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汽车轻量化评价方法与指标

2020-4-23 12:02 3434 0
简介
【汽车轻量化在线】随着轻量化技术的应用,如何评价一款汽车的轻量化水平成为急待解决的问题。对于汽车轻量化水平的合理、准确评判对于指导汽车产品正向设计、制定相关法规以及出台国家鼓励政策等具有重要意义。因此 ...

汽车轻量化在线】随着轻量化技术的应用,如何评价一款汽车的轻量化水平成为急待解决的问题。对于汽车轻量化水平的合理、准确评判对于指导汽车产品正向设计、制定相关法规以及出台国家鼓励政策等具有重要意义。因此,轻量化评价指标的研究成为近年汽车轻量化技术领域研究的热点之一。目前,汽车轻量化评价指标包括评价车身和整车两大类的指标。

1. 车身轻量化评价指标

1)车身轻量化系数

车身轻量化系数最早由宝马汽车提出,是目前行业广泛接受的轻量化技术水平评价指标之一,其定义见下式。

式中:L为车身轻量化系数,数值越小,轻量化水平越高;M为白车身骨架重量,不含四门两盖,kg;CT为包括挡风玻璃的油漆车身静态扭转刚度,Nm/°;A为车身脚印面积,等于轴距与前后轮距的投影面积,m2。

由上式可知,若减小车身轻量化系数,可以通过提高刚度或降低白车身重量来实现。若车身的重量不降低或降低很小,可通过提高车身的扭转刚度来实现车身轻量化系数的减小。显然这种方式不是轻量化初衷,不能实现整车重量的真正下降。车身轻量化系数仅可作为一个参考指标,不是评判一个车身轻量化水平的绝对指标,但对于比较同一款车型的轻量化改进有很大的比较意义。总体来说,车身轻量化应该朝着降低车身重量和提高车身刚度两个方向去努力,同时兼顾车身的安全和舒适性。

2)车身单位体积重量

车身单位体积重量是指在整个白车身的空间中单位体积的重量,其计算方法见下式。

式中:m为白车身的重量,kg;L、W和H分别为白车身的长、宽和高,m。

3)轻量化指数

马鸣图等提出了轻量化相对量的评价方法,通常轻量化是与原标杆车相比较时的相对值,因此为了更直接地反映轻量化的效果,为了消除轻量化系数L的量纲,提出了轻量化指数Li作为表征轻量化效果的指标,即

式中:L1 和L2代表轻量化设计前后的车身轻量化系数。

2. 整车相关的轻量化评价指标

目前整车轻量化的评价方法与指标国内外尚未达成广泛共识,已公布整车级的轻量化评价指标包括以下几种。

1)莲花汽车的名义密度

式中:D为名义密度;M为整备质量,kg;V为车身的体积,其还对体积的测算进行了详细的分类,对于轿车和SUV分别采用式5和6进行测算。

式中:H为车高;B为轴距;W为车宽;L为车长。

2)轻量化综合评价指数E

路洪洲等从汽车多目标设计优化的角度出发,将汽车轻量化评价指数与整车重量、车身重量、车身扭转刚度、车身一阶频率、整车被动安全性能、整车油耗关联起来。轻量化综合评价指数E按照下式计算。

式中:E代表轻量化评价指数;mBody代表车身重量,含四门两盖,不带前后风挡玻璃,kg;CT和A同式1;F为车身一阶(扭转)频率,Hz;[CNCAP]代表C-NCAP星级评分。

E值越小则轻量化水平越高,同时引入了整车整备质量-综合工况油耗的关系进行修正。并提出了一个1~5星的汽车新车轻量化评价规则。

3)整车轻量化技术水平评价指标E'

汽车产品要满足客户使用要求,并且有一定的产品特性指标。作为一款汽车产品,仅仅要求其重量很轻,而忽略其他性能,是不符合客户需求的。轻量化的主要目的之一就是通过汽车轻量化来提高燃油经济性,但同时兼顾安全性、耐久性等性能。奇瑞李军等人在式8的基础上进行了修订,引入油耗和发动机的性能指标,提出新的整车轻量化评价指标E',见下式。

式中:E'为整车轻量化技术水平评价指标,

单位为

M为汽车的整备质量,kg;F和CT同式7;Q为百公里综合油耗,按照GB/T 19233-2008轻型汽车燃料消耗量试验方法测算,L/100km;V为名义体积,等于长×宽×(高-离地间隙),m3;P为发动机的功率,kw。

由式可知,要E'值减小,需降低整车的名义密度(M/V)和油耗,同时提高发动机的功率、整车安全性([CNCAP])、舒适性(CT、F),这也是轻量化的一个重要要求。用一个数学的方法反映了汽车轻量化要求和轻量化工作的目标。如前所述,上述评价指标中引用的技术指标(如CT和F等)一般都是不公开的数据,汽车企业内部产品开发时获取相关技术指标,可以用于与对标车进行轻量化水平的对比分析。

4)乘用车整车轻量化系数(CSAE 115-2019

2019年10月29日,中国汽车工程学会正式发布团体标准《乘用车整车轻量化系数计算方法》(T/CSAE 115-2019),该标准由汽车轻量化技术创新战略联盟组织提出,奇瑞汽车牵头,联合国汽轻研院、中汽研、长安汽车、中信金属、小鹏汽车、江淮汽车、北京新能源、上海汽车、爱驰汽车、华晨汽车、大乘汽车、一汽、吉利汽车、东风汽车等10余家重点整车企业及研究机构共同研制完成。

 

本标准提出的整车轻量化系数,主要由名义密度(W/V)、重量比功率(W/P)和脚印油耗(Q/A)三个指标的乘积构成,体现了轻量化的核心价值,在保证汽车综合性能指标的前提下,重量(相对)轻,动力性能好,更加节能。上述参数均是根据汽车产品公告信息获取,依据相关国家或行业的技术标准测量,保证评价结果的公正性和权威性。同时结合汽车企业轻量化工程开发和行业主管部门相关政策制定等应用场景,提出了推荐性的应用方法。

Lv——整车轻量化系数 

M——汽车的整备质量,单位为kg,以公告数据为准;

P ——发动机最大功率,单位为kW,由于发动机搭载不同整车的控制策略差异,以搭载车型的公告数值为准;

A ——脚印面积,单位为m2,依据脚印面积定义进行计算,各参数定义依据GB/T 3730.3,测量方法依据GB/T 12673

V——名义体积,单位为m3,依据名义体积定义进行计算,最小离地间隙测量时车辆为空载,参数定义参考GB/T 3730.3,测量方法依据GB/T 12673。车身高度推荐为空载状态下,不含行李架的车顶最高点与地面的高度,无测试条件下可参考GB/T 3730.3的定义;

Q——百千米综合燃油消耗量,单位为L/100km,以被评价车型的公告数据为准。

燃油乘用车的整车轻量化系数计算过程及评估案例见附录A

本标准从乘用车产品的客户和市场需求角度出发,可用于评价节能汽车产品的轻量化水平,指导汽车企业轻量化工程开发的重量目标设定。政府或行业主管部门也可基于此系数的计算方法制定轻量化节能汽车产品的引导性政策。


标准下载地址:https://www.autolightweight.com/thread-56846-1-1.html


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