新材料与工艺手册

[重量管理与轻量化开发] 汽车轻量化在整车开发中的应用

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发表于 2020-6-14 21:54:46 | 显示全部楼层 |阅读模式

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汽车轻量化在整车开发中的应用
张昕
(江铃重型汽车有限公司 山西太原 030032)
摘 要:自进入21世纪以来,我国的社会经济获得了突飞猛进的发展,社会主义市场经济体制也日益完善,这在很大程度上促进了我国汽车行业的发展,据不完全统计从2010年至今,我国汽车的总产量位居世界第一。汽车在便利人们生活出行,极大地改善和提高人们生活的质量的同时,其对燃油方面的排放、环境的保护、增加交通压力以及安全隐患等方面带来了巨大的威胁,节能减排和安全性能的提高已经逐渐成为现代汽车所重点关注的问题。然而,汽车轻量化在一定程度上可以实现汽车的节能减排和性能提高,目前来说已经成为现代汽车行业普遍所关注的焦点,同时也是各个主机厂竞争的关键所在。
关键词:汽车轻量化 整车开发 应用

所谓的汽车轻量化,主要是在确保汽车的安全性能和强度稳步提高的同时,能够使汽车整备的质量获得显著降低,从而使得汽车的动力性有所提高,在燃料方面的消耗有显著降低以及减少对大气的污染。科学研究表明,汽车的整体的质量减少一半,则在燃油方面的消耗相应的也会减少一半。随着社会发展的需要,节能环保已经逐渐成为汽车行业发展的重要趋势,而汽车轻量化的主导思想是在本着安全性能稳步提高的前提下,实现对各总成零部件的节能优化设计,从而实现对车型谱的全面优化。换言之,汽车轻量化已经逐渐成为当汽车行业发展的主要潮流。

1 确定汽车轻量化的技术路线

在进行整车开发的过程中,轻量化技术路线往往会受到诸多条件的影响,如,市场的定位、工厂的规划、公司平台以及设计计划等,因此,在初期就需要对新材料和新工艺的应用进行合理的绘画设计,以此来更好地满足汽车轻量化的具体要求。

1.1 汽车轻量化设计

第一,在概念阶段设定科学合理的整备质量对于有效控制后期车型成本的变化和可行性目标的实现具有非常重要的作用。然而,重量的设定在汽车开发过程中通常是逆向过程,在概念阶段通过对科学的分析将与整备质量目标相关的重量范围精确的计算出来。

第二,待确定整备质量的目标确定后,便需要将公司现有的生产工艺与量产车型的单位质量成本有机结合起来,从而实现对当下现有工艺水平、汽车整备质量以及成本进行科学推算。同时,通过分析和比较现有车型的整备质量目标,明确车型成本所对应的技术路线之间的关系,并以此作为合理选择汽车轻量化技术路线的重要依据。

第三,汽车轻量化作为一个系统化的工程,并不是简单地针对某个零件的单独减重,局部重量的变化在很大程度上深深地影响着汽车其他的部位,这也就是经常所所说的汽车重叠加效应,如,车身质量的减重,会有效降低燃油系统和动力系统的质量,且所谓的灵敏度分析主要是对整车相应部位重量和性能的有效分析。总而言之,在对整车进行轻量化设计的过程中,应该加强对汽车轻量化技术手段和路线、质量和性能灵敏度分析的重视。

1.2 汽车轻量化材料的选择

所谓的轻量化材料主要是指密度低、强度高,且应用整车上面后能够有效地提升单位面积承载质量的新型材料,如,高强钢、非金属材料以及与铝合金镁合金为代表的轻质合金等。现如今,国际上对轻量化材料的使用有了明确的法律规定,例如:生命周期的排放要求以及回收的性能等,新材料的使用在很大程度上对于汽车的节能减排、安全舒适度以及对抗现有的能源危机、环境危机等具有十分重要的作用,逐渐成为汽车材料的重要方向。因此,我们要在汽车总成本最低的情况下,在确保总质量成本的最小化、性能最优化的基础上,科学合理地选择新型材料,从而能够保证材料性能的有效发挥且材料性能过剩的情况不会出现。现如今,国际上关于汽车材料应用的主要趋势为多种材料的优化组合,高强化和轻质化是其最主要的发展方向。

