东风商用车轻量化开发

厚，但是车身零件选定钢板厚度大都以元件刚度为基
汽、福田欧曼、重庆红岩等主要重型载货车制造商，其
准，因此实际板厚减少率不一定能达到钢板强度的增
驾驶室的制造都不同程度地采用了ＳＭＣ材料。表１为几
加率，不可能大幅度地减轻质量。高强度钢板在汽车
种轻量化材料应用的效果统计。
上应用的目的主要是增加构件的变形抗力，提高能量
汽车轻量化的主要途径有以下几个方面。 （１）结构优化 结构优化设计是轻量化的最基本和用得最多的轻 量化手段，已经融合到了汽车设计的前期，主要是利 用仿真分析软件进行结构ＣＡＥ分析和拓扑优化设计。 （２）新材料和新工艺的应用 ａ．镁、铝合金 铝具有良好的机械性能，其密度只有钢铁的 １／３，机械加工性能比铁高４．５倍，耐腐蚀性、导热性 好。其合金还具有高强度、易回收、吸能性好等特 点。汽车工业运用最多的是铸造铝合金和形变铝合 金。运用形变铝材制造车身面板的技术已经比较成 熟，包括发动机罩盖、燃油箱、贮气筒、变速器壳
板、侧围内衬板、车门防撞条、扶手、车窗、散热器
度更低，它们的密度之比为１．８：３，是当前最理想、
罩、座椅支架等。而后逐渐向结构件和功能件扩展。
质量最轻的金属结构材料，因而成为汽车减轻自身质
例如，发电机及其相关系统、冷却系统等。塑料也在
量以提高其节能性和环保性的首选材料。但其铸造性
向制作车身覆盖件方向发展。
ｄ．新工艺
吸收能力和扩大弹性应变区。由于运用高强度钢板有 较好的经济性，实现起来相对容易，因此应大力提倡
采用激光拼焊技术，减少铆焊时的搭接材料可以减 轻零件质量。对低强度的钢板进行热处理，得到强度达
在汽车上运用高强度钢板。现在各国都在加速高强度
１ ０００ ＭＰａ的钢板，这种办法在墨函哥得到广泛应用。
１前言
近年来，随着能源危机加剧、石油价格不断上升 以及地球温室效应加重，世界各国对能源和二氧化碳排 放引起的环境问题更加重视，同时随着国家节能减排、 绿色环保政策法规的逐步实施，治超限载力度加大，以 及来自成本的压力，汽车轻量化受到越来越多的企业重 视，并取得一些成果。２００７年底，汽车轻量化技术创新 战略联盟在宁波成立，以推动行业的轻量化发展。
１８０－２１０ ｋｇ。
（３）优化功能配置 针对细分市场需要，把用户不需要的一些功能去 掉，从而简化车型配置，达到减轻质量的目 的。比如东风天龙有３５０ Ｌ燃油箱与４００ Ｌ燃 油箱２种系列，对于轻量化车型则采用３５０ Ｌ 燃油箱。 （４）应用功能集成技术 功能集成技术主要有两类，一是支架公 用，二是利用新技术，把一些多元件完成的功 能集中到一个更小型的集成处理单元，以达到 减轻质量的目的。图４是广泛应用的空气集成 处理单元，减轻质量达到４２．３％。 通过以上一些措施的综合应用，可以使 整车质量减轻效果达到１ ０％左右。表２是东风公司某 牵引车的轻量化效果。
ＧＭＴ的应用最为广泛。曼、雷诺、沃尔沃、奔驰、依
钢等钢种的比强度和ＬｔＩ冈Ｕ度，利用粉末冶金配件具有的
维柯、达夫等欧洲重型载货车制造商的驾驶室都大量选
低密度、高精度、低成本等特点进行汽车轻量化。
用了ＳＭＣ材料。在国内，ＳＭＣ材料在汽车领域也得到
采用高强度钢板在等强度设计条件下可以减少板
了广泛的应用，尤其是在商用车上。中国重汽、陕西重
８ Ｉ汽车Ｔ艺与材料ＡＴ＆Ｍ 万方数据
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采用汽车行业的一些新技术，如少片簧、空气悬 架、橡胶悬架等，可以大幅减轻汽车质量；采用功能 集成技术，也可以减少零件和减轻零件质量。
（４）功能配置优化 针对细分市场需要，把用户不需要的一些功能去 掉，从而简化车型配置，达到减轻质量的目的。
差，后处理工艺复杂，成本高。我国的镁资源非常丰
复合材料即纤维增强塑料，是一种增强纤维和塑料
富，储量占世界首位，而国内用量很少，尤其汽车行
复合而成的材料。常用的是玻璃纤维和热固性树脂的复
业Βιβλιοθήκη Baidu量极少，因此前景非常广阔。茜方工业发达国家
合材料。增强用的纤维除玻璃外，还有高级的碳纤维、
对铝基、镁基的金属基复合材料的开发与应用，已达
２轻量化途径分析
汽车轻量化是在保证汽车整体质量和性能不受影 响的前提下，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，以降低燃油消耗，减少排放污染。
