汽车材料与轻量化的未来发展
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汽车材料与轻量化的未来发展
目 录
一、汽车生态设计中轻量化的意义 二、轻量化与汽车微环境的关系
三、汽车重量的极限
第2页
• 中国汽车产业迎来了连续蝉联世界产销第一的黄金期
汽车产业作为国民经济支柱性产业的汽车产业规模快速壮大，产销辆逐年提升，
连续六年世界新车产销第一。截至到2014年底，汽车保有量达1.54亿辆。
三、汽车重量的极限
1、现有轻量化技术基准？
轻量化是技术，手段，不是目标！ 减重基准？ 合理性？
降低油耗！
排放指标！
第 18 页
环境影响！
三、汽车重量的极限
2、轻量化技术——满足的边界条件
法 规 ？
• 最高车速：220km/h？
• 安全碰撞：64km/h？
• 疲劳耐久性：100万km？
第 19 页
汽车整备质量每减少100Kg，百公里油耗降低 0.3-0.6L； 车重减小10％，可降低6％～8％的油耗，降低 5～6%的排放。
Vehicle Weight (kg)
第9页
一、汽车生态设计中轻量化的意义
健康
节能
安全
生态设计 大环境
（节能、减排）
环境问题
微环境
（安全、噪声、健康）
轻量化
第 10 页
轻量化与汽车微环境的关系？
ADP
GWP
OD
AP
EU Toxic
第6页
一、汽车生态设计中轻量化的意义
• 生态汽车
C-ECAP （China Eco-Car Assessment Programme）生态设计评价规程
生态汽车获牌比例 22.07% ，白金牌、 金牌、银牌、铜牌的定义，将生态汽 车推向行业的“领跑者”，将引起媒 体及消费者的广泛关注，是品牌品质
百度文库第8页
一、汽车生态设计中轻量化的意义
汽车轻量化是实现节能环保的重要措施之一
■决定油耗的因素
■减重与油耗的关系
40
10/15 Mode Fuel Efficiency (km/l)
FWi=FR+FL+FSt+FB
FWi- 牵引力 FR-滚动阻力 FL -空气阻力 FSt-爬坡阻力 FB -加速阻力
35 30
Hybrid
25 20
CO2: 140g/km
15 10 5 0 500
Direct Injection Gasoline Normal Gasoline
1000
1500
2000
2500
空气阻力（对油耗贡献约 25％）与整备质量无关 联。而大约油耗的75％与整备质量有关(滚动阻力 对油耗贡献约 35％，加速阻力和爬坡阻力对油耗 贡献约40％)。
第5页
一、汽车生态设计中轻量化的意义
• 生态设计
生态设计是按照全生命周期（Life cycle assessment，简称：LCA）的理念，在产品设 计开发阶段系统考虑原材料选用、生产、销售、使用、回收、处理等各个环节对资源环 境造成的影响，力求产品在全生命周期中最大限度降低资源消耗、尽可能少用或不用含 有有毒有害物质的原材料，减少污染物产生和排放，从而实现环境保护的活动。
塑料在汽车上的用量
国家 德国
美国、法国 日本 中国
环境背景散发（蒸发排放）
重量比例（%） 约22.5
约16.5 约10 约8
单车用量（Kg） 300-365
220-249 126-150 80-100
轻量化部位：车身外饰较多，内饰梁、支 架部位，对车内 VOC 影响较小，主要存
在于车身外饰部位的环境背景 VOC 散发
第 15 页
目 录
一、汽车生态设计中轻量化的意义 二、轻量化与汽车微环境的关系
三、汽车重量的极限
第 16 页
三、汽车重量的极限
1、现有轻量化技术基准？
现状 ？对标车 ？竞争车
减重的意义！ • 塑料后横梁的开发——能够实现50%的减重效果 • 塑料翼子板的开发——能够实现40%的减重效果 • 塑料发动机舱盖 ——能够实现50%减重。
第7页
认可、形象认可的重要依据!
