汽車輕量化的發(fā)展現(xiàn)狀及未來..教學(xué)內(nèi)容

1、小組(xioz)成員：王振文 王錕 胡金明張逸麟 洪少華 陳偉堅(jiān) 劉志偉第一頁，共38頁。主要(zhyo)內(nèi)容 汽車輕量化的意義及概念 國內(nèi)外汽車輕量化的發(fā)展(fzhn)現(xiàn)狀 汽車輕量化技術(shù)及應(yīng)用第二頁，共38頁。汽車汽車(qch)輕量化的意義輕量化的意義第三頁，共38頁。汽車汽車(qch)輕量化的意義輕量化的意義1990年以來中國(zhn u)石油消費(fèi) 的供應(yīng)能源 汽車燃油在我國石油汽車燃油在我國石油 消費(fèi)中的的增長情況消費(fèi)中的的增長情況第四頁，共38頁。汽車汽車(qch)輕量化的概念輕量化的概念第五頁，共38頁。汽車汽車(qch)輕量化的意義輕量化的意義 , , , , , ,將產(chǎn)生將產(chǎn)生

2、 CO22 CO222 . 5 kg2 . 5 kg。 因此燃油消耗的降低因此燃油消耗的降低(jingd) ,(jingd) ,就意味著溫室氣體和就意味著溫室氣體和其他有害氣體排放的下降。其他有害氣體排放的下降。第六頁，共38頁。汽車汽車(qch)輕量化的意義輕量化的意義除空氣動(dòng)力學(xué)阻力(zl)之外 ,車子運(yùn)動(dòng)的各類阻力(zl)都和車子質(zhì)量呈線性關(guān)系 各類車型的燃油效率與車身(ch shn)自重的關(guān)系 汽車自身質(zhì)量對(duì)燃油消耗的影響汽車自身質(zhì)量對(duì)燃油消耗的影響諸多乘用車，車重減少 100 kg,每升油多行駛 1 km第七頁，共38頁。國內(nèi)外汽車輕量化的發(fā)展國內(nèi)外汽車輕量化的發(fā)展(fzhn)現(xiàn)狀現(xiàn)

3、狀第八頁，共38頁。 自上世紀(jì)70年代以來，隨著材料技術(shù)和制造技術(shù)的進(jìn)步，汽車自身重量在逐年(zhnin)減少，以美國為例，上世紀(jì)80年代初，中型轎車的平均質(zhì)量為1520KG；90年代初下降至1475KG；90年代末下降至1230KG；19851995年期間，轎車質(zhì)量平均每年減少0.9%。20世紀(jì)末和本世紀(jì)初世界各國先后出現(xiàn)過百公里油耗3L的汽車，這類汽車的質(zhì)量基本處在750850KG之間，比現(xiàn)今同類車輕50%。1998年德國大眾推出路波3L TDI，汽車自身質(zhì)量只有800KG。奧迪公司開發(fā)全鋁型轎車AuDi A2,汽車自身質(zhì)量只有895990KG。商用車的自身質(zhì)量也在減少，以意大利依柯維商用

4、車為例，2004年其駕駛室的質(zhì)量已降為960KG，減少40%。第九頁，共38頁。 美國總統(tǒng)奧巴馬2009年5月公布了一項(xiàng)汽車節(jié)能減排計(jì)劃，目標(biāo)是到2016年，美國國內(nèi)生產(chǎn)的客車和輕型卡車百公里耗油不超過6.62L，CO2排放量也比現(xiàn)有車輛減少1/3。這項(xiàng)計(jì)劃2012年開始實(shí)施，將使美國在20122016年減少使用原油18億桶，溫室氣體排放量將減少9億噸。 歐洲和日本不僅(bjn)在降耗減排方面推行了相關(guān)政策，而且對(duì)廢舊車輛回收也作出了嚴(yán)格規(guī)定。如日本2001年規(guī)劃由拋棄型進(jìn)入循環(huán)型的社會(huì)發(fā)展模式，推行全回收或零廢棄的觀念。其實(shí)，2001年以前，日本已有相關(guān)法令推行綠色設(shè)計(jì)及綠色采購。第十頁，共

5、38頁。日本 美國歐洲改善燃油效 率的做法 2010年燃油效率提高24%（與1995年比） 燃油效率的規(guī)定不按 照企業(yè)平均量，而按照汽車等級(jí)來區(qū)分 貫徹執(zhí)行企業(yè)平均燃油效率CAFE政策。以PNGV（新一代汽車合作 計(jì)劃）計(jì)劃推3L/100km 車的開發(fā)（200年） 加州2009年起達(dá)成CO2的企業(yè)平均限制法。 汽車業(yè)自我限制，2008年新車的平均CO2排放標(biāo)準(zhǔn)為140g/km (5.9L/100km)超低燃油消耗車的開發(fā) 緊盯美國加州法令，加速開發(fā)汽油/電池混合車 PNGV計(jì)劃正在開發(fā)全鋁車體： GMPrecept； FordProdigy；Chrysler 批量生產(chǎn)出全球首部燃油效率為3L/

