汽车轻量化2016讲述.ppt

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。 定义 意义 据研究，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%。从绝对量来说，汽车质量每降低100kg，每百公里可节约0.6L燃油。 主要途径 一、通过结构的合理、精准化设计，对车体的主要承力部件进行加强、非主要承力部件进行合理的弱化，在性能满足的前提下尽量减小传力通道截面大小，合理、精细化的选用材料板厚等来实现结构轻量化设计。 二、使用新材料替代普通钢材来实现轻量化设计，比如用铝合金、GFRP（玻璃纤维增强塑料）和CFRP(碳纤维)等密度更小的新材料来代替钢材来实现轻量化设计，比如用强度更高、板厚更薄的热成型材料（热成型材料本质上还是钢材）代替普通高强度钢来减少加强结构零件的数量实现轻量化设计。 主流轻量化材料 　　既能保证车体结构的性能，又能大幅度降低车体重量的材料，目前行业内普遍使用的是碳纤维、铝合金、镁合金、工程塑料等密度较小的材料。这些材料在车体结构中的使用，轻量化效果非常明显。以铝合金车身的福特F150为例，车身实现了40%以上的减重，整备质量降低了300kg。车身采用碳纤维和铝合金粘连工艺而成的宝马i3，轻量化效果更为明显，作为纯电动车型整备质量却只有1195kg，相比同尺寸的常规车型来说，都要轻了150Kg左右。 在整车中，质量最大的组件为动力系统、底盘系统以及车身，这3大系统的总质量达到整车质量的83%，其中车身质量占比为28%。 据预测，汽车材料铝化率达到60%在经济上是可取的。近年来，发达国家汽车用铝大幅提高，全球汽车平均用铝量1978年仅50kg/辆，2008年上升到107kg/辆，增长了1.14倍；估计10年后可以提高到300kg/辆，在发达国家更是可以提高到320kg/辆。近年来奥迪、捷豹路虎、福特等都使用了全铝式的车身结构，铝合金已经成为了一种比较理想的轻量化材料。另外，铝合金还可以按照添加合金的不同和比例的不同以及制造工艺的区别，应用在车身、车架、制动盘、发动机气缸体、气缸盖、活塞、进气歧管、摇臂、发动机悬置支架、空压机连杆、传动器壳体、离合器壳体、车轮、制动器零件、把手及罩盖壳体类等地方。 应用 铝合金在汽车中各系统的使用比例可以见下图，主要使用是在车身和底盘系统部件中 车用轻量化新材料使用成本 　　目前国内每吨车用冷轧汽车板材的成本在5000~9000之间，而每吨铝合金的材料成本高达4.5万左右，碳纤维的材料成本则更高，每吨约在80万左右，又因为其较高的成型废品率问题，让很多中低端车型在碳纤维的使用上更是望而却步。所以目前采用铝合金、碳纤维等新材料作为车身主结构的车型售价基本都在40万以上，铸铝件则较早就在发动机壳体、悬架摆臂、副车架等底盘和动力系统部件上使用，因所占车型开发成本比例较小，搭载车型级别不一。 近年来，能源与环境的危机加速了各国政府对汽车行业的产品能耗和排放的严格控制。到2020年，除美国之外的全球主要的汽车生产与消费国家和地区对乘用车燃油油耗的要求都将严格限制在5L/100km以下的水平，而且碳排放也更为严格（国内在2020将采用国Ⅵ的排放标准）。 2016 这迫使新能源汽车技术和汽车轻量化设计成为了目前改善能耗问题的两大必要途径。 * * * 所谓的全铝车身，实际是铝合金车身而并非是纯铝车身。而且目前量产的铝合金车身的车型中，主流还是采用铝合金和钢制的复合结构：上车体的A柱上边梁、B柱加强板、车门防撞梁、机舱前挡板下部加强板或者前纵梁后段等与碰撞安全相关的主要承力结构件依然会采用热成型钢板，比如宝马7系、凯迪拉克CT6等都是钢铝复合车身。目前行业内并没有完全的铝合金车身，即便是号称全铝的特斯拉，铝合金的使用率实际也只是98%，车体中也使用了其他复合材料，比如非天窗版的顶盖板采用的是树脂材料等。 * * * OEM使用新型轻量化材料还会涉及到传统生产线设备的改造，四大工艺中冲压、焊接、涂装生产线基本都需要面临着工位的大幅改造或者重建，动辄几亿的投入对于目前很多还处在温饱线的自主品牌来说，更是心有余而力不足。其次是铝合金、碳纤维等材料供应链在国内也较为稀缺，铝板的供应商也仅有江苏的诺贝丽斯和天津神户等工厂，并且能供应全系铝板的也仅有诺贝丽斯一家，目前主要给捷豹路虎等高端车型供货，碳纤维的主要供应商为日本的东丽和帝人，占据了全球的大半份额，但是碳纤维的加工工艺技术最先进的是德国。 * * * * * * * * * * * * * 2007年起，中国汽车工程学会（简称“中汽学会”）在科技部和中国科学技术协会的支持下