关于《汽车轻量化》有关文献的阅读报告.doc

有关汽车轻量化技术文献阅读报告引言：汽车轻量化技术的内涵是指：采用现代设计方法和有效手段对汽车产品进行多种优化设计, 或采用新材料在满足汽车正常工作的各项要求前提下, 尽可能降低汽车产品的自身重量, 以达到降重减轻、节能减排、操控便捷、安全舒适等综合指标。1 汽车轻量化技术的发展状况早在二十世纪初期，参与赛车运动的赛车就由赛车运动协会提出了重量上的限制，这也成为世界上最早的汽车轻量化事件。这项规定也为汽车轻量化以后的快速发展提供了一个良好的开端。自此，汽车零部件开始出现钢板冲压件，来替代以前经常使用的圆管材料，底盘及车架、车身等零件的制造往往采用这些钢板冲压件。到了上世纪中叶第二次世界大战后，德国大众公司开始将轻量化措施大量应用在汽车设计和制造上，特别是将镁合金材料第一次使用在“甲壳虫”车的发动机和变速箱壳体上，这一创举为今后轻量化技术的发展开启了历史新纪元。然而，当时汽车轻量化技术还没有得到人们足够的重视。直到二十世纪70年代之后，随着全世界范围石油危机的爆发，也随着汽车设计、制造工艺技术及汽车材料技术的发展，人们才开始逐渐重视汽车轻量化技术的研究，并开始逐步应用在汽车产品上，汽车轻量化技术才得以长足发展。时至今日，安全、节能、环保已成为提高汽车竞争力的一个永恒话题。轻量化是汽车技术发展的一个重要趋势，受到越来越多的关注和重视。一方面，轻量化是节能减排的需要。轿车的自身质量每减轻10，燃油消耗可降低68。燃油消耗的减少，既能降低能耗，又能减少污染物的排放。另一方面，轻量化也是汽车技术发展的要求。日益苛刻的整车安全法规和消费者对汽车越来越多的功能需求，要求汽车设计者不断地增加各类附件，以满足安全、排放、舒适性、可靠性、智能化等要求，并在零件数量不断增加的同时减轻其质量。总之，汽车轻量化技术已在汽车领域得到了广泛应用，已成为行业的共识，并且，汽车轻量化成果也日趋显著。2 实现汽车轻量化的措施汽车轻量化要求在保证汽车整体质量和性能不受影响的前提下,应最大限度地减轻各零部件的质量,努力谋求高输出功率、低噪声、低振动和良好的操纵性、高可靠性等，并尽量降低燃油消耗,减少排放污染。通过轻量化技术的内涵可知,汽车的轻量化主要通过结构优化设计和使用新轻质材料两大措施来实现，此外还有先进的制造工艺等。 2.1 结构优化设计 目前国内外汽车轻量化技术发展迅速,主要的轻量化措施之一是结构优化设计。所谓结构优化设计，是指设计者在全部可能的结构设计方案中，利用数学手段，选取其中最优方案的一种设计方法。它包括拓扑优化、尺寸优化、形状优化以及多学科优化等。 结构优化设计已经融合到了汽车设计的各个阶段。特别是在现代汽车工业中,人们将CAD /CAE /CAM 一体化技术运用到汽车设计和制造的各个环节，大大改善了汽车的轻量化设计、制造。运用这一技术不仅可以对汽车总体结构进行分析和优化,来实现对汽车零部件的精简、整体化和轻质化，还可以准确实现车身实体结构设计和布局设计,以便对各构件的开头配置、板材厚度的变化进行分析,并可从数据库中提取由系统直接生成的有关该车的相关数据进行工程分析和刚度、强度计算等。目前，具体合理结构设计措施有以下3个方面: （1）通过结构优化设计,减小车身骨架及车身钢板的质量,对车身强度和刚度进行校核,确保汽车在满足性能的前提下减轻自重。 （2）通过结构的小型化,促进汽车轻量化,主要通过其主要功能部件在同等使用性能不变的情况下,缩小尺寸。 （3）采取运动结构方式的变化来达到目的。比如采用轿车发动机前置、前轮驱动和超轻悬架结构等,使结构更紧凑,或采取发动机后置、后轮驱动的方式,来达到使整车局部变小,实现汽车轻量化的目标。 2.2 使用新型轻质材料现在汽车轻量化设计中使用轻质材料的方法主要包括采用轻量化材料和轻量化材料成形技术两方面。轻量化材料是指用来减轻汽车零部件质量的材料，当前已应用于汽车工业的轻质材料可分为两大类：一类是低密度轻质材料，如铝合金、镁合金、钛合金、塑料和复合材料等；另一类是高强度材料，如高强度钢和高强度不锈钢等。而轻量化材料成形技术是指为了满足高强度材料的应用，以及实现零件集成化设计需要所采用的技术。目前，应用较为广泛的有激光拼焊板技术（TWB）、热压成形技术（HPF）和液压成形技术（HF）等。每种轻质材料各具特色，各有优缺。