6、100km的車VWLupo 3L/100km概念車 領(lǐng)先開發(fā)燃料電池車 發(fā)表豐田ES3 (*) ESX2三種 燃料電池車 燃料電池車 *超級(jí)超級(jí)(choj)燃油效率概念車，燃油效率為燃油效率概念車，燃油效率為2.7L/100k（CO271g/km） 主要汽車生產(chǎn)國輕量化與改善主要汽車生產(chǎn)國輕量化與改善(gishn)燃油效率值的策略燃油效率值的策略 第十一頁，共38頁。 國際鋼鐵協(xié)會(huì)首先開展了超輕鋼汽車車身UISAB項(xiàng)目，參加該項(xiàng)目的有來自5大洲18個(gè)國家的35家鋼鐵企業(yè)。該項(xiàng)目于1994年啟動(dòng)，1998年結(jié)束，主要目標(biāo)是減小車身質(zhì)量、提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、提高安全(nqun)性、簡化制造工藝及降低生產(chǎn)

7、成本。與UISAB相關(guān)的項(xiàng)目還有UISAC和UISAS兩項(xiàng)目，前者是將高強(qiáng)度鋼應(yīng)用在汽車車身覆蓋件上，后者是采用高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度材料以及一些先進(jìn)的制造技術(shù)來生產(chǎn)輕量、廉價(jià)和性能良好的懸架系統(tǒng)，目標(biāo)是通過采用新的鋼材及設(shè)計(jì)，將懸架質(zhì)量減小20%。國際鋼協(xié)1998年3月開始在全球?qū)嵤︰ISAB-AVC計(jì)劃，該項(xiàng)目是從整體上研究開發(fā)新一代鋼鐵材料汽車結(jié)構(gòu)（車身、覆蓋件、懸架系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)支架及所有與結(jié)構(gòu)、安全(nqun)相關(guān)的部件）。世界各大鋁業(yè)公司也結(jié)成了汽車鋁材聯(lián)盟，如美國汽車材料合作伙伴（USAMP）。第十二頁，共38頁。 近年來 ,我國在汽車輕量化技術(shù)方面取得了不少成果?！熬盼濉焙汀笆濉逼陂g

8、,一批汽車新材料項(xiàng)目被列為國家“863”、“973”高新技術(shù)項(xiàng)目和國家科技攻關(guān)重大項(xiàng)目。促進(jìn)了汽車輕量化技術(shù)的進(jìn)步。 “九五”期間,我國進(jìn)行了鋁合金材料和鑄件生產(chǎn)成套工藝技術(shù)的開發(fā)研究,開發(fā)出了多種鑄造合金和高性能軸瓦材料：耐熱鋁合金、高強(qiáng)高韌鋁合金、鋁基復(fù)合材料等新材料的研究取得了較大進(jìn)展。半固態(tài)成型、快速凝固等先進(jìn)成型技術(shù)研究與應(yīng)用也取得了突破。一汽等幾大汽車生產(chǎn)廠家都有自己的鋁合金鑄造生產(chǎn)線；湖南大學(xué)(h nn d xu)也正在進(jìn)行汽車大型鋁合金結(jié)構(gòu)件整體鑄造成形技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備的研究；重慶汽車研究所、西南鋁、東北大學(xué)和一汽都進(jìn)行了鋁合金板材的成形性研究。第十三頁，共38頁。 “十五”期間

9、，我國將鎂合金應(yīng)用與開發(fā)列為材料領(lǐng)域重點(diǎn)項(xiàng)目,一汽、東風(fēng)、長安等汽車企業(yè)建立了壓鑄鎂合金生產(chǎn)線 重慶汽車研究所在鎂合金零件的性能測(cè)試、疲勞試驗(yàn)、計(jì)算機(jī)模擬等方面做了大量的工作： 上海交大、湖南大學(xué)、重慶大學(xué)等高校就鎂合金的強(qiáng)韌化、耐蝕性、阻燃性和抗高溫蠕變性等開展了較深入的研究。 目前 ,國內(nèi)汽車輕量化材料正在加速發(fā)展 ,車用高性能鋼板、鎂合金已在汽車上有所應(yīng)用。如上海大眾桑塔納轎車變速器殼體采用鎂合金。上世紀(jì) 80年代(nindi),重慶汽車研究所就開展了雙相鋼研究；一汽轎車、奇瑞汽車公司也在轎車車身上進(jìn)行了高強(qiáng)度鋼板的初步應(yīng)用試驗(yàn)。第十四頁，共38頁。 在汽車結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面(fngmin