目前，国内汽车轻量化材料正在加速发展，新型 智能材料逐渐在汽车制造中得到应用。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。随着镁合金材料的技术进步 及其抗蠕变性能的进一步改善，自动变速器壳体以及发 动机曲轴箱亦适合改用镁合金材料制造。若曲轴箱由铝 合金改为镁合金，其质量则可减轻３０％左右。
合成纤维。复合材料作为汽车材料具有很多优点，即密
到了产业化阶段。
度小、设计灵活美观、易设计成整体结构、耐腐蚀、隔
ｂ．高强度钢、高强度合金
热隔电、耐冲击、抗振等。目前，玻璃钢复合材料的应
用高强度钢替代原使用材料，能适当减小零件尺
用非常广泛，尤其在欧美车系中。其中，尤以ＳＭＣ和
寸。世界上广泛通过进一步提高合金钢、弹簧钢、不锈
图４ １０ Ｉ汽车工艺与材ｆ＇４ ＡＴ＆Ｍ
万方数据
同时，东风公司在汽车轻质铝、镁合金、高强度 钢板、高强度板簧、非金属、高强度铸铁等轻量化材 料技术方面开展应用研究工作如下。
ａ．铝合金材料技术应用 广泛开展铝合金的应用研究，主要完成的项目 有：复杂铝铸件铸造生产技术开发：有色金属变形材 料的开发应用：铝合金活塞表面强化技术研究；高性 能铝硅轴瓦材料的开发应用；铝合金熔体净化技术； 铝合金半固态成型技术应用研究。见图５。
小、成型性好、耐腐蚀、防振、隔音隔热等性能，同
不能像钢板那样采用磁力搬运等。其中，关键是成本
时又具有金属钢板不具备的外观色泽和触感。目前，
问题，目前铝价还比较高，成本控制对铝合金的应用
塑料大都使用在汽车的内外饰件上，如仪表板、车门
非常重要。
内板、顶棚、副仪表板、杂物箱盖、座椅及各类护
镁合金具有与铝合金相似的性能，但是镁的密
钢和超高强度钢在汽车车身、底盘、悬架、转向等零
（３）新技术的应用
部件上的运用。采用高强度合金材料制成的支架类零
件也可以大幅减轻质量。
轻量化材料 被替代的材料 减轻质量效果／％ 岑件相对成本
ｃ．塑料和复合材料
与相同结构性能的钢材相比，塑料和复合材料一 般可减轻部件的质量在３５％左右。低密度与超低密度
片状成型复合材料的发展使轻量化具有更大的潜力，
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面处理试验研究。开展了镁合金材料及铸造工艺的研 究与开发；开展了镁合金铸造工装设备的开发及应用 大型薄壁复杂镁合金零件的机械）ＪｎＴ技术，建立了镁 合金技术标；隹和铸造工艺规程。见图６。
图６ ｃ．非金属材料的应用研究 在非金属材料方面的研究主要有：热塑性发动 机气门室罩盖；商用车底盘功能件固定支架塑料化应
３东风商用车的轻量化开发实践
东风公司在２００３年就开始进行商用车的轻量化研 究，在设计之初即充分考虑轻量化、模块化。考虑到工 程用车道路情况和使用情况的不确定性，轻量化主要应 用在公路用车上，并通过以下途径展开轻量化设计。
（１）优化结构设计 改进汽车结构，使部件薄壁化、中空化、小型化 和复合化，对内饰、发动机和底盘等所有汽车零部件 进行结构和工艺改进。图１所示的支架经过优化后其 质量减轻７２％。 ａ．合理的车型定义及配置。开发６×２车型，这 样与６ Ｘ ４车型比可以减轻驱动桥的质量。标配１ １．００
用；塑料燃油箱的开发及性能研究；空气悬架系统橡
胶减振件的设计；ＥＰＤＭ中冷器出气胶管的开发及应 用：顶盖扶手气辅注塑成型应用研究；Ｄ３１ Ｏ驾驶室 非金属材料设计及零部件性能研究；Ｄ５３０驾驶室非 金属材料设计及零部件性能研究。
４结束语
轻量化是汽车工业发展的关键，是汽车产品研发 的方向。随着国家节能减排、绿色环保政策法规的逐 步实施，汽车轻量化为越来越多的企业所重视；东风 公司近年来开展了一些工作，针对局部细分市场，开 发了一些轻量化车型。存在的主要难点是商用车超载 情况比较严重，对载荷的预知性把握相对困难。
ｃ．优化悬架设计。前、后悬架采用少片变截面悬 架或后悬架采用空气弹簧悬架。
（２）使用新型材料 采用轻量化的金属和非金属材料，主要是指铝合 金、镁合金、高强度钢材、工程塑料及纤维增强复合 材料等。图２是一些轻量化零部件实例。 ａ．驾驶室内、外饰尽量采用非金属材料。内、外 饰包括车室内、车壳外的装饰件。内饰包括后视镜、 仪表台、转向控制区、地毯、座椅套、车门内侧、项 篷、后挡玻璃区等。外饰包括挡风玻璃、倒车镜、车 门密封条、车裙、保险杠等。 ｂ．对于发动机和变速器，尽可能地考虑用铝合金 代替铸铁等钢材，以减轻质量。而有些零部件，可以 考虑用非金属材料，比如进气歧管等。图３是某发动
