汽车轻量化技术

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
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
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汽车质量的减少 ,会减小动力和动力传动系统的负荷 ,可在较低
的牵引负荷下表现出同样或更好的性能。Lotus公司证明 ,簧载质量
汽车轻量化技术
2010-5-28
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
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主要汽车生产国轻量化与改善燃油效率值的策略
日本
2010年燃油效率提高
美国
贯彻执行企业平均燃油 效率CAFE政策。 以PNGV（新一代汽车 合作 计划）计划推动 3L/100km 车的开发 （2004年） 加州2009年起达成CO2 的企业平均限制法。
欧洲
汽车业自我限制，2008 年新车 的平均CO2排放标准为 140g/km (5.9L/100km)
铝型轿车AuDi A2,汽车自身质量只有895~990KG。商用车的自身质
量也在减少，以意大利依柯维商用车为例，2004年其驾驶室的质量 已降为960KG，减少40%。
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主要汽车生产国对策
影响美国最深的当属“平均燃油效率标准”（CAFE）与“新一
代汽车共同开发计划”（PNGV）。PNGV计划于1993年开始实施，政
均质量为1520KG；90年代初下降至1475KG；90年代末下降至 1230KG；1985~1995年期间，轿车质量平均每年减少0.9%。20世纪
末和本世纪初世界各国先后出现过百公里油耗3L的汽车，这类汽车
的质量基本处在750~850KG之间，比现今同类车轻50%。1998年德国 大众推出路波3L TDI，汽车自身质量只有800KG。奥迪公司开发全

结合。
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汽车轻量化之
第二章 国内外汽车轻量化发展概况


2.1 国际汽车轻量化发展现状
2.2 国内汽车轻量化发展现状
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2.1 国际汽车轻量化发展现状
主要汽车生产国对策 汽车轻量化研发项目
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自上世纪70年代以来，随着材料技术和制造技术的进步，汽车自
身重量在逐年减少，以美国为例，上世纪80年代初，中型轿车的平
远角度提高能源利用率，并促进汽车轻量化的发展，分阶段实施。
2009年初出台的“汽车产业调整振兴规划”，其中规定购买1.6L 及以下的小排量汽车可减免5%的车辆购臵税。
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汽车轻量化技术发展现状

近年来 ,我国在汽车轻量化技术方面取得了不少成果。 “九五” 和 “十五”期间,一批汽车新材料项目被列为国家 “863” 、 “973”高
研究所、西南铝、东北大学和一汽都进行了铝合金板材的成形性研究。
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“十五”期间，我国将镁合金应用与开发列为材料领域重点项目, 一汽、东风、长安等汽车企业建立了压铸镁合金生产线 重庆汽车研 究所在镁合金零件的性能测试、疲劳试验、计算机模拟等方面做了 大量的工作： 上海交大、湖南大学、重庆大学等高校就镁合金的强 韧化、耐蚀性、阻燃性和抗高温蠕变性等开展了较深入的研究。 目前 ,国内汽车轻量化材料正在加速发展 ,车用高性能钢板、 镁合金已在汽车上有所应用。如上海大众桑塔纳轿车变速器壳体采 用镁合金。上世纪 80年代,重庆汽车研究所就开展了双相钢研究；一
车重与燃油利用率的关系
油耗与CO2排放关系
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汽车轻量化具有重要意义

一、节能减排是汽车工业发展的必然趋势 20世纪 70年代的两次石油危机 ,促进汽车工业提高了燃油经济性。
80年代中期以后，保护人类居住和赖以生存的环境又一次推动汽车工业
提高燃油经济性和排放。
《BP世界能源统计2008》的数据 , 2007年全球石油产量为 8 150万桶 , 按照这一数字 ,全球石油储量可满足 40年的需求;目前美国53 %依赖进
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汽车轻量化的概念
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。 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
口石油 ,欧洲高达 76 % ,日本几乎全部依赖进口 ,中国石油对外依存度
接近 50 %。在各行业的石油消耗中 ,汽车工业是耗油大户。
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1990年以来中国石油消费
汽车燃油在我国石油 消费中的的增长情况
美国各个产业的 温室气体排放情况
的供应能源

这些数据表明:汽车工业节能减排对于一个国家的能源供应和 环境保护都具有重要的意义。

汽轿车、奇瑞汽车公司也在轿车车身上进行了高强度钢板的初步应
用试验。
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在汽车结构优化设计方面 ,国内已从主要依靠经验设计逐渐发展 到应用有限元等现代设计方法进行静强度计算和分析阶段。目前出 现了一批拥有自主知识产权的汽车车身模具开发技术， 如湖南大学 与上汽通用五菱在薄板冲压工艺与模具设计理论方面开展了较深入 的研究； 北京航空航天大学开发了CAD系统CAXA。 并已经开展 了客车轻量化技术的研究，利用有限元法和优化设计方法进行结构
我国于 2004年开始实施《乘用车燃料消耗量限制标准 》 , 2010年
乘用车平均油耗比2003年下降 15 %。
大气中 CO2含量的变化情况
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三、 轻量化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 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
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汽车轻量化的意义及概念
国内外汽车轻量化技术发展现状
汽车轻量化的主要途径 汽车轻量化技术应用的成功案例
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汽车轻量化之
第一章 汽车轻量化意义及概念
伴随着我国现代化进程，汽车工 业的发展势头强劲，已成为我国国民经 济的支柱产业之一。 据中国汽车工业协会的统计显示， 2009年我国汽车产量达到1379万辆，首
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 CO2 2～2 . 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。
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汽车自身质量对燃油消耗的影响
各类车型的燃油效率与车身自重的关系
新技术项目和国家科技攻关重大项目。 促进了汽车轻量化技术的进步。