10、) ,國內(nèi)已從主要依靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)逐漸發(fā)展到應(yīng)用有限元等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算和分析階段。目前出現(xiàn)了一批擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的汽車車身模具開發(fā)技術(shù)， 如湖南大學(xué)與上汽通用五菱在薄板沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)理論方面(fngmin)開展了較深入的研究； 北京航空航天大學(xué)開發(fā)了CAD系統(tǒng)CAXA。 并已經(jīng)開展了客車輕量化技術(shù)的研究，利用有限元法和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。以減少車身骨架、發(fā)動(dòng)機(jī)和車身蒙皮的重量等。 目前，我國汽車輕量化技術(shù)無論在理論研究方面(fngmin)還是在實(shí)際應(yīng)用方面(fngmin)與國外均有較大差距。沒有明確定位、合理分工?；A(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)研究的有機(jī)銜接不夠。企業(yè)規(guī)模小

11、而分散。輕量化技術(shù)開發(fā)能力薄弱，研發(fā)人才短缺，工藝水平落后等問題都是我們不足的地方，需要我們一一去解決。第十五頁，共38頁。汽車輕量化的主要汽車輕量化的主要(zhyo)途徑途徑第十六頁，共38頁。第十七頁，共38頁。（1）苛刻的安全法規(guī)要求用提高汽車主動(dòng)安全性和被動(dòng)安全性的眼光來完善汽車的安全設(shè)計(jì) ；（2）選用輕金屬材料是節(jié)油和降低排放(pi fn)的重要方法；（3）選用輕金屬材料是提高汽車動(dòng)力性、舒適性和提高競爭力的方向大眾路波牌轎車50.516.414.019.1奔馳E系列轎車63.06.08.023.0奧迪A2型轎車34.028.824.612.6奧迪A6型轎車58.312.817.11

12、1.8福特新型P2000轎車24.037.039.0福特Taurus牌轎車66.09.025.0BMW公司3系轎車56.711.514.5 第十八頁，共38頁。第十九頁，共38頁。 德國奧迪A8型高級(jí)轎車的整個(gè)(zhngg)車身均采用鋁材制造，框架采用立體框架式結(jié)構(gòu)，覆蓋件為鋁板沖壓而成。這種鋁車身與鋼車身相比，質(zhì)量減輕30-50%，油耗減低5-8%。奧迪奧迪20112011款（全鋁車身款（全鋁車身(ch shn)(ch shn)框架）框架） 第二十頁，共38頁。 德國大眾先進(jìn)的6.0L W12發(fā)動(dòng)機(jī)采用的基本上都是鋁鎂合金，奧迪A8L 6.0 quattro轎車上因采用W12發(fā)動(dòng)機(jī)，整車重量

13、隨之被降低(jingd)到1980kg，低于所有其他車型。而W12引擎450馬力、560Nm的強(qiáng)勁動(dòng)力，使其單位馬力需加速的重量僅為4.7kg，堪與高性能跑車相媲美。大眾大眾(dzhng)(dzhng)最先進(jìn)的最先進(jìn)的6.0L W126.0L W12發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)第二十一頁，共38頁。 北極星系列引擎是通用旗下除了(ch le)LS引擎系列外最頂級(jí)的發(fā)動(dòng)機(jī)，它是美國首款頂置凸輪軸的V8鋁合金的引擎。它的汽缸套由全鋁合金壓鑄而成。目前廣泛應(yīng)用于凱迪拉克上的4.6升發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率320馬力，最大扭矩427Nm。而應(yīng)用于高性能V系列的機(jī)械增壓款更可高達(dá)476馬力/606Nm。北極星北極星V8V8發(fā)動(dòng)機(jī)

14、發(fā)動(dòng)機(jī)第二十二頁，共38頁。第二十三頁，共38頁。 鎂合金減速器外殼(wi k)采用壓鑄的方法制造，具有重量輕，噪音低的優(yōu)點(diǎn)。鎂合金減速器外殼鎂合金減速器外殼(wi k)第二十四頁，共38頁。 輪轂輪轂(lng)(lng)剎車踏板支架剎車踏板支架(zhji)(zhji)第二十五頁，共38頁。 鋁和不銹鋼在近200會(huì)失去原有的力學(xué)性能，而鈦合金在500左右仍能保持良好的力學(xué)性能； 在車用輕金屬材料中，鈦的強(qiáng)度可以達(dá)到與合金鋼相當(dāng)?shù)母邚?qiáng)度1500MPa，大大高于鋁、鎂合金； 鈦合金具有優(yōu)異(yuy)的耐蝕性能，可在惡劣的工作環(huán)境下使用 因此鈦合金將是替代鋼鐵的輕量化和高性能的材料，是最具有潛力的汽

