汽车轻量化研究概述

L
小型轿车 长途为主 1
6
0.36
200
720
小型轿车 市区为主 1
8.5
0.55
150
829
中型轿车 长途为主 1.6
9
0.28
300
844
中型轿车 出租 1.6 11
0.52
500
2578
豪华轿车 长途为主 2
12
0.30
100
300
＝ 汽车轻量化趋势
绿色、环境友好型趋势
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 的动力性能，减少燃料消耗，降低排气污染。
整车重量减少100kg
油耗：-0.4L/100km
CO2 : -10g/100km 环保和节能的需要… 轻量化已经成为世界汽车发展的潮流和趋势!
汽车轻量化的途径 结构设计优化
材料轻量化
高强钢、镁合金、铝合金、 工程塑料及其复合材料和陶瓷材料等
制造工艺创新
热压成型、液压成型、激光拼焊 内高压成型、电磁成型等
2400 28±3
2.5
结合产品的 结构设计，可 减轻更多的重量！
• 通过开发汽车车身、底盘、动力传动系统等大型 零部件整体加工技术和相关的模块化设计和制造 技术，使节能型汽车从制造到使用各个环节都真 正实现节能、环保。
• 通过结合参数反演技术、多目标全局优化等现代 车身设计方法，研究汽车轻量化结构优化设计技 术，包括多种轻量化材料的匹配、零部件的优化 分块等。从结构上减少零部件数量，确保在汽车 整车性能不变的前提下达到减轻自重的目的。
结构优化
原方案
新方案
前罩锁区域Z方 向刚度分析 变形
刚度
原始方案 1.53mm
100%
优化方案 1.39mm
110%
从模流分析结果看，原方案的玻纤取向 略差，经浇口调整后玻纤取向有所改善。
CAE计算显示优化后刚度提升了10%。
结合产品的结构设计，减重方案的开发与应用
高流动材料PP , 降低产品壁厚，提高产品刚性，产品减重
主要性能
—
—
容积膨胀量
6.9MPa
≤0.6 cm3/m
10.3MPa
≤1.0cm3/m
制动液相容性试验 143±℃×5h
爆破压力
≥60MPa
拉伸强度试验
≥1446N
臭氧试验 100mPa±10mPa /40℃±3℃/48h±10h
外覆层无龟裂或裂纹
低温弯曲试验（弯曲半径R60）
TPU外覆层+钢丝增强+PTFE内管 ﹣45℃～﹣48℃×72h
外覆层无龟裂或裂纹
以少代多典型应用案例二
EPDM胶管+不锈钢管+卡箍
中
项目 原管路系统 集成管路
冷 零件数
7件
3件 减重率
器 出
重量
1.2kg
0.75kg 37%
气
管
பைடு நூலகம்
TPV吹塑管与EPDM胶管硫化粘接 为一体
测试项目 爆破压力
剥离强度
集成管主要性能
常温
1.4(MPa)
80℃
≥0.6 (MPa)
≥3KN/m
轻量化汽车材料技术的发展趋势
由于钢铁材料在强度、塑性、抗冲击能力、回收使用及低成本方面具有 综合的优越，其在汽车材料中的主导地位仍是不可动摇的。但高强度钢 和超高强度钢的应用，如汽车车身、底盘、悬架、转向等零部件上，将 有较大增长。 铝镁合金在汽车上的用量将明显增加。 工程塑料、复合材料所占比例将有明显增长。
具体结构合理设计主要有以下3个方面： 通过结构优化设计，减小车身骨架及车身钢板的质量，对车身强度和
刚度进行校核，确保汽车在满足性能的前提下减轻自重。 通过结构的小型化，促进汽车轻量化，主要通过其主要功能部件在同
等使用性能不变的情况下，缩小尺寸。 采取运动结构方式的变化来达到目的。比如采用轿车发动机前置、前
同时，还有零部件数量集成及功能集成，实现整车轻量化
结构优化
对汽车总体结构进行分析和优化，实现对汽车零部件的精简、整体化和轻 质化。 在现代汽车工业中，利用CAD/CAE/CAM等软件辅助汽车设计已经成为不可 或缺的环节，涵盖了汽车设计和制造的各个环节。通过这类软件能够建立数字 化模型，准确实现车身的实体结构设计和局部设计，同时可以通过仿真计算来 检验汽车结构的刚度，模态等参数，并且能够便捷地对汽车结构进行改造。 利用CAD/CAE/CAM一体化技术，可以准确实现各构件的开头配置、板材厚 度的变化进行分析，并可从数据库中提取由系统直接生成的有关该车的相关数 据进行工程分析和刚度、强度计算。对于采用轻质材料的零部件，还可以进行 布局分析和运动干涉分析等，使轻量化材料能够满足车身设计的各项要求。
1.高刚度保证零件的薄壁化
2.高流动性保证薄壁零件的成形性
单位
填充物比例
%
熔融指数（230 ℃ ） g/10min
密度（比重）
g/cm3
拉伸强度
MPa
弯曲模量
MPa
冲击强度（23℃）
KJ/m2
实例 （前保险杠壁厚变化） mm
普通材料 15 18
1.035 21.1 1950 34±3
3.0
最新材料 23 46 1.08 17
多材料结构进行优化，既能改进汽车性能，又能显著减小质量。当前材 料的组合仍以高强度钢、铝、镁和塑料为主。要实现多材料轻量化结构 设计，必须强调“合适的材料用在合适的部位”
• 通过开发汽车车身、底盘、动力传动系统等大型 零部件整体加工技术和相关的模块化设计和制造
技术，使节能型汽车从制造到使用各个环节都真 正实现节能、环保。
以少代多典型应用案例一
金属管+橡胶管+卡箍+接头
项目 原管路系统 集成管路
零件数
离
36件
合 器
重量
1325g
软
管
项目
6件 657g
减重率 50%
汽车轻量化研究概述
报告人： 时 间：
内容
汽车轻量化的趋势 汽车轻量化途径 结构设计优化 材料轻量化 制造新工艺
研究表明，轿车减重减重100kg与节油效果关系如下所示：
车辆类型使用条件
重量
平均油耗
减重节油
全寿命 减重 周期里程 全寿命节油
t L/100km L/100km 1000km
轮驱动和超轻悬架结构等，使结构更紧凑，或采取发动机后置、后轮 驱动的方式，达到使整车局部变小，实现轻量化的目标。
在汽车结构优化设计方面，我国已经完全从依靠经验设计发展到 应用有限元等现代设计方法进行静强度计算和分析阶段。
材料轻量化应用的现状
汽车材料在汽车上的应用比例
随着汽车材料技术的飞速发展， 现代汽车制造材料的构成也在不断发 生变化。以现代轿车用材为例，按照 重量换算，钢材占汽车自重的55％～ 60％ ，铸铁占5％～12％，有色金属 占6％～10％，塑料占8％～12％，橡 胶占4％，玻璃占3％，其他材料(油漆、 各种液体等)占6％～12％。