第八讲未来汽车的发展.pptx
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以往生产的强度在440MPa的钢板，在采用这 种加工技术以后强度可增加到500MPa。原来 用厚度1毫米钢板做侧面板，用高强度钢板只 需厚度0.8毫米。
目前高强度钢有BH钢（烤漆硬化钢板）、 双相DP钢、相变诱导塑性钢（TRIP）、 微合金M钢、高强度无间隙固熔IF钢等。 它们一般用于需高强度、高抗碰撞吸收能、 成形要求严格的零件，例如轮圈、加强构 件、保险杠、防撞杠。
铝合金轮毂
比亚迪G6 搭载的1.5TI涡轮增压缸内直喷全铝合金发动机，额定功 率113 kW /5200 rpm, 最大扭矩240 N·m /1750-3500 rpm，各项数值 均大于现有2.0L自然吸气发动机的最大功率和扭矩，甚至可达到 2.4L传统发动机的动力。同等排量的发动机中，使用铝缸体发动机， 能减轻20公斤左右的重量。
轻质材料——塑料及其复合材料
塑料是以合成树脂为主要成分的高分子有机材料， 具有质量轻、摩擦系数小、耐磨损、耐腐蚀、减 振、自润滑、易加工成形、价格低廉等优点，是 重要的汽车轻质材料。它不仅可以减轻零部件约 40%的重量，还可以使采购成本降低40%左右。 因此近年来国际上非常重视新型车用塑料材料与 配件的开发，汽车的内饰件已基本实现塑料化。 如今塑料在汽车中的应用范围正在由内装件向外 装件、车身和结构件扩展，使用量也在迅速上升。
汽车作为现代交通工具之一，已成为 人类现代文明生活、生产不可或缺的重要 组成部分。汽车诞生一百多年来，为人类 生活和生产活动做出了重要的贡献。但是 与此同时，汽车也带来了能源问题、环境 污染、交通拥堵、交通安全等社会问题。 为了解决这些问题，未来的汽车面临着巨 大的技术挑战。
第八讲 未来汽车的发展
轻质材料——铝合金
铝材料具有比钢材轻（其密度约为钢的1/3）、易 于回收的优点已经成为汽车制造中备受关注的轻 质材料。但是铝材的加工成本高，而且冲压及焊 接技术要求比较特殊，以目前的技术尚不是一般 厂家可以做得到的。当然，这些缺点并不会阻碍 它在汽车上的使用。例如德国奥迪A8汽车采用全 铝制造的框架结构的车身。该车身由热挤压成型 的直线及曲线形的铝结构件组成，在连接处使用 模压连接件，可以承受较大的作用力。轻型铝及 新型结构的结合，既明显地减轻了车身质量，又 保持了良好的尺寸稳定性及刚度。
车身质量Fra Baidu bibliotek轻量化
优化汽车框架和结构
利用有限元法和优化设计方法 进行结构分析和结构优化设计， 以减少车身骨架、发动机和车 身钢板的重量
采用轻质材料制造车身
高强度钢、铝合金、镁合金和 工程塑料等
轻质材料——高强度钢
高强度钢板是在低碳钢板的基础上采用强化方 法得到的，抗拉强度得到大幅增强。
利用高强度特性，可以在厚度减薄的情况下依 然保持汽车车身的机械性能要求，从而减轻了 汽车重量。例如BH钢板是在低强度的条件下， 经过冲压成形之后，进行烤漆加工热处理，以 提高其抗拉强度。
轻质材料——镁合金
镁是地球上储量最丰富的轻金属元素之一， 在实际应用的金属中是最轻的。镁具有强 度、刚度高，导热导电性能好,并具有很 好的电磁屏蔽、阻尼性、减振性、切削加 工性以及加工成本低、加工能量仅为铝合 金的70%和易于回收等优点。
镁铸件在汽车上使用最早的实例是车轮轮辋。镁 车轮比铝车轮轻20%以上。在汽车上试用或应用 镁合金的实例还有离合器壳体、离合器踏板、制 动踏板固定支架、仪表板骨架、座椅、转向柱部 件、转向盘轮芯、变速箱壳体、发动机悬置、气 缸盖和气缸盖罩盖等。与传统的锌制转向柱上支 架相比，镁制件降重65%；与传统的钢制转向轮 芯相比，镁制件降重45%；与全铝气缸盖相比， 镁制件降重30%；与传统的钢制冲压焊接结构制 动踏板支架相比，整体的镁铸件降重40%，同时 其刚性也得以改善。
