长一段时间作为电动车的首选动力源。5、线控系统提到电气化车辆〔electricvehicle〕，人们自然而然就会想到依靠电机驱动车轮。而电气化车辆的另一层含义在于传统车机械系统被电子线束系统所替代，电子线束系统比传统机械部件要轻的多。汽车行业提出的“*-by-wire〞指的就是线控传动、线控制动、线控转向等系统的总称。除了能够减轻重量之外，线控系统的最大优势在于可以提升操控准确度。线控技术最先用于战斗机，一度成为了F16战斗机的标配。随后逐渐沿用至商用飞机，最后也出现在了汽车上。线控系统占据车的空间更小，意味着设计是有更多的设计自由度，车舱的空间也能更宽裕。然而，并不是每个人都喜欢电气化程度更高的系统，他们担忧汽车会像今天的电脑一样发生软件错误。实际上，这样的担忧是多余的，因为即便是机械系统，它同样有其特定的问题，例如磨损、腐蚀、断裂等等。随着时间的推移与应用率的提高，人们最终会承受这工程前来说还有些“不靠谱〞的技术。六、现在是开展汽车轻量化最好时代需要车企共同努力从汽车设计本身而言，无论是设计、材料、工艺还是制造环节，都在强调轻量化，现在是开展轻量化最好的时代。汽车轻量化是汽车全产业链共同的事情，需要汽车企业努力，还需要行业联盟和政府的支持。不久前，我国的千吨级T700碳纤维试生产线开场运转，长期以来高度依赖进口的高性能碳纤维在我国实现了自主化制备，其产品不仅有望替代进口，而且生产本钱具有国际竞争力，大规模国商业运用在即。如此，包括碳纤维在的高性能纤维对汽车等运输工具的减排降耗的奉献或许将得以实现。近年来，各大车企争相布局新能源汽车，行业竞争日益剧烈。而对汽车实现轻量化，将有助于局部企业取得先发优势。要实现轻量化，高强度钢、铝合金、镁合金、工程塑料、复合材料等都是目前比较好的选择，而作为节能和新能源汽车的核心技术，每项材料又各有优势与技术难点。轻量化最好的开展时代从汽车设计本身而言，无论是设计、材料、工艺还是制造环节，都在强调轻量化，现在是开展轻量化最好的时代。轻量化在这个时代提出来，有很多根本性的原因。经过100多年的开展，