專用汽車輕量化設(shè)計(jì)

屈葵林

中國(guó)重汽集團(tuán)柳州運(yùn)力專用汽車有限公司,廣西柳州 545112

1 汽車輕量化的時(shí)代背景和意義

汽車輕量化是在保證汽車的性能和品質(zhì)不受影響反而可以提高的情況下來盡可能的降低汽車產(chǎn)品的重量，并結(jié)合合理的輕質(zhì)材料和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)來提高低振動(dòng)和低噪聲以及高輸出功率等。

然而，車用燃油是石油消耗最大的一部分。目前，全世界汽車石油的消耗量可以達(dá)到每年92億桶，約占世界總石油產(chǎn)量的45%。所以，為了盡可能的節(jié)約能源而且在不降低汽車使用量的情況下，實(shí)現(xiàn)降低汽車的油耗量是具有很大的意義的。

汽車在人們實(shí)際生活中的地位和世界經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中的地位毋庸置疑，隨著不可再生資源的日益緊張和社會(huì)文明度的提高現(xiàn)在面臨的最大挑戰(zhàn)就是，減少尾氣污染和減少材料的應(yīng)用。

2 專用汽車輕量化的主要措施

專用汽車的設(shè)計(jì)過程是在載貨汽車的專用底盤或者汽車底盤上裝置專用的車廂。優(yōu)美的造型以及新穎的設(shè)計(jì)觀念和舒適度是吸引客戶的重要方式。在對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤變化不大的如今專用汽車的造型是爭(zhēng)取市場(chǎng)的關(guān)鍵之一。汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)功率主要消耗在克服汽車行駛的阻力上，目前國(guó)內(nèi)外專用汽車的輕質(zhì)材料主要有：塑料、高強(qiáng)度鋼、鎂、符合材料以及鋁等。

3 專用汽車輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化

汽車消費(fèi)者希望汽車的功能和作用能夠繼續(xù)完善，同時(shí)，為了滿足消費(fèi)者的需求汽車的重量有明顯的輕量化趨勢(shì)。

通過優(yōu)化材料設(shè)計(jì)而降低車體的重量的工藝方法主要有兩點(diǎn)：1）使用高強(qiáng)度材料降低鋼板厚度的規(guī)格；2）以低密度材料代替鋼鐵材料，比如使用塑料和低密度的鋁等。另外，利用這些技術(shù)實(shí)施模擬代替實(shí)車進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)使用輕量化的車身進(jìn)行碰撞和振動(dòng)的分析。

（1）現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的應(yīng)用在汽車的生產(chǎn)上起到了重要的作用，大大地縮短了汽車開發(fā)的周期，還提高了汽車輕量化的制作水平和效率。如我公司生產(chǎn)的鋁合金半掛運(yùn)油車（如圖1），它的重量要比同等車型的鋼質(zhì)車身輕55%。另外，越來越多的鋁制輪框和全鋁發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)在各種車型上面，并且逐步替代傳統(tǒng)的鋼質(zhì)零部件。

圖1 中國(guó)重汽集團(tuán)柳州運(yùn)力專用汽車有限公司生產(chǎn)的鋁合金半掛運(yùn)油車

（2）塑料在專用汽車輕量化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用也非常廣泛，它能同時(shí)滿足降低車身成本和重量這兩方面的需求，它的技術(shù)也比較成熟。它的特點(diǎn)是，耐腐蝕、成本低、裝飾效果好、強(qiáng)度高、易加工和吸收沖擊能量等眾多優(yōu)點(diǎn)。不僅這些，還對(duì)整車的安全性以及外觀和舒適程度都有利。2001年世界汽車平均塑料用量達(dá)到了115kg，約占汽車總量的8%～12%，并且這一數(shù)量還在不斷增加。塑料廣泛的應(yīng)用在汽車的內(nèi)外裝飾方面，而今后重點(diǎn)開發(fā)的是功能件和結(jié)構(gòu)件以及外裝件的高性能塑料；

（3）鋁鎂合金是目前應(yīng)用領(lǐng)域最輕的金屬材料，無論是剛度還是強(qiáng)度都比較高。鋁鎂合金的減重效果比鋁合金更加明顯，而且還具有尺寸穩(wěn)定性高和減震性好等特點(diǎn)，使汽車的應(yīng)用有美好的前景。目前，歐美轎車上鋁鎂合金的平均用量約為40kg/輛，而且還在迅速的發(fā)展中。但是，鋁鎂合金的缺點(diǎn)就是成本高，而且再生產(chǎn)、制造的工藝都不如鋁合金。同時(shí)國(guó)內(nèi)鋁鎂合金的研究基礎(chǔ)比較薄弱，相關(guān)的一些標(biāo)準(zhǔn)和牌號(hào)都有待提高；

（4）在汽車輕量化材料中，用高強(qiáng)度鋼替代原使用材料，可以適當(dāng)?shù)妮^小零件的尺寸。目前，全球廣泛應(yīng)用和提高彈簧鋼以及高合金鋼和不銹鋼的強(qiáng)度和剛度來作為汽車輕量化的措施。

圖2 中國(guó)重汽集團(tuán)柳州運(yùn)力專用汽車有限公司生產(chǎn)進(jìn)口高強(qiáng)板自卸車

（5）有機(jī)材料和復(fù)合材料：近年來，功能型有機(jī)和復(fù)合材料的迅猛發(fā)展，在很多強(qiáng)度不高的場(chǎng)合并且是合理的選用情況下，它已經(jīng)成為鋼板替代的主要材料，并且在汽車配件比例中呈逐年上升的趨勢(shì)。但是它也存在缺點(diǎn)，如：可靠性差、生產(chǎn)效率低以及不能無損傷等等。目前，復(fù)合材料在汽車上的運(yùn)用比例還很低，范圍很小，隨著生產(chǎn)工藝和性能的不斷提高，應(yīng)用前景還是很廣闊的。

4 結(jié)論

專用汽車輕量化對(duì)降低排放、汽車節(jié)油以及性能都有改善。能源戰(zhàn)略規(guī)劃以及汽車工業(yè)健康發(fā)展方面都具有重要的意義[4]，專用汽車輕量化是現(xiàn)代汽車技術(shù)的發(fā)展方向，也是新世紀(jì)實(shí)現(xiàn)汽車進(jìn)一步輕量化的重要技術(shù)措施。

[1]田浩彬，林建平，劉瑞同.汽車車身輕量化及其相關(guān)成形技術(shù)綜述[J].汽車工程，2005，27(3)：381：384.

[2]葉平，沈建平，王光耀.汽車輕量化用高強(qiáng)度鋼現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)[J].機(jī)械工程材料，2006，30(3)：4-7.

[3]鐘新農(nóng).汽車輕量化與高強(qiáng)度鋼板的成形性分析[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2006，l9(3)：40-41.

[4]李善坡，隋允康.響應(yīng)面方法在二維連續(xù)體形狀優(yōu)化中的應(yīng)用[J].力學(xué)與實(shí)踐，2006，28(2)：44-47.