汽车轻量化解决方案—全铝车身结构设计

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1、汽车轻量化解决方案—全铝车身结构设计           伍成祁摘要： 解决汽车节能环保的问题，有提高传统燃油发动机的能效、发展新能汽车、应用轻量化技术三个方向。比较以上三种技术路线，在当今发动机技术提升难度日益加大、动力电池效率不高的背景下，不论对传统燃油汽车，还是新能源汽车，汽车轻量化技术都是一项共性的基础技术。大力发展并推进汽车轻量化技术，成为节能、减排的主导之一。而实现汽车轻量化技术又有三个技术途径：一种“轻量化材料”要通过一种“轻量化工艺”来实现一种“轻量化结构”。关键词：汽车轻量化 全铝车身  型材截面优化Stiffness Mass Efficient 由于世界能源的随时枯竭与环

2、境的日益恶化，世界各行各业都积极行动起来，根据政府的优惠政策与民众的强烈要求，在节能、环保方面进行了高投入研发其高效节能、积极环保的产品。汽车产业首当其冲，其汽车零部件的制造，迁联到能源、钢材、铝材、合金、塑料、橡胶、玻璃、化工、机械、电器、信息等各行各业，对汽车节能环保的要求，就是对其它相关行业的要求。对汽车进行轻量化结构的研究，要联系相关行业的专业知识，进行综合性的研究。一、汽车轻量化的目的就汽车产业而言，根据汽车产品的特点，降低油耗或提高燃油效率、减少或清洁排放对环境的污染，是节能环保研发的主要目的。从全球汽车产业来看，解决汽车节能环保问题主要采用以下三种方式：一是大力发展先进发动机技术

3、，通过对传统发动机的改良和一系列汽车电子技术的应用，来提高燃烧效率，改善燃油经济性。二是大力发展新能源汽车，通过研发先进新型发动机技术和推广使用气体燃料、生物质燃料、煤基燃料、高效电池等动力替代传统能源来减少汽车燃油消耗和对石油资源的依赖。三是大力发展汽车轻量化技术，在保障汽车安全性和其他基本性能的前提下，通过减轻汽车自身重量降低能耗来实现节能减排的目的。比较以上三种技术路线，在当今发动机技术提升难度日益加大、动力电池效率不高的背景下，不论对传统燃油汽车，还是新能源汽车，汽车轻量化技术都是一项共性的基础技术。大力发展并推进汽车轻量化技术，成为节能、减排的主导之一。汽车的轻量化，英文名：Ligh

4、tweight of Automobile，涵义是“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。”世界节能与环境协会的研究报告指出：汽车自重每减少10％，燃油消耗可降低6％—8％，排放降低5%—6%。而燃油消耗每减少1升，CO2排放量减少2.45kg。燃油消耗量减少不仅有利于节约能源，也可有效减少污染物排放。当前，由于节能和环保的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。伴随着技术进步，制造汽车车身的材料已经不仅仅是钢铁了，越来越多的新材料被应用到车身的制作中。其中包括：玻璃钢、铝合金、碳纤维、塑料、高分子复合材料等等。

5、这些相对于钢铁比重要低得多的轻质材料，为实现汽车轻量化成为了工程师们的考量选材。二、汽车轻量化的实施在实现汽车轻量化设计时，首先必须要确保其整体汽车结构达到国家的汽车安全标准，其次确保其使用性能达到或超越传统钢制车身的要求。汽车轻量化设计与整车的安全性是一对矛盾体，如果为了满足各种法规的要求，保障乘员的安全，就应提高车身结构的抗弯强度、抗扭强度、侧翻强度、碰撞吸能等特性；如果为了汽车的燃油经济性、减少排放等因素考虑就应减轻车身的质量。因此汽车车身轻量化是在保证汽车整体性能不受影响、确保车身强度、刚度和模态等结构特性要求的前提下，来减轻车身质量的一种设计趋向。所以要求汽车轻量化设计要充分地从材料

6、分析、结构力学、生产工艺、人体工程、工业设计、交通运输、经济效益等众多各不相同的学科紧密地联系在一起进行综合性研究开发。汽车车身轻量化的实现，主要包括轻量化的材料使用和轻量化的结构设计，以及轻量化的制造工艺这三个方面。前者是车身轻量化的主流，即采用轻量化的金属和非金属材料，主要是采用高强度钢材、铝镁合金、工程塑料、碳纤维、新型玻璃、陶瓷和各种复合材料；后者是利用 “以结构换强度”的结构优化设计和有限元分析等方法，通过改进汽车结构，使部件薄壁化、中空化、小型化、模块化及复合化等以减小车身骨架、车身蒙皮等零部件的质量来达到轻量化目的。实际上两者是紧密相连的，往往采用轻量化材料结合轻量化结构设计，在

7、性能不降低的前提下获得汽车车身的轻量化。 但是，一种 轻量化材料结合轻量化结构的设计方案，还需要一种优良的制造工艺来保证其完善实施。也就是说一种轻量化材料要通过一种优良的制造工艺来实现一种轻量化结构设计。因此，轻量化制造工艺显得特别重要。　　总之，汽车轻量化的实施，还需要通过试制样车，进行试验，总结设计经验，对其轻量化设计结构进行优化与完善。汽车车身轻量化设计中的结构优化包括：型材截面优化、连接工