汽车轻量化.ppt

汽车轻量化汽车轻量化英文名称：LightweightofAutomobile定义：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。主要指导思想：在确保稳定提升性能的基础上，节能化设计各总成零部件，持续优化车型谱。汽车轻量化 汽车轻量化不能以简单的减重多少来衡量，必须与所设计车身的尺寸和功能相关对于已有的功能可满足要求的汽车，轻量化的设计是降低重量而保持原功能不变，其轻量化的效果是直接的减重；现有功能尚不能全部满足要求或需要提升的汽车，轻量化设计是完善功能而保持质量不变；既要提高改进性能，同时也使汽车减重。汽车轻量化设计实际上是功能改进，质量降低，结构优化和合理价格的结合。汽车轻量化对汽车技术的不断发展起到了重要作用：（1）降低油耗：汽车行驶方程式为：F=Gf+Gsin+ma+CdAv/21.15其中：F为行驶阻力；G为车重；f为滚动阻力系数；为道路坡度；为汽车旋转质量换算系数；m为汽车质量；Cd为风阻系数；A为迎风面积；v为车速。等速百公里燃油消耗量：其中，C为常数；F为行驶阻力，F=Ft+Fw降低油耗汽车行驶阻力越大，耗油越多。汽车行驶阻力包括滚动阻力、爬坡阻力、加速阻力和空气阻力等四项，从上式可以看出，其中前三项均与车重成正比。经验数据显示，空气阻力约占行驶阻力的25。目前，减少这部分阻力的措施通常有：流线型车身、全粘接挡风玻璃、隐蔽式雨刮器、下地板全封装等。这些措施能将风阻系数降到0.3，但这已到瓶颈，其进一步减小的可能性只能寄希望于更为流畅低矮的车身。只是这样不仅需要巨大的技术与资金的投入，且不适用于要求空间宽敞的日常用车，因而应该将目光转移到其它的阻力因素上。而剩下的75，即滚动阻力、爬坡阻力、加速阻力，从公式可以看出，均与车重成正比。因此，减轻汽车质量，就成为减轻阻力从而节约燃油的重要措施。降低油耗结果表明，轻量化对汽车节能减排具有重要意义 汽车自身质量对燃油消耗的影响 各类车型的燃油效率与车身自重的关系除空气动力学阻力之外除空气动力学阻力之外,车子运动的车子运动的各类阻力都和车子质量呈线性关系各类阻力都和车子质量呈线性关系诸多乘用车，车重减少诸多乘用车，车重减少 100 kg,每升油多行驶每升油多行驶 1 km实验证明，若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提6%8%，汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.30.6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。降低油耗车重与燃油重与燃油利用率利用率的关系的关系 油耗与油耗与CO2排放关系排放关系降低油耗是实现节能减排的有效手段研究表明,约75%的油耗与整车质量有关,降低汽车质量就可有效降低油耗以及排放。目前,大量研究表明,汽车质量每下降10%，油耗下降8%,排放下降4%。美国在欧洲全顺车的实验表明,在满足欧标准条件下,每百公里油耗Y与自重X满足以下关系Y=0.003X+3.3434(1)对商用车的研究表明,汽车质量每减少1000kg,油耗可降低6%7%。油耗的下降,意味着CO2,氮氧化物(NOx)等有害气体排放量的下降。据报道,在美国汽车质量如果减少25%,燃油消耗按减少13%计,一年可节省2.7亿桶石油,每消耗1L燃油,将产生CO222.5kg。因此燃油消耗的降低,就意味着温室气体和其他有害气体排放的下降。(2）改善性能(2）改善性能：汽车轻量化，有利于改善汽车的行驶、转向、加速、制动等运动性能和排气性能等多方面的性能。其中，发动机的轻量化还可改善前轮荷重分担率，进而改善汽车的操纵稳定性，还可为降低噪声、振动、实现大功率化创造条件。同时还有利于减轻部件振动和降低噪声，提高舒适性能，对于某些承载件，其承载的重量减轻，有利于降低元件疲劳，提高耐久性。例如一辆重量1543kg的汽车，若车重减轻25%，可使该车加速到60km/h的时间从原来的10秒减少到8秒。改善动力性汽车行驶方程式为：Ft=Ff+Fi+Fw+Fj其中：Ft为行驶阻力；Ff滚动阻力；Fj为加速阻力；Fi为坡道阻力；Fw为空气阻力。FtFw/G=+du/gdt令FtFw/G=D,D为汽车的动力因数，表示扣去空气阻力后单位车重得到的驱动力。动力因数越大，汽车的动力性越好。因此降低了汽车质量，相应动力因数增大，汽车的动力性增强。(3）波及效果(3）波及效果：汽车各部分的质量是相互关联的。例如，发动机质量的减轻，使有关底盘部分也可以相应地减轻，即汽车整车减少的质量将大于发动机减少的质量；又如，车身零部件的轻量化，使支承它的行驶系统（车架、车桥、车轮、悬架等）负荷减小，尺寸和质量即可适当减小，发动机和制动器也可相应减小、减轻。