九五“期间,我国进行了铝合金材料和铸件生产成套工艺技术的开 发研究,开发出了多种铸造合金和高性能轴瓦材料：耐热铝合金、高强 高韧铝合金、铝基复合材料等新材料的研究取得了较大进展。 半固态 成型、快速凝固等先进成型技术研究与应用也取得了突破。一汽等几大 汽车生产厂家都有自己的铝合金铸造生产线； 湖南大学也正在进行汽 车大型铝合金结构件整体铸造成形技术和关键设备的研究； 重庆汽车
燃料电池车
3L/100km概念车
领先开发燃料电池车 发表丰田ES3(*)
*超级燃油效率概念车，燃油效率为2.7L/100km （CO271g/km）
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汽车轻量化研发项目
国际钢铁协会首先开展了超轻钢汽车车身UISAB项目，参加 该项目的有来自5大洲18个国家的35家钢铁企业。该项目于1994 年启动，1998年结束，主要目标是减小车身质量、提高结构强度 、提高安全性、简化制造工艺及降低生产成本。 与UISAB相关的项目还有UISAC和UISAS两项目，前者是将高 强度钢应用在汽车车身覆盖件上，后者是采用高强度和超高强度 材料以及一些先进的制造技术来生产轻量、廉价和性能良好的悬 架系统，目标是通过采用新的钢材及设计，将悬架质量减小20%。 国际钢协1998年3月开始在全球实施UISAB-AVC计划，该项目 是从整体上研究开发新一代钢铁材料汽车结构（车身、覆盖件、 悬架系统、发动机支架及所有与结构、安全相关的部件）。 世界各大铝业公司也结成了汽车铝材联盟，如美国汽车材料合 作伙伴（USAMP）。
下降 ,明显提高行驶平稳性和舒适性。为提高轿车安全性等性能 ,
增加一些辅助装臵 ,导致车的质量增加 ,这些又需要通过轻量化予 以补偿。又如 ,混合动力汽车 ,由于增加了混合动力系统装臵而增
加了车重。如果在wk.baidu.com合动力汽车中实现轻量化 ,不但可以减少油耗 ,
还可以降低制造费用。 无论从战略角度、 商业角度还是社会发展来看 ,具有高燃油经济性 和环保特点的汽车顺应了社会发展的需要。
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汽车轻量化之
第二章 国内外汽车轻量化技术发展概状


2.1 国际汽车轻量化技术发展现状
2.2 国内汽车轻量化技术发展现状
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2.2 国内汽车轻量化发展现状
行业政策及标准
汽车轻量化技术发展现状 汽车轻量化技术发展面临的主要问题
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行业政策及标准
2004年我国出台《乘用车燃料消耗量限值》国家标准，以期从长
府每年投资2亿美元，主要用于家庭用车的减重。 美国总统奥巴马2009年5月公布了一项汽车节能减排计划，目标是
到2016年，美国国内生产的客车和轻型卡车百公里耗油不超过6.62L，
CO2排放量也比现有车辆减少1/3。这项计划2012年开始实施，将使美 国在2012～2016年减少使用原油18亿桶，温室气体排放 量将减少9亿吨。 欧洲和日本不仅在降耗减排方面推行了相关政策，而且对废旧车辆 回收也作出了严格规定。如日本2001年规划由抛弃型进入循环型的社 会发展模式，推行全回收或零废弃的观念。其实，2001年以前，日本 已有相关法令推行绿色设计及绿色采购。
次超越美国，成为世界第一大汽车生产
国。
过去十年我国汽车产量分布图
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截至目前，我国汽车保有
量达到了7619万辆。经济较为
发达的北京、上海、广州、深 圳等城市的机动车保有量均超
过150万辆，而北京市则达到
401.9万辆，私人轿车拥有率接 近60％。合肥市汽车保有量已 突破50万辆。
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汽车在给人们的出行带来方便的同时，也产生了油耗、安全和环保三大问 题。如何应对三大问题，各国政府都提出了相应的措施。包括制定条令法规， 如油耗法规，安全法规以及排放法规。各国汽车工业界一致认为，汽车轻量化 是满足上述三个法规的有效手段和方法。
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二、 为应对节能减排,各国和地区都制定了相应的法规 欧盟 ,北美 ,日本等都制定了严格的燃油经济型指标 ,如美国的
CAFE ( Corporati on Average Fuel Economy)规定乘用车燃油消耗27.5英里
/加仑 (约11 . 8 km /L)。轻型货车不低于 8 . 8 km /L。日本规定 2010年
改善燃油效 率的做法
24%（与1995年比） 燃油效率的规定不按 照企业平均量，而按
照汽车等级来区分
超低燃油消 耗车的开发
紧盯美国加州法令，加 速开发汽油/电池混合 车
PNGV计划正在开发全 铝车体： GMPrecept； FordProd igy；Chrysler
ESX2三种 燃料电池车
批量生产出全球首部燃 油效率 为3L/100km的车 VWLupo
汽油乘用车燃油经济性为 15 km /L,比1995年提高22 . 8 % ,柴油乘用车 比 1995年燃油经济性提高 14 . 9 % ,达到 12 km /L。欧盟乘用车燃油经
济性目标为 18 . 8 km /L, 2009年单车平均排放CO2减少到 140 g/km。
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为应对全球变暖 ,全世界已有 140多个国家签订了《京都议定书》,