一、汽车生态设计中轻量化的意义
• 汽车轻量化技术
汽车轻量化的技术内涵是: 采用现代设计方法和有效手段对汽车产品进行 优化设计,或使用新材料在确保汽车综合性能指标的前提下,尽可能降低汽车产 品自身重量,以达到减重、降耗、环保、安全的综合指标。 ①“以塑代钢”轻量化设计开发 ② 模块化、集成化设计开发 ③ 结构优化设计开发
轻量化材料(如铝镁合金)的刚度和强度低于钢，带来 NVH问题： 1）整体刚度降低 整体模态变化（K、M） 2）局部板结构振动特征变化 板与声腔耦合变化 3）加工工艺对NVH的影响 加工后,应力和厚度变化
第 14 页
K M
P 2 0 cS v n
二、轻量化与汽车微环境的关系
• 挥发性（VOC）
人体伤害
第 12 页
人的健康
二、轻量化与汽车微环境的关系
• 安全
内部与外部人员保护
将不同厚度的钢材，铝材和塑料翼子板进行行人保护儿童头部碰撞分析， 发现塑料翼子板的HIC值是最小的。
落锤冲击
应用结构胶
第 13 页
无结构胶
结构胶的优势：吸能+应力分散
二、轻量化与汽车微环境的关系
• 噪声（NVH）
• “结构不变，更换轻量化材料”带来的NVH问题
注：来自中国汽车技术研究中心数据
第3页
• 工业发展模式给“环境”带来巨大影响
机动车引发的污染在逐渐加剧，汽车引发的“环保”问题将成为“可
持续发展”道路中的重要“阻隔”！
第4页
• 汽车生态设计将成为汽车环保问题重要战略转移技术
• •
为落实《指导意见》，工信部发布了《关于组织开展工业产品生态设计示范企业创建工作的 通知》，标志着生态设计试点工作的正式启动。 为落实国务院要求，工业和信息化部、发展改革委、环境保护部联合发布了《关于开展工业 产品生态设计的指导意见》，明确了推行工业产品生态设计的总体思路、主要目标和重点任
性 能 ？
绿色制造
材料进化
环境友好
第 20 页
谢 谢！
目 录
一、汽车生态设计中轻量化的意义 二、轻量化与汽车微环境的关系
三、汽车重量的极限
第 11 页
二、轻量化与汽车微环境的关系
• 微环境：侧重于人体直接性影响，主要包含安全、噪声、挥发性三方面性能。 • 轻量化技术的发展，不但对于大环境具有直接影响，而且对于微环境具有严重影响
安全
噪声
挥发性
人的保护
目 录
一、汽车生态设计中轻量化的意义 二、轻量化与汽车微环境的关系
三、汽车重量的极限
第2页
• 中国汽车产业迎来了连续蝉联世界产销第一的黄金期
汽车产业作为国民经济支柱性产业的汽车产业规模快速壮大，产销辆逐年提升，
连续六年世界新车产销第一。截至到2014年底，汽车保有量达1.54亿辆。
三、汽车重量的极限
1、现有轻量化技术基准？
轻量化是技术，手段，不是目标！ 减重基准？ 合理性？
降低油耗！
排放指标！
第 18 页
环境影响！
三、汽车重量的极限
2、轻量化技术——满足的边界条件
法 规 ？
• 最高车速：220km/h？
• 安全碰撞：64km/h？
• 疲劳耐久性：100万km？
第 19 页
汽车整备质量每减少100Kg，百公里油耗降低 0.3-0.6L； 车重减小10％，可降低6％～8％的油耗，降低 5～6%的排放。
Vehicle Weight (kg)
第9页
一、汽车生态设计中轻量化的意义
健康
节能
安全
生态设计 大环境
（节能、减排）
环境问题
微环境
（安全、噪声、健康）
轻量化
第 10 页
轻量化与汽车微环境的关系？
ADP
GWP
OD
AP
EU Toxic
第6页
一、汽车生态设计中轻量化的意义
• 生态汽车
C-ECAP （China Eco-Car Assessment Programme）生态设计评价规程
生态汽车获牌比例 22.07% ，白金牌、 金牌、银牌、铜牌的定义，将生态汽 车推向行业的“领跑者”，将引起媒 体及消费者的广泛关注，是品牌品质
百度文库第8页
一、汽车生态设计中轻量化的意义
汽车轻量化是实现节能环保的重要措施之一
■决定油耗的因素
■减重与油耗的关系
40
10/15 Mode Fuel Efficiency (km/l)
FWi=FR+FL+FSt+FB
FWi- 牵引力 FR-滚动阻力 FL -空气阻力 FSt-爬坡阻力 FB -加速阻力