有关研究数据表明，若汽车整车质量减轻１０％，燃 油效率可提高６％一８％；同样装载质量的车，自身质量 轻的车在按车货总重收费的原则下，可以比自身质量大 的车载货更多、油耗更少，可以使计重收费支出减少， 运输利润增加。统计数据表明，车辆自身质量每减轻 １ ｔ，用户每年将会增｝Ｊｎｌ ０万元的净收益。
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最新资料显示，近２０年，国外乘用车平均每１０ 年减轻质量８％一９％，商用车减轻质量１ Ｏ％一１ ５％。 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，国际上平均每车每年自身质量减 轻１％，国内自主乘用车较国外同类车自身质量约高 ８％一１ ０％，商用车约高１ ０％一１ ５％。
汽车轻量化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，在确保强度、 安全性、可靠性等汽车综合性能指标的前提下，尽可 能减轻汽车产品自身质量，以达到减轻质量、降耗、 环保、安全的综合指标。
的轮胎，而选配１２．００规格的轮胎，采用标准顶驾驶 室。缩短轴距，比如东风公司天龙轻量化车型的轴距 为３ ２００ ｍｍ，而其他工况车型为３ ４００ ｍｍ。车型尽 量考虑减配，空调、冰箱等设为选配件。因为是标载 工况，所以可以选用低功率、低挡位动力总成，后桥 采用单级减速。
ｂ．优化车架设计。车架的截面及宽度可以采用２ 个系列，比如轻量化牵引车采用２８０ ｍｍ截面高度， 对于工程车采用３００ ｍｍ。采用高强度钢，单大梁设 计，根据不同工况适当对车架作些局部加强。
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东风商用车轻量化开发
分析了国内外汽车轻量化的现状，以及商用车轻量化开发的必要性和重要性。提出了商用车 轻量化开发的思路和原则。介绍了东风汽车有限公司商用车轻量化开发的实践情况和效果。以及 商用车轻量化开发工作中存在的一些问题。为今后进一步开展商用车的轻量化工作提供了思路和 经验ｏ
●东风汽车有限公司 商用车技术中心叶爱凤徐 彪
汽车Ｔ艺与材料ＡＴ＆Ｍ ７
Ａ Ｔ＆Ｍ颈界
体、发动机气缸体等。保险杠、轮毂和汽车结构零件
在减轻质量、提高强度方面达到甚至超过了铝材，其
也广泛使用铝合金材料。运用铝合金也面临不少问
整体成本通常更低。
题，比如铝合金加工难度比钢材高，成形性还需继续
塑料是由以非金属为主的有机物组成，具有密度
改善；由于铝导热性好，导致铝合金的焊接性畿差；
图５ ｂ．镁合金材料技术应用 从２００１年承担国家“十五”科技攻关项目“镁 合金在东风汽车上的应用”以来，结合东风汽车公司
自身特点，先后开展了镁合金材料、熔炼和铸造工艺 以及镁合金汽车零件的开发，铸造ＣＡＥ技术应用，镁 合金零件表面防护处理及镁合金零件机械加工等共 性、个性技术研究。在商用车上成功开发出６类１３种 镁合金零件，累计装车３０万辆份，累计用镁合金达 ６００余吨。同时，建立了２个镁合金铸造生产阵地及１ 个镁合金应用研究中心；建立了镁合金铸造数值仿真 平台；建立了镁合金表面处理阵地并开展了镁合金表
序号
目标零件
改进前材料
改进后材料
减轻质量效果／％（ｋｇ）
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图２ 汽车Ｔ艺－５材料ＡＴ＆Ｍ ９
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项目
减轻质量／ｋｇ 比例／％
图３
机总成轻量化的方案。 ｃ．对于车架等部件，可以考虑采用高强度钢以减
轻质量，采用单大梁局部加强的方案代替双大梁结 构，同时对连接板和支架进行优化，单车架质量减轻
今后要充分发挥轻量化联盟的作用，行业信息 共享，行业共同促进，进一步加大新材料、新工艺的 研究与应用，进一步加大零部件总成轻量化的技术研 究，加大投入，与钢厂、高校、研究机构合作，进一