如铝合金材料机械性能强，耐腐蚀性、导热性好，但它价格比较高，难于焊接加工；而镁合金材料密度很低、强度与质量比很高，但其铸造性差，后处理工艺复杂,且镁产量较低、成本高等。因此，为了更好的满足现代汽车轻量化的要求，人们也在不断地研究各种轻质材料的性能，力求找到性能更优异的轻质材料来满足当今社会的需求。 2.3 先进制造工艺 在大量采用高强度钢、铝镁合金、塑料和复合材料等轻量化材料来实现汽车轻量化的同时，与之相匹配各种先进制造工艺也得到了广泛应用。所谓先进制造工艺是指：采用新材料生产汽车零部件所需的特殊加工技术，主要有先进的材料连接技术、零部件表面处理技术等。如激光拼焊板技术实现同一板材不同处的结构强度要求不同，板材厚度也不同。既保证强度要求，又能节约板材，减少车身重量；用于高强度钢板冲压件的热冲压成形工艺；用于车身结构连接的胶接和胶焊工艺等，另外，液压成型技术（HPF）等也是车身轻量化先进制造技术发展的新方向。3 汽车轻量化的评价指标 就目前而言，对于汽车轻量化技术水平的评价尚没有统一的评价指标。各汽车厂家为了提高自身产品的市场竞争力，在满足相关法规要求的前提下，不断地减轻整车质量、降低油耗、改善操纵性能，在车身设计方面，设计师们已经开始对轻量化指标进行探索了。车身轻量化技术指标能给车身开发提供一个方向性的指导，但在行业内尚未形成一个高度认同的指标。目前应用较为普遍的几种车身轻量化指标如下： （1）车身轻量化系数（Light Weight Index）； （2）车身最低屈服强度 ； （3）制造车间关键指数（Key Bodyshop Figure）； （4）车身单位体积质量。4 汽车轻量化技术的未来研究方向 4.1 在结构优化设计方面汽车结构的尺寸优化、形状优化和连续体拓扑优化等技术已逐步发展成熟并得到广泛应用，但汽车结构的多学科、多目标优化设计方法、离散杆系结构的拓扑优化等方法，还有待进一步研究和完善。4.2 在轻量化材料的应用方面变形镁合金、新型塑料和纤维增强复合材料具有较大的应用潜力；另外，由于单一材料难以最大程度地满足汽车结构的轻量化要求，研究多种材料混合结构的设计理论、方法和相应工艺，在汽车不同部位采用不同的材料，充分发挥各种材料的优势，可以实现选材与零部件功能的最优组合，这种多材料一体化设计理论和方法将成为汽车轻量化技术的研究热点。4.3 在工艺研究方面液压成型、激光焊接等技术将得到更为广泛的应用，热成形工艺的应用将得到进一步发展。此外，零部件的轻量化将得到重视。而且，各种轻量化技术是相辅相成的，充分发挥不同轻量化手段的优势，研究汽车材料选择、结构设计和工艺设计的系统化和集成化方法，即轻量化技术的系统化和集成化，也是未来汽车结构轻量化技术的研究方向。5 总结随着人们对汽车安全性、舒适性、环保性以及经济性等要求的提高，汽车安装空调、安全气囊、隔热隔音装置、废气净化装置、卫星导航系统等越来越普及，这无形中增加了汽车的质量、耗油量和耗材量，也导致了大量能源的消耗、汽车尾气排放的增加等。而汽车轻量化技术对汽车工业的可持续发展具有重要意义，不仅关系到车辆的节能减排、安全、成本等诸多方面，同时也对世界能源、自然资源和环境具有深刻的影响，它已成为汽车设计和汽车材料应用技术发展的主导方向。但目前汽车轻量化技术还处于不完全成熟的阶段，很多难关有待我们去攻克，很多方面值得我们去不断探索研究。 主要参考文献【1】李朝晖，杨新桦 汽车新技术M.重庆: 重庆大学出版社，2012.【2】冯国胜，杨绍普.车辆现代设计方法.北京：科学出版社，2011.【3】刘伟燕，王书伟.轻量化技术在汽车车身上的应用 J.汽车工程师，2011.【4】张式程.汽车轻量化技术及其发展趋势 R.长沙：湖南大学，2011.【5】陈力禾.汽车轻量化之镁 R.第7 届CAE 年会汽车论坛（昆明），2011-07.【6】沈建东，王镝.车身轻量化技术策略的研究和应用 J.上海汽车，2012.【7】陈军 镁合金在汽车工业中的应用分析 J.材料研究与应用，2010.【8】王利, 陆匠心. 汽车轻量化及其材料的经济选用 J.汽车工艺与材料, 2013.【9】王广勇, 王刚. 高强度钢在汽车轻量化中的应用 J.汽车工艺与材料, 2011.【10】詹志强. 铝合金汽车车身板应用现状及需求前景 J.有色金属加工, 2012.【11】王丹.