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汽车轻量化
来源: | 作者:anscos | 发布时间: 2017-03-03 | 6179 次浏览 | 分享到:
随着“节能环保”越来越成为了广泛关注的话题,轻量化也广泛应用到普通汽车领域,在提高操控性的同时还能有出色的节油表现。汽车的油耗主要取决于发动机的排量和汽车的总质量,在保持汽车整体品质、性能和造价不变甚至优化的前提下,降低汽车自身重量可以提高输出功率、降低噪声、提升操控性、可靠性,提高车速、降低油耗、减少废气排放量、提升安全性。有研究数字显示,若汽车整车重量降低10%,燃油效率可提高6%-8%;若滚动阻力减少10%,燃油效率可提高3%;若车桥、变速器等装置的传动效率提高10%,燃油效率可提高7%。汽车车身约占汽车总质量的30%,空载情况下,约70%的油耗用在车身质量上。因此,车身变轻对于整车的燃油经济性、车辆控制稳定性、碰撞安全性都大有裨益。
    随着“节能环保”越来越成为了广泛关注的话题,轻量化也广泛应用到普通汽车领域,在提高操控性的同时还能有出色的节油表现。汽车的油耗主要取决于发动机的排量和汽车的总质量,在保持汽车整体品质、性能和造价不变甚至优化的前提下,降低汽车自身重量可以提高输出功率、降低噪声、提升操控性、可靠性,提高车速、降低油耗、减少废气排放量、提升安全性。有研究数字显示,若汽车整车重量降低10%,燃油效率可提高6%-8%;若滚动阻力减少10%,燃油效率可提高3%;若车桥、变速器等装置的传动效率提高10%,燃油效率可提高7%。汽车车身约占汽车总质量的30%,空载情况下,约70%的油耗用在车身质量上。因此,车身变轻对于整车的燃油经济性、车辆控制稳定性、碰撞安全性都大有裨益。
   
汽车的轻量化,就是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,减少燃料消耗,降低排气污染。实验证明,若汽车整车重量降低10%,燃油效率可提高6%—8%;汽车整备质量每减少100公斤,百公里油耗可降低0.3—0.6升;汽车重量降低1%,油耗可降低0.7%。当前,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。
汽车轻量化的主要途径是: 
①汽车主流规格车型持续优化,规格主参数尺寸保留的前提下,提升整车结构强度,降低耗材用量;
②采用轻质材料。如铝、镁、陶瓷、塑料、玻璃纤维或碳纤维复合材料等;
③采用计算机进行结构设计。如采用有限元分析、局部加强设计等;
④采用承载式车身,减薄车身板料厚度等。
其中,当前的主要汽车轻量化措施主要是采用轻质材料。
钢铁材料的轻量化举措
钢铁材料在与有色合金和高分子材料的竞争中继续发挥其价格便宜、工艺成熟的优势,通过高强度化和有效的强化措施可充分发挥其强度潜力,以致迄今为止仍然是在汽车生产上使用最多的材料。
高强度钢板
轿车自重的25%在车身,车身材料的轻量化举足轻重。20世纪90年代,世界范围内的35家主要钢铁企业合作完成了“超轻钢质汽车车身”(ULSAB-Ultra Light Steel Auto Body)课题。该课题的研究成果表明,车身钢板的90%使用现已大量生产的高强度钢板(包括高强度、超高强度和夹层减重钢板),可以在不增加成本的前提下实现车身降重25%(以4门轿车为参照),且静态扭转刚度提高80%,静态弯曲刚度提高52%,第一车身结构模量提高58%,满足全部碰撞法规要求。当然,这还是一个研究的成果,高强度钢板在车身上的实际应用还未达到如此高的水平。在普通的IF钢板的基础上相继开发了高强度IF钢板和烘烤硬化IF钢板,在保持高成型性的同时提高了强度和抗凹陷性,为车身钢板的减薄和实现轻量化创造了条件。
加入Ti、Nb和V等元素的析出强化钢板拉伸强度在500~750MPa,可用于车轮和其它底盘零件。
近来开发的多相钢有相当大的应用潜力。其中铁素体-贝氏体钢强度级别为500MPa,双相(DP)钢和相变诱发塑性(TRIP)钢强度级别为600~800MPa,复相(CP)钢强度级别在1000MPa或更高。这些钢的成型性能也很好。日本日产汽车公司进行了590MPa级高强度钢板在车身上的应用研究,他们选用TRIP钢和DP钢裸板以及DP钢镀锌板并运用有限元分析技术解决了冲压开裂和回弹问题,优化了焊接工艺参数,通过实车检测,刚度和碰撞性能满足要求,比采用440MPa级钢板时降重10kg。
激光拼焊毛坯(Tailored Blank)是新近开发并应用的钢板轻量化技术。在前述ULSAB车身有18个零件采用了此技术。
结构钢
钢铁材料的用量虽逐年减少,但高强度钢的用量却有相当大的增加。高强度结构钢使零件设计得更紧凑和小型化,有助于汽车的轻量化。
(1) 弹簧
悬架弹簧轻量化的最有效方法是提高弹簧的设计许用应力。但是为了实现这种高应力下的轻量化,材料的高强度化是不可少的。在传统的Si-Mn弹簧钢的基础上通过降低C并添加Ni、Cr、Mo和V等合金元素,开发出强度和韧性都很高的钢种,设计许用应力可达1270MPa,这种弹簧钢的应用可实现40%的轻量化。在传统的Cr-V系弹簧钢中添加Nb可提高钢的抗延迟断裂性能,结合改进的奥氏体轧制成型,可使钢的拉伸强度达到1800MPa的水平。
气门弹簧用的Si-Cr钢中添加V,通过晶粒细化确保韧性,由增C提高强度。这样改进后,弹簧的高周疲劳强度约提高8%,可实现15%的轻量化。通过有限元分析,螺旋弹簧内、外侧应力均匀分布的柠檬形断面弹簧钢丝得以开发,使弹簧实现7%的轻量化。
提高弹簧疲劳强度的有效途径是对弹簧进行喷丸和氮化处理。弹簧的喷丸,除了传统的应力喷丸之外又发展了双级喷丸。喷丸和氮化也可以复合使用。
(2) 齿轮
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