15、車用材料。第二十六頁，共38頁。第二十七頁，共38頁。鈦合金的應(yīng)用鈦合金的應(yīng)用(yngyng)在汽車上，鈦可用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(qmn)、承座、氣門(qmn)彈簧、連桿、緊固件等 鈦合金汽車鈦合金汽車(qch)連桿連桿除了減輕重量外，還可提高使用性能，抗振、節(jié)約燃油。一般用于高檔車中。蘭博蘭博基尼基尼-Diablo-Diablo、法拉力法拉力-F355-F355 、-360 M-360 M ， -550 M-550 M 、還有保時(shí)捷保時(shí)捷-911 GT3-911 GT3等都采用鈦合金來制造連桿。第二十八頁，共38頁。鈦合金的應(yīng)用鈦合金的應(yīng)用(yngyng) 鈦合金具有良好的高溫力學(xué)性能和抗腐蝕

16、性能，不亞于甚至超過(chogu)了不銹鋼的指標(biāo)，所以，很適用于排氣系統(tǒng)。而且其它輕合金元素?zé)o法用于排氣系統(tǒng)，如果要在排氣系統(tǒng)中減輕汽車重量，鈦及其合金是唯一能夠替代鋼的新型輕質(zhì)材料。目前鈦合金排氣系統(tǒng)主要應(yīng)用于賽車、改裝車或高檔轎車中。鈦合金排氣系統(tǒng)鈦合金排氣系統(tǒng)(xtng)第二十九頁，共38頁。 價(jià)格昂貴是阻礙鈦在汽車上應(yīng)用的主要(zhyo)因素，鈦制造廠商也正努力進(jìn)行多方面降低成本的工作，相信在不遠(yuǎn)的將來會(huì)取得顯著的成效。第三十頁，共38頁。非金屬材料的應(yīng)用非金屬材料的應(yīng)用(yngyng)第三十一頁，共38頁。非金屬材料的應(yīng)用非金屬材料的應(yīng)用(yngyng)第三十二頁，共38頁。保時(shí)捷保

17、時(shí)捷PCCB復(fù)合復(fù)合(fh)陶瓷剎車盤陶瓷剎車盤奧迪A8W12轎車的陶瓷制動(dòng)盤：比鑄鐵制動(dòng)盤的質(zhì)量(zhling)降低了50%，壽命是鋼質(zhì)剎車盤的4倍。奧迪奧迪A8W12轎車的陶瓷制動(dòng)盤轎車的陶瓷制動(dòng)盤第三十三頁，共38頁。該涂層含有鋯酸鹽瓷，其好處在于：具有非常好的隔熱保溫效果具有高強(qiáng)度，高耐久性能抵抗震動(dòng)，機(jī)械沖擊和熱驟變等 外部干擾，對(duì)部件將有非常好的保 護(hù)作用能夠有效地防止排放系統(tǒng)和排氣管 因高溫受熱所導(dǎo)致的變形(bin xng)和老化蘭博基尼Reventon車型采用等離子噴涂陶瓷(toc)涂層 第三十四頁，共38頁。酚醛樹脂(fn qun sh zh)等 聚氨酯乙丙橡膠不飽和聚酯尼龍(nlng)樹脂聚甲醛聚碳酸酯等環(huán)氧樹脂聚氯乙烯聚丙烯ABS樹脂第三十五頁，共38頁。塑料名稱塑料名稱在汽車上的應(yīng)用在汽車上的應(yīng)用聚丙烯（聚丙烯（PP）保險(xiǎn)杠、儀表盤、門內(nèi)飾板、空調(diào)零部件、蓄電池外殼、冷卻風(fēng)扇、方向盤ABS樹脂樹脂收音機(jī)殼、儀表殼、制冷與采暖系統(tǒng)、工具箱、扶手、散熱格板、變速箱殼、內(nèi)護(hù)板、反射鏡殼體 聚氯乙烯聚氯乙烯 PVC電線電纜包材、外裝材料、地板墊、嵌材聚氨酯（聚氨酯（PUR）座椅、儀表板、翼子板、車內(nèi)地板、遮陽板、減振器、護(hù)板、保險(xiǎn)杠聚乙烯（聚乙烯（PE）內(nèi)護(hù)板、地板、油箱、行李架、刮水器、扶手骨架聚碳