2 汽车轻量化的制造工艺

选择合适的材料是确定轻量化技术路线之后的重点工作,然而轻量化的制作工艺作为一项专业的技术手段在很大程度上能将设计与材料有机结合起来使其成为一种产品,在一定程度上实现了材料与结构之间的衔接。同时,轻量化制造工艺应用水平的高低体现了轻量化的实际水平。液压和热压成型、先进的连接技术塑料微发泡工艺以及复合材料的纤维增强等都是其最主要的制造工艺。

伴随着社会经济的发展,人们的生活水平较之前有了很大地提高与改善,人们对于汽车的要求显著提高,相应的汽车在轻量化方面的设计要求也获得了明显提升,汽车轻量化制造过程中更为先进的工艺不断地涌现出来,同时通过对原有技术的不断改进和完善,可生产材料的强度获得了明显提高。如,超高强度的生产强度一般在在1 200 MPa以上的,可以在门槛和地板横梁的部位进行广泛应用,这也是现代科技技术发展的一大进步,但是在具体的操作过程中还是存在着许多不足,需要不断地对其改进和完善。

但是,先进制造工艺的应用并不是一帆风顺的,它会受到诸多因素的影响,如,成本、设计和设备等。简而言之,轻量化制造工艺在汽车中的应用,有利于节能减排目标的实现,在促进汽车性能的有效提升、产品生产周期的缩短、复杂结构和强度的实现以及带来巨大化轻量化效应等方面都具有非常重要的意义。

3 汽车轻量化实现的有效途径

汽车轻量化实现的有效途径一般包括结构的优化设计、强度高密度低材料的使用以及先进轻量化制造工艺技术的应用。汽车轻量化和整车的刚度、NVH等相互矛盾,基于对能源、环保以及成本等重要因素的考虑,需要最大限度地实现汽车轻量化重要目标,但是要把握好度,轻量化过度不仅会造成汽车制造总成本的显著增加,并且刚度方面也会出现明显下降。因此,结构的优化设计便逐渐成为汽车轻量化的重要环节,可以利用最低的成本实现性能的最佳化,也可以获得最明显的减重效果。同时,在结构优化方面必须必备经验丰富且理论实践水平较高的设计工程师,以此来进行合理的开发,实现结构的最优化设计。

强度高密度低材料的使用与先进轻量化制造工艺技术的应用作为两种有效的汽车轻量化的途径,在具体的设计过程中对于成本非常敏感,因此,在进行大批量生产的汽车行业中,迫于对成本的敏感性逐渐使众多汽车制造企业在新工艺和新材料额度使用过程中变得小心翼翼。尽管降低整车的质量是汽车轻量化的终极目标,但是减重的多少并不能以此来作为重要的评价依据,其真正有效的评价还需要将车型设计的尺寸和性能等综合起来考虑。

4 结语

近年来,随着社会发展的需要,能源短缺的形势越来越严峻,节能环保已经逐渐成为汽车行业发展的重要趋势。汽车轻量化可以在确保汽车的安全性能和强度稳步提高的同时,能够使汽车整备的质量获得显著降低,从而使得汽车的动力性有所提高,在燃料方面的消耗显著降低,有利于节能减排目标的实现和环境保护。

参考文献:

[1] 刘会强,杨红新,熊飞.汽车轻量化在整车开发中的应用[J].汽车与配件,2013(10):40-42.

[2] 张勇,李光耀,孙光永,等.多学科设计优化在整车轻量化设计中的应用研究[J].中国机械工程,2008(7):877-881.

[3] 赵敏.汽车侧碰安全性设计关键技术研究[D].湖南大学,2012.

[4] 张继游,门永新,彭鸿,等.稳健性和轻量化在整车侧面碰撞性能优化中的应用[J].汽车安全与节能学报,2013(4):339-347.

[5] 莫荣生.浅谈轻量化树脂材料在汽车饰件上的应用[C]//“广汽传祺杯”广东省汽车行业第八期学术会议论文集.2015.


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