目前，在汽车上使用铝合金材料的零部件 主要有车轮、发动机零部件、车身面板、 车身骨架、空调冷凝器、蒸发器、装饰件 和悬架系统零件等。以美国生产的汽车产 品为例，1976年每车用铝合金仅39kg， 1982年达到62kg，而1998年则达到了 100kg。据预测，到2010年，80%的汽车 发动机将采用铝气缸盖，35%的汽车发动 机将采用铝气缸体。
质量轻量化的节能汽车 清洁燃料的环保汽车 安全智能汽车
概念车
一．质量轻量化的节能汽车
为了节约能源，减少汽车尾气排放最有效的办 法之一就是减轻汽车自身的质量。试验表明， 汽车质量的轻重与汽车的能耗有着直接的关系。 在相同情况下，汽车质量每减轻100kg，可节 油0.2～0.3L/100km，同时汽车的废气排放也 有明显降低。根据最新资料，国外汽车自身重 量同过去相比减轻了20%～26%。预计在未来 的10年内，轿车自身重量还将继续减轻20%。
轻质材料——泡沫金属
“泡沫金属”是20世纪90年代末才出现的新型材料， 但应用速度很快，有些新车型已经采用了这种材料。 “泡沫金属”主要指泡沫铝合金，它由粉末合金制 成。通常的粉末合金是用粉末压制成形，或用金属 粉末及塑料的混合物注射模制成形。在除掉分型剂 及增塑剂之后，将压制的坯件烧结(一种温度在 1000℃左右的热处理方式)，使它们具有一定的特性。 烧结的性质及应用范围在很大程度上取决于孔隙率 的大小。泡沫铝合金密度很小，当承受很大的外力 而变形压缩后，当外力撤去，凭着它自身的弹性可 恢复到原来的形状，有点象橡胶。
轻质材料——钛合金
钛的密度为4.5g/cm3，具有比强度高、高温强度高 和耐腐蚀等优点。由于钛的价格昂贵，至今只见在 赛车和个别豪华车上少量应用。尽管如此，对钛合 金在汽车上应用的试验研究工作却不少。例如用 α+β系钛合金制造的发动机连杆，强度相当于45钢 调质的水平，而重量可以降低30%；β系钛合金 （Ti-13V-11Cr-3Al等）经强冷加工和时效处理， 强度可达2000MPa，可用来制造悬架弹簧、气门 弹簧和气门等，与拉伸强度为2100MPa的高强度 钢相比，钛弹簧可降重20%。钛合金应用的最大阻 力来自其高价格。
目前高强度钢有BH钢（烤漆硬化钢板）、 双相DP钢、相变诱导塑性钢（TRIP）、 微合金M钢、高强度无间隙固熔IF钢等。 它们一般用于需高强度、高抗碰撞吸收能、 成形要求严格的零件，例如轮圈、加强构 件、保险杠、防撞杠。
铝合金轮毂
比亚迪G6 搭载的1.5TI涡轮增压缸内直喷全铝合金发动机，额定功 率113 kW /5200 rpm, 最大扭矩240 N·m /1750-3500 rpm，各项数值 均大于现有2.0L自然吸气发动机的最大功率和扭矩，甚至可达到 2.4L传统发动机的动力。同等排量的发动机中，使用铝缸体发动机， 能减轻20公斤左右的重量。
轻质材料——塑料及其复合材料
塑料是以合成树脂为主要成分的高分子有机材料， 具有质量轻、摩擦系数小、耐磨损、耐腐蚀、减 振、自润滑、易加工成形、价格低廉等优点，是 重要的汽车轻质材料。它不仅可以减轻零部件约 40%的重量，还可以使采购成本降低40%左右。 因此近年来国际上非常重视新型车用塑料材料与 配件的开发，汽车的内饰件已基本实现塑料化。 如今塑料在汽车中的应用范围正在由内装件向外 装件、车身和结构件扩展，使用量也在迅速上升。
汽车作为现代交通工具之一，已成为 人类现代文明生活、生产不可或缺的重要 组成部分。汽车诞生一百多年来，为人类 生活和生产活动做出了重要的贡献。但是 与此同时，汽车也带来了能源问题、环境 污染、交通拥堵、交通安全等社会问题。 为了解决这些问题，未来的汽车面临着巨 大的技术挑战。
第八讲 未来汽车的发展
轻质材料——铝合金
