汽车轻量化培训PPT课件(51页)

轻量化设计的基本思想
在不降低性能的前提下，通过结构的优化，先进的工艺及轻质的材料应用，同 时兼顾性能，质量及成本三大因素，达到最优轻量化目的，实现经济效益最大 化。
轻量化设计的步骤
汽车轻量化
作为有效的节能手段，汽车轻量化技术已经成为汽 车工业发展的重要研究课题之一。汽车轻量化是国 家节能减排战略的紧迫需要，更成为车企和全行业 提高核心能力的现实需求。轻量化技术无论对传统 汽车，还是新能源汽车，都是一项基础的共性技术。
----------------------------------- 前言
其中：F 为行驶阻力；G 为车重；f 为滚动阻力系数；α为道
路坡度；δ为汽车旋转质量换算系数；m为汽车质量；Cd 为风阻系
数；A 为迎风面积；v 为车速。
•
等速百公里燃油消耗量：
Q s P e b /1 .0u a 2g C/F Tb
其中，C为常数；F为行驶阻力，F=Ft+Fw
ห้องสมุดไป่ตู้低油耗
•汽车行驶阻力越大，耗油越多。汽车行驶阻力包括滚动阻力、爬坡阻 力、加速阻力和空气阻力等四项，从上式可以看出，其中前三项均与 车重成正比。经验数据显示，空气阻力约占行驶阻力的25％。目前， 减少这部分阻力的措施通常有：流线型车身、全粘接挡风玻璃、隐蔽 式雨刮器、下地板全封装等。这些措施能将风阻系数降到0.3 ，但这 已到瓶颈，其进一步减小的可能性只能寄希望于更为流畅低矮的车身。 只是这样不仅需要巨大的技术与资金的投入，且不适用于要求空间宽 敞的日常用车，因而应该将目光转移到其它的阻力因素上。而剩下的 75％，即滚动阻力、爬坡阻力、加速阻力，从公式可以看出，均与车 重成正比。因此，减轻汽车质量，就成为减轻阻力从而节约燃油的重 要措施。
（2）改善性能
•( 2）改善性能：汽车轻量化，有利于改善汽车的行驶、 转向、加速、制动等运动性能和排气性能等多方面的 性能。其中，发动机的轻量化还可改善前轮荷重分担 率，进而改善汽车的操纵稳定性，还可为降低噪声、 振动、实现大功率化创造条件。同时还有利于减轻部 件振动和降低噪声，提高舒适性能，对于某些承载件， 其承载的重量减轻，有利于降低元件疲劳，提高耐久 性。例如一辆重量1543 kg的汽车，若车重减轻25% ， 可使该车加速到60 km/h的时间从原来的10 秒减少到8 秒。
汽车轻量化设计实际上是功能改进，质量降低， 结构优化和合理价格的结合。
汽车轻量化设计与整车性能之间关系
注：此统计数据来源于通用小轿车统计
汽车轻量化对汽车技术的不断发展起到了重要作用
• （1）降低油耗：
•
汽车行驶方程式为：
•
F =G·f+G·sinα+δ·m·a +Cd·A·v² / 21.15
•
6%—8%，汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可
降低0.3—0.6升；汽车重量降低1%，油耗可降低0.7%。
当前，由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世
界汽车发展的潮流。
降低油耗是实现节能减排的有效手段
研究表明 ,约 75 %的油耗与整车质量有关 ,降低汽车质量就 可有效降低油耗以及排放。目前 ,大量研究表明 ,汽车质量每下降 10%，油耗下降 8 % ,排放下降 4 %。美国在欧洲全顺车的实验 表明 ,在满足欧 Ⅳ 标准条件下 ,每百公里油耗 Y与自重 X满足以 下关系
(3)波及效果
•( 3）波及效果：汽车各部分的质量是相互关联 的。例如，发动机质量的减轻，使有关底盘部分 也 可以相应地减轻，即汽车整车减少的质量将大 于发动机减少的质量；又如，车身零部件的轻量 化，使支承它的行驶系统（车架、车桥、车轮、 悬架等）负荷减小，尺寸和质量即可适当减小， 发动机和制动器也可相应减小、减轻。通常，当 平衡系统中某个部位质量减少1 kg，给予整个系 统的波及效果是质量减少K kg ，称K 为增长因子， K 值因部位而异，汽车的K 值在1.5 ～2.0 之间。
降低油耗
汽车自身质量对燃油消耗的影 响
除空气动力学阻力之外 ,车子运动的 各类阻力都和车子质量呈线性关系
各类车型的燃油效率与车身自重的关系
诸多乘用车，车重减少 100 kg, 每升油多行驶 1 km
结果表明，轻量化对汽车节能减排具有重要意义
降低油耗
车重与燃油利用率的关系
油耗与CO2排放关系
• 实验证明，若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提
改善动力性
汽车行驶方程式为： Ft=Ff+Fi+Fw+Fj
其中：Ft 为行驶阻力；Ff滚动阻力；Fj为加速阻力； Fi为坡道阻力；Fw为空气阻力。
Ft —Fw/G=Ψ+δdu/gdt 令Ft —Fw/G=D,D为汽车的动力因数，表示
扣去空气阻力后单位车重得到的驱动力。动力因数 越大，汽车的动力性越好。因此降低了汽车质量， 相应动力因数增大，汽车的动力性增强。
汽车轻量化 英文名称：Lightweight of Automobile
• 定义：汽车的轻量化 ，就是在 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。
• 主要指导思想：在确保稳定提升 性能的基础上，节能化设计各总 成零部件，持续优化车型谱。
Y = 0 . 003X + 3 . 3434 (1) 对商用车的研究表明 , 汽车质量每减少1 000 kg,油耗可降低 6 %～7 %。油耗的下降 ,意味着 CO2 ,氮氧化物 (NOx)等有害气 体排放量的下降。据报道 ,在美国汽车质量如果减少 25 % ,燃油 消耗按减少13 %计 ,一年可节省 2 . 7亿桶石油 , 每消耗 1 L燃油 , 将产生 CO22～2 . 5 kg。 因此燃油消耗的降低 ,就意味着温室气体和其他有害气体排 放的下降。
汽车轻量化
汽车轻量化不能以简单的减重多少来衡量，必须 与所设计车身的尺寸和功能相关 • 对于已有的功能可满足要求的汽车，轻量化的设 计是降低重量而保持原功能不变，其轻量化的效 果是直接的减重； • 现有功能尚不能全部满足要求或需要提升的汽车 ，轻量化设计是完善功能而保持质量不变； • 既要提高改进性能，同时也使汽车减重。