汽车轻量化设计的技术路线分析

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1、汽车轻量化设计的技术路线分析28第6期客车技术与研究BUS&COACHTECHNoL0GYANDRESEARCH汽车轻量化设计的技术路线分析刘青(东风汽车公司新能源汽车事业平台,武汉430056)摘要:通过工程实际,从多个角度分析汽车轻量化设计的多种技术路线.并对各种技术路线的效果进行初步总结.关键词:汽车;轻量化设计;技术路线中图分类号:U462.2文献标志码:B文章编号:1006—3331(2011)06—0028—03TechnicalRoadmapAnalysisofAutomotiveLightweigh

2、tDesignLIUQing(EVBusinessDept.ofDongfengMotorCorporation,Wuhan430056,China)Abstract:Bytheengineeringpractices,theauthoranalysestechnicalroadmapsofautomotivelightweightdesignfromvariousaspectsandsummarizesapreliminarycomparisoneffectamongthetechnicalroadmaps.Keywor

3、ds:automobile;lightweightdesign;technicalroadmap轻量化是提高汽车燃油经济性,减少尾气排放,节约材耗的有效手段.研究显示,若汽车整车重量降低10%,燃油效率可提高6%～8%;汽车每减少100kg,百公里油耗可降低0.3～0.6L.轻量化对环保也很有好处,车辆每减轻100kg,CO排放量可减少约5g/km.轻量化对于制造企业和消费者都是有益的.轻量化设计的技术路线有很多种.随着各种技术的发展,轻量化设计的方法和手段也在不断增多.本文根据工程实际,对汽车轻量化设计的技术路线进行总结

4、分析,以期达到以尽可能少的成本和周期投入,得到最大的轻量化效果.1技术路线分析1.1材料替代1)替代以高强度材料.主要以强度更高,密度相近的材料替代为主.商用汽车底盘乃至整车的质量中,车架占有很大的比例.车架的轻量化就显得很重要.以东风货车和客车为例,车架纵梁和横梁的材料以DL510为主,其强度相当于16MnREL.基于钢铁厂的新材料发展,已经开始采用DL590的钢板替代,强度提高了20%,相应地可以减小纵梁和横梁的截面尺寸,减小壁厚,达到车架总成轻量化的目的【lJo随着钢铁冶炼等技术的提高,强度更高的钢板也在试验和小批量

5、使用之中,如DL700,DL800等,可以进一步降低车架的重量.在客车上,车身骨架与蒙皮占整车重量的比例更高.在等强度设计条件下,采用高强度钢板可以减少板厚及重量,钢板厚度分别减小0.05mm,0.01mm和0.15mm时,车身分别减重6%,12%和18%.采用高强度钢板还能提高汽车车体的抗凹陷性,耐久强度和大变形冲击强度安全性[2].除了板料之外,大量的支架类零件以铸件占有比例最高,使得铸件的轻量化也成为关注的重点之一.通过热处理等措施,使材料金相改变,从而提高零件的强度,刚度或韧性,也可以降低零件的重量.比如奥贝球铁(

6、ADI),不仅强度比铸钢等材料提高,其密度比钢要低.ADI的密度为7.1g/cm,而钢的密度为7.8g/cm.,同样尺寸的零件比钢件轻10%.某商用车采用ADI替代铸钢件,并针对ADI件高强度特点,对14个悬架类零件进行重新设计.表1为ADI材料替代的轻量化效果,总重量减轻近40%,效果显着.2)替代以轻质材料.在乘用车上,以铝材替代钢材已经试验和应用得比较多嘲;在大客车上,以铝材来制造侧舱门,国内也开始应用,并占有较大的比例,可以使车作者简介:刘青(1970一),男,高级工程师;东风汽车公司新能源汽车事业平台总监助理.第

7、6期刘青:汽车轻量化设计的技术路线分析29身的重量降低.乘用车上,发动机整机采用轻量化缸体缸盖全铝化设计,使整机重量大大减轻;与铸铁发动机相比,全铝合金发动机的重量可以轻一半.而在商用车上,发动机的部分部件采用铝合金,也已经进入应用装车阶段.表1ADI材料替代的轻量化效果零件ADI重量/kg铸钢重量/kg减重比例/%前悬架上横臂10.252559.00前悬架下横臂32.466449-28前悬架上弹簧支架21.2834.638.50后悬架下弹簧支架20.7433.1637.45后悬架下横梁9_3250.6l81.58除了铝合

8、金之外,镁合金,工程塑料和各种复合材料(包括金属基和非金属基)的应用,也是轻量化材料替代的大方向.玻璃纤维增强塑料(FRP)等新品种已随着技术的成熟而正在扩大应用,主要用于车身的外装件和功能件,也可用于车门,发动机罩,前格栅,翼子板,保险扛骨架,门柱护板,通风百叶窗,导流罩等近20种板件.PMI泡沫夹心