铝材料具有比钢材轻（其密度约为钢的1/3）、易 于回收的优点已经成为汽车制造中备受关注的轻 质材料。但是铝材的加工成本高，而且冲压及焊 接技术要求比较特殊，以目前的技术尚不是一般 厂家可以做得到的。当然，这些缺点并不会阻碍 它在汽车上的使用。例如德国奥迪A8汽车采用全 铝制造的框架结构的车身。该车身由热挤压成型 的直线及曲线形的铝结构件组成，在连接处使用 模压连接件，可以承受较大的作用力。轻型铝及 新型结构的结合，既明显地减轻了车身质量，又 保持了良好的尺寸稳定性及刚度。
车身质量Fra Baidu bibliotek轻量化
优化汽车框架和结构
利用有限元法和优化设计方法 进行结构分析和结构优化设计， 以减少车身骨架、发动机和车 身钢板的重量
采用轻质材料制造车身
高强度钢、铝合金、镁合金和 工程塑料等
轻质材料——高强度钢
高强度钢板是在低碳钢板的基础上采用强化方 法得到的，抗拉强度得到大幅增强。
利用高强度特性，可以在厚度减薄的情况下依 然保持汽车车身的机械性能要求，从而减轻了 汽车重量。例如BH钢板是在低强度的条件下， 经过冲压成形之后，进行烤漆加工热处理，以 提高其抗拉强度。
轻质材料——镁合金
镁是地球上储量最丰富的轻金属元素之一， 在实际应用的金属中是最轻的。镁具有强 度、刚度高，导热导电性能好,并具有很 好的电磁屏蔽、阻尼性、减振性、切削加 工性以及加工成本低、加工能量仅为铝合 金的70%和易于回收等优点。
镁铸件在汽车上使用最早的实例是车轮轮辋。镁 车轮比铝车轮轻20%以上。在汽车上试用或应用 镁合金的实例还有离合器壳体、离合器踏板、制 动踏板固定支架、仪表板骨架、座椅、转向柱部 件、转向盘轮芯、变速箱壳体、发动机悬置、气 缸盖和气缸盖罩盖等。与传统的锌制转向柱上支 架相比，镁制件降重65%；与传统的钢制转向轮 芯相比，镁制件降重45%；与全铝气缸盖相比， 镁制件降重30%；与传统的钢制冲压焊接结构制 动踏板支架相比，整体的镁铸件降重40%，同时 其刚性也得以改善。
目前，在汽车上使用铝合金材料的零部件 主要有车轮、发动机零部件、车身面板、 车身骨架、空调冷凝器、蒸发器、装饰件 和悬架系统零件等。以美国生产的汽车产 品为例，1976年每车用铝合金仅39kg， 1982年达到62kg，而1998年则达到了 100kg。据预测，到2010年，80%的汽车 发动机将采用铝气缸盖，35%的汽车发动 机将采用铝气缸体。
质量轻量化的节能汽车 清洁燃料的环保汽车 安全智能汽车
概念车
一．质量轻量化的节能汽车
为了节约能源，减少汽车尾气排放最有效的办 法之一就是减轻汽车自身的质量。试验表明， 汽车质量的轻重与汽车的能耗有着直接的关系。 在相同情况下，汽车质量每减轻100kg，可节 油0.2～0.3L/100km，同时汽车的废气排放也 有明显降低。根据最新资料，国外汽车自身重 量同过去相比减轻了20%～26%。预计在未来 的10年内，轿车自身重量还将继续减轻20%。
轻质材料——泡沫金属
“泡沫金属”是20世纪90年代末才出现的新型材料， 但应用速度很快，有些新车型已经采用了这种材料。 “泡沫金属”主要指泡沫铝合金，它由粉末合金制 成。通常的粉末合金是用粉末压制成形，或用金属 粉末及塑料的混合物注射模制成形。在除掉分型剂 及增塑剂之后，将压制的坯件烧结(一种温度在 1000℃左右的热处理方式)，使它们具有一定的特性。 烧结的性质及应用范围在很大程度上取决于孔隙率 的大小。泡沫铝合金密度很小，当承受很大的外力 而变形压缩后，当外力撤去，凭着它自身的弹性可 恢复到原来的形状，有点象橡胶。
轻质材料——钛合金
钛的密度为4.5g/cm3，具有比强度高、高温强度高 和耐腐蚀等优点。由于钛的价格昂贵，至今只见在 赛车和个别豪华车上少量应用。尽管如此，对钛合 金在汽车上应用的试验研究工作却不少。例如用 α+β系钛合金制造的发动机连杆，强度相当于45钢 调质的水平，而重量可以降低30%；β系钛合金 （Ti-13V-11Cr-3Al等）经强冷加工和时效处理， 强度可达2000MPa，可用来制造悬架弹簧、气门 弹簧和气门等，与拉伸强度为2100MPa的高强度 钢相比，钛弹簧可降重20%。钛合金应用的最大阻 力来自其高价格。