汽车车身节能技术课程教案.doc

汽车车身节能技术课程教案 教学目的和要求： 了解车身造型发展的历史、车身结构轻量化设计TWB，以及优化车身结构轻量化设计和车身结构轻量化材料的发展趋势。掌握汽车空气阻力分析方法，熟悉降低空气阻力系数CD的途径。 本章重点： 掌握汽车空气阻力分析方法，降低空气阻力系数CD的主要措施和途径。 本章难点： 汽车空气阻力分析方法。 教学时数：4学时 教学内容要点： 第一节车身造型 一、车身造型的发展 马车状汽车 厢型车 甲壳虫型 船型 鱼型 楔型 子弹头型 二、车身造型设计的空气动力学概念1.汽车空气阻力系数 汽车所受到的气动力和气动力矩主要包括相互垂直的三个分力和三个绕轴的力矩。即：车身纵向气动阻力(x轴方向）；车身侧向气动阻力(y轴方向）；车身垂直方向的气动阻力（z轴方向）；纵倾力矩（绕y轴）；侧倾力矩（绕x轴）；横摆力矩（绕z轴）。 2.汽车阻力特性 空气阻力所消耗的功率与车速的三次方成正比，就是说在车速低的时候，空气阻力功率消耗所占比例不大，在车速高的时候，空气阻力将是主要的阻力。 1）汽车阻力分类 气动阻力可分为外部阻力和内部阻力。 2）压差阻力与表面摩擦阻力 压差阻力和表面摩擦阻力的本质来自于气流的粘性。 3）诱导阻力 诱导阻力是伴随升力而产生的阻力成分，表示为： 式中：—诱导阻力系数； λ—宽长比（总宽／总长）； β—修正系数。 3.降低空气阻力系数CD的措施 u 改善轿车前端形状 u 改善后窗倾角和车顶拱度 u 正确选择离地间隙 u 放置扰流板 u 优化发动机舱内流场 三、车身造型设计的发展趋势 目前世界上较为普遍的改善汽车造型的空气动力性能方法主要有： ? 车身造型进一步强调空气动力化。 ? 发动机的布置形式。 ? 设置前、后扰流板等气动力学附加装置，改善气流的流动状况。 ? 车身乘员舱仍要处于前后轮之间，地板要尽量降低，以获得较大的室内空间及开阔的视野，保证乘员的舒适性和安全性。 ? 优化车身细部外形，以减少车身表面的凹凸面和突起物。 第二节车身结构轻量化 一、车身轻量化技术概述 当整车质量减轻10%时，汽车的燃油经济性可提高3.8%。 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。在结构设计方面可以采用前轮驱动、高刚性结构、超轻悬架结构、部件薄壁化、中空化，小型化及复合化等来达到轻量化的目的。在用材方面可以通过材料替代或采用新材料来达到汽车轻量化的目的。目前主要是采用高强度钢材、铝镁合金，工程塑料和各种复合材料进行汽车轻量化设计。 二、车身结构轻量化的途径（一）车身结构轻量化设计 1.变截面薄板及其在车身制造中的应用 激光拼焊板（Tailor Welded Blanks，TWB）的含义：TWB是根据车身设计的强度和刚度要求，采用激光焊接技术把不同厚度、不同表面镀层甚至不同原材料的金属薄板焊接在一起，然后再进行冲压。 连续变截面板（Tailor Rolling Blanks，TRB）的含义：TRB通过一种新的轧制工艺―柔性轧制技术而获得的连续变截面薄板。TRB连续变化的截面提供了有利于后续成型加工的可能性。 2.TWB与TRB的比较 1）减重效果 均较好 2）机械性能和应用效果 TWB在沿长度方向上的硬度有跳跃式的变化,使后续的成型加工不便；焊缝无法彻底掩盖，不适宜用作车身外覆盖件材料，一般只用来制作内覆盖件或支承结构件。TRB具有较好的机械性能，沿长度方向硬度变化平缓，具有更佳的成型性能；零部件厚度可以连续变化，以适应车身各部位的承载要求；其表面变化是连续、光滑，可制作车身外覆盖件。 3）工艺复杂程度 TWB可通过激光焊接工艺进行任意拼接；焊缝及其附近会产生局部硬化，需要一道热处理工艺来消除硬化效应，从而加大了工艺复杂程度。TRB不存在TWB的焊缝问题，但受轧制工艺和轧机设备的限制，其厚度变化只能发生在板料的初始轧制方向上；此外，无法把不同金属材料的板料“轧制”在一块整板上。 3.TRB应用中尚需解决的问题 车身覆盖件压模具的设计 变截面薄板在冲压过程中的变形和材料流动性 板料回弹问题： （二）车身结构轻量化材料的选择 l 使用密度小、强度高的轻质材料，像铝镁轻合金、塑料聚合物材料、陶瓷材料等； l 使用同密度、同弹性模量而且工艺性能好的截面厚度较薄的高强度钢； l 使用基于新材料加