35 30
Hybrid
25 20
CO2: 140g/km
15 10 5 0 500
Direct Injection Gasoline Normal Gasoline
1000
1500
2000
2500
空气阻力（对油耗贡献约 25％）与整备质量无关 联。而大约油耗的75％与整备质量有关(滚动阻力 对油耗贡献约 35％，加速阻力和爬坡阻力对油耗 贡献约40％)。
第5页
一、汽车生态设计中轻量化的意义
• 生态设计
生态设计是按照全生命周期（Life cycle assessment，简称：LCA）的理念，在产品设 计开发阶段系统考虑原材料选用、生产、销售、使用、回收、处理等各个环节对资源环 境造成的影响，力求产品在全生命周期中最大限度降低资源消耗、尽可能少用或不用含 有有毒有害物质的原材料，减少污染物产生和排放，从而实现环境保护的活动。
塑料在汽车上的用量
国家 德国
美国、法国 日本 中国
环境背景散发（蒸发排放）
重量比例（%） 约22.5
约16.5 约10 约8
单车用量（Kg） 300-365
220-249 126-150 80-100
轻量化部位：车身外饰较多，内饰梁、支 架部位，对车内 VOC 影响较小，主要存
在于车身外饰部位的环境背景 VOC 散发
第 15 页
目 录
一、汽车生态设计中轻量化的意义 二、轻量化与汽车微环境的关系
三、汽车重量的极限
第 16 页
三、汽车重量的极限
1、现有轻量化技术基准？
现状 ？对标车 ？竞争车
减重的意义！ • 塑料后横梁的开发——能够实现50%的减重效果 • 塑料翼子板的开发——能够实现40%的减重效果 • 塑料发动机舱盖 ——能够实现50%减重。
第7页
认可、形象认可的重要依据!
一、汽车生态设计中轻量化的意义
• 汽车轻量化技术
汽车轻量化的技术内涵是: 采用现代设计方法和有效手段对汽车产品进行 优化设计,或使用新材料在确保汽车综合性能指标的前提下,尽可能降低汽车产 品自身重量,以达到减重、降耗、环保、安全的综合指标。 ①“以塑代钢”轻量化设计开发 ② 模块化、集成化设计开发 ③ 结构优化设计开发
轻量化材料(如铝镁合金)的刚度和强度低于钢，带来 NVH问题： 1）整体刚度降低 整体模态变化（K、M） 2）局部板结构振动特征变化 板与声腔耦合变化 3）加工工艺对NVH的影响 加工后,应力和厚度变化
第 14 页
K M
P 2 0 cS v n
二、轻量化与汽车微环境的关系
• 挥发性（VOC）
人体伤害
第 12 页
人的健康
二、轻量化与汽车微环境的关系
• 安全
内部与外部人员保护
将不同厚度的钢材，铝材和塑料翼子板进行行人保护儿童头部碰撞分析， 发现塑料翼子板的HIC值是最小的。
落锤冲击
应用结构胶
第 13 页
无结构胶
结构胶的优势：吸能+应力分散
二、轻量化与汽车微环境的关系
• 噪声（NVH）
• “结构不变，更换轻量化材料”带来的NVH问题
注：来自中国汽车技术研究中心数据
第3页
• 工业发展模式给“环境”带来巨大影响
机动车引发的污染在逐渐加剧，汽车引发的“环保”问题将成为“可
持续发展”道路中的重要“阻隔”！
第4页
• 汽车生态设计将成为汽车环保问题重要战略转移技术
• •
为落实《指导意见》，工信部发布了《关于组织开展工业产品生态设计示范企业创建工作的 通知》，标志着生态设计试点工作的正式启动。 为落实国务院要求，工业和信息化部、发展改革委、环境保护部联合发布了《关于开展工业 产品生态设计的指导意见》，明确了推行工业产品生态设计的总体思路、主要目标和重点任
性 能 ？
绿色制造
材料进化
环境友好
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谢 谢！
目 录
一、汽车生态设计中轻量化的意义 二、轻量化与汽车微环境的关系
三、汽车重量的极限
第 11 页
二、轻量化与汽车微环境的关系
• 微环境：侧重于人体直接性影响，主要包含安全、噪声、挥发性三方面性能。 • 轻量化技术的发展，不但对于大环境具有直接影响，而且对于微环境具有严重影响
安全
噪声
挥发性
人的保护