輕量化節能技術分析

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摘要：車身輕量化是汽車節能減排的有效手段之一，對汽車輕量化的必要性、實施措施、研究現狀等進行了研究，明確了在最初設計狀態下，注重優化車身結構、各零部件輕量化設計有利于實現車身輕量化的結論。

關鍵詞：輕量化；新型材料；生產工藝；結構設計

近年來，隨著中國工業化的不斷推進，節能減排已經漸漸進入人們的視線，各國專家學者紛紛致力于輕量化研究。輕量化是實現節能減排的重要措施之一，研究發現實現輕量化的途徑主要有采用新型材料、優化生產工藝和采用新技術進行結構設計?？傮w來說，這三方面是未來輕量化發展的主流。

1車身輕量化措施

輕量化，是指在保證強度和安全的前提下，盡可能降低車身質量從而提高汽車的動力性和經濟性，減少排氣污染[1]。20世紀以來，安全、節能、環保法規日趨嚴格，有研究數字顯示，如果汽車整車質量降低10%，燃油效率可提高6%～8%[2]。在節能減排日益緊迫的背景下，汽車輕量化已經成為當今世界汽車工業發展的潮流。輕量化技術的應用可以極大地提高汽車企業的競爭力。汽車輕量化的益處如圖1所示[3]。圖1汽車輕量化的必要性目前，實現車身輕量化主要有3個措施，即優化汽車框架結構和形狀尺寸，在車身制造上采用輕質材料以及先進制造工藝[4]。第一種措施主要是利用有限元法和優化設計措施進行結構分析和結構優化設計[5]，以減少車身骨架和車身鋼板的質量[6-7]；第二種措施目前看來應該是車身輕量化的主流，已經有很多種輕質材料應用于車身制造工業[8]；第三種措施為先進制造工藝的應用，包括激光拼焊板技術、熱壓成型技術和液壓成型技術[9]。

2車身輕量化應用現狀

車身結構優化方法如圖2所示，從車身結構優化入手實施車身輕量化是最能夠體現車身設計和仿真分析水平的一條實施路徑。通過車身結構優化所獲得的減重收益往往最經濟，對于物料成本、項目投資等影響都很小。車身結構優化的主要方法如圖2所示，主要包括接頭優化、斷面優化、零件形狀優化等。接頭優化和斷面優化需要借助于CAE（計算機輔助工程）仿真技術，零件形狀優化則需注重零件細節。高強度鋼和低密度材料減少的質量及相對成本對比如表1所示，輕量化材料的種類如圖3所示。如圖3所示，輕量化材料主要有兩個發展方向：a)以高強度鋼、鋁合金、鎂合金為代表的金屬材料；b)以碳纖維復合材料、玻纖復合材料和工程塑料為代表的非金屬材料。如圖3所示，從下到上代表了目前車身材料的發展方向。如圖4所示，先進制造工藝主要包括零件工藝和車身工藝。零件工藝主要有熱沖壓成型、TRB（柔性軋制板）差厚板工藝、TWB激光拼焊工藝和Patch鋼板工藝等；車身工藝主要有激光焊接、CMT（冷金屬過渡焊接技術）焊接、鉚接、結構膠等。在實際工作中，采用先進制造工藝實施車身輕量化與新材料的應用密切相關，新技術、新材料往往需要采用新的成型和連接工藝。如果采用鋁合金材料代替鋼材，鋁與鋁之間的連接或者鋁與鋼之間的連接也不能再使用傳統的點焊工藝。例如：鋁合金發動機蓋，其內板及加強板之間一般采用TOX鉚接工藝替代點焊工藝，而內外板之間仍然采用包邊工藝進行連接。同時，制造工藝設備的技術發展也在促進車身更好地實現輕量化[10]。

3結語

面對日益緊迫的新能源危機和環境污染問題，對汽車輕量化的需求越來越迫切，輕量化技術的應用也越來越廣泛。在各大汽車企業中，新的輕量化技術不斷涌現并得以應用。主要闡述了A汽車企業所推廣應用的輕量化技術———兼顧成本優勢的輕量化材料選擇及相應新輕量化工藝運用，并在最初設計狀態下注重優化車身結構、各零部件輕量化設計。文章對于輕量化技術的討論可為其他汽車企業選擇與之相適應的車身輕量化技術提供參考，同時對企業輕量化技術推進具有一定的指導意義。

參考文獻：

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［3］劉文華，何天明.高強度鋼在汽車輕量化中的應用［D］.武漢：武漢理工大學，2008.

［4］劉偉燕，王書偉.輕量化技術在汽車車身上的應用［J］.汽車工程師，2011(2)：50-54.

［5］漢斯•波特•德吉舍爾，西格麗•呂夫特.輕量化［M］.陳力禾，譯.北京：機械工業出版社，2011.

［6］張式程.汽車輕量化技術及其發展趨勢［D］.長沙：湖南大學，2011.

［7］劉一蒙，劉曦，張攀，等.某特種車駕駛布置室輕量化設計［J］.四川兵工學報，2009(2)：89-91.

［8］陳力禾.汽車輕量化之鎂［R］.昆明：中國機械工程學會，2011.

［9］倪晉尚.輕量化技術在現代汽車中的應用［J］.公路與汽運，2008(5)：4-7.

［10］沈建東，王鏑.車身輕量化技術策略的研究和應用［J］.上海汽車，2012(6)：42-47.

作者:姚慶偉 單位:長城汽車股份有限公司