通常，当平衡系统中某个部位质量减少1kg，给予整个系统的波及效果是质量减少Kkg，称K为增长因子，K值因部位而异，汽车的K值在1.52.0之间。轻量化发展道路自上世纪70年代以来，随着材料技术和制造技术的进步，汽车自身重量在逐年减少，以美国为例，上世纪80年代初，中型轿车的平均质量为1520KG；90年代初下降至1475KG；90年代末下降至1230KG；19851995年期间，轿车质量平均每年减少0.9%。20世纪末和本世纪初世界各国先后出现过百公里油耗3L的汽车，这类汽车的质量基本处在750850KG之间，比现今同类车轻50%。1998年德国大众推出路波3LTDI，汽车自身质量只有800KG。奥迪公司开发全铝型轿车AuDiA2,汽车自身质量只有895990KG。商用车的自身质量也在减少，以意大利依柯维商用车为例，2004年其驾驶室的质量已降为960KG，减少40%。主要汽车生产国轻量化与改善燃油效率值的策略日本美国欧洲改善燃油效 率的做法 2010年燃油效率提高24%（与1995年比）燃油效率的规定不按照企业平均量，而按照汽车等级来区分贯彻执行企业平均燃油效率CAFE政策。以PNGV（新一代汽车合作计划）计划推动3L/100km车的开发（2004年）加州2009年起达成CO2的企业平均限制法。汽车业自我限制，2008年新车的平均CO2排放标准为140g/km(5.9L/100km)超低燃油消耗车的开发 紧盯美国加州法令，加速开发汽油/电池混合车PNGV计划正在开发全铝车体：GMPrecept；FordProdigy；Chrysler批量生产出全球首部燃油效率为3L/100km的车VWLupo3L/100km概念车领先开发燃料电池车发表丰田ES3(*)ESX2三种燃料电池车燃料电池车*超级燃油效率概念车，燃油效率为2.7L/100km（CO271g/km）目前国内外汽车轻量化技术的发展迅速，主要的轻量化措施是如下所述。（1）轻量化的结构设计和分析，而且这种设计已经融合到了汽车的前期概念设计阶段。由于计算机技术的飞速发展，目前利用CAD/CAE/CAM一体化技术可以实现汽车的轻量化设计、制造。计算规模、计算容量和计算速度对于各种实用程序来说已不是主要矛盾，有关理论与软件的不断发展进步使计算机辅助分析如虎添翼，计算机辅助分析（CAE）技术将在汽车工业中起着越来越重要的作用。汽车轻量化的措施 汽车轻量化的措施(2）轻质材料在汽车上的应用，包括铝、镁、高强度钢、复合材料、塑料等，并在前期与结构设计融为一体，以及相应的装配、制造、防腐、连接等工艺的研究应用。铝铸件代替铸铁件的质量对比表零件名称铸铁件质量kg铝铸件质量kg质量比发动机缸体8012013.5323.84.4:1发动机缸盖18276.811.42.42.7:1进气歧管3.518.01.89.02:1转向机壳3.64.51.41.82.52.6:1传动箱壳13.523.05.08.22.72.8:1制动毂5.59.01.83.62.53.1:1水泵壳1.85.80.72.32.42.6:1油泵壳1.42.30.50.92.62.8:1我国汽车轻量化技术发展面临的主要问题目前，我国汽车轻量化技术无论在理论研究方面还是在实际应用方面与国外均有较大差距。轻量化技术的发展主要面临如下问题：1、轻量化技术涉及众多学科的研究领域需要运用多学科交叉融合所形成的综合性、系统性知识体系,而在目前的研发体系下，各研发机构往往只注重单个技术的研发很少开展各技术间的交叉与融合2、汽车轻量化技术涉及众多的共性技术和前沿技术其关键、核心技术的突破不可能由单个企业或科研机构独立完成。必须要由国家级的研究机构对其关键、重大问题进行战略性和前瞻性的超前部署。而目前此类机构尚未建立。3、产、学、研结合不够紧密没有明确定位、合理分工。基础研究和技术开发研究的有机衔接不够。企业规模小而分散。轻量化技术开发能力薄弱，研发人才短缺，工艺水平落后。结论尽管面临种种障碍，人们仍然没有放弃努力，专业软件的开发成果越来越多，新材料技术、新生产技术和新设计方法不断进步，铝、镁、复合材料和特种钢等新材料在汽车制造中的使用比例在逐步加大。虽然在目前看来汽车工业短期内不会在减重方面出现革命性突破，但是由于不断地努力，人们实际上正在一步步接近制造出轻量廉价的新一代汽车的目标。轻量化技术是一项涉及基础理论、工程设计、工厂制造、实践验证的内容丰富、涉及广泛的课题，必将经历一个努力的探索过程。经过努力，汽车将在不远的将来，以清洁、强大、轻量的崭新形象引导新一代的潮流。参考资料1余志生.汽车理论第5版.机械工业出版社.2廖君.汽车轻量化技术发展的探讨J;；机械；2009年01期.3程振彪.世界汽车轻量化新进展及新型材料的研发应用J.汽车世界，2002，（6）.4百度搜索谢谢观赏WPS OfficeMake Presentation much more funWPS官方微博kingsoftwps