汽車輕量化的優(yōu)缺點【全面解析】

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)汽車輕量化的優(yōu)缺點內容來源網絡，由“深圳機械展（11萬，1100多家展商，超10萬觀眾）”收集整理！更多cnc加工中心、車銑磨鉆床、線切割、數控刀具工具、工業(yè)機器人、非標自動化、數字化無人工廠、精密測量、數控系統(tǒng)、3D打印、激光切割、鈑金沖壓折彎、精密零件加工等展示，就在深圳機械展.引言：為什么要推行輕量化1.1 基于環(huán)保的考慮世界各國均在推行強制汽車制造商降低汽車油耗的政策。有研究數據顯示，汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%；汽車整車重量，每減少100k

2、g，百公里油耗可降低0.3-0.6升，CO2排放量可減少約5g/km。由此可見，汽車輕量化可以提高燃油效率和降低油耗，進而環(huán)保節(jié)能。所以，汽車輕量化已成為汽車企業(yè)的共識。1.2 倒逼汽車制造技術的升級換代如果不能保證行駛安全，汽車再輕再省油，沒有誰敢開。如果追求絕對的安全和耐撞，那就只能開重達數十噸的坦克，忍受每小時數百升的耗油量。因此輕量化是汽車制造的趨勢，目前輕量化主要是減少汽車自重，但是，車身作為汽車的主要承載件，需要保證足夠的剛度、強度和疲勞耐久性能，從而使整車具有良好的安全、振動噪音和耐久性能，而輕量化無疑對上述要素提出了更高的要求，這對倒閉汽車制造技術升級換代無疑是一大刺激。2 實

3、現(xiàn)汽車輕量化的基本原理2.1 保證足夠的剛度剛度指的是材料抵抗外力變形的能力，通常在車身開發(fā)中特指材料在屈服前的彈性特性，良好的剛度是整車NVH性能、車輛動力性能和疲勞耐久性能的基礎，常見的評判指標有車身扭轉剛度等。剛度與材料的彈性模量相關，基本上材料種類確定，彈性模量也就確定了，比如采用高強鋼并不會提升車身的剛性，因為鋼的彈性模量都一樣。2.2 保證足夠的強度。強度是指零件受到沖擊載荷發(fā)生屈服后仍能維持功能的能力，常用于車身碰撞安全性、耐沖擊等性能的評估。強度與材料的屈服強度和斷裂強度相關，為了提升車子的安全性能，現(xiàn)代車身設計大量采用高強度鋼材就是這個原因。2.3 保持良好的疲勞耐久性能。疲

4、勞耐久性能是指零件受長期交變載荷后維持功能的能力，車子的可靠性、耐用性就是基于此進行評估的。疲勞耐久特性與材料的疲勞曲線相關，當然，在車子上更重要的是焊點或其他連接方式的疲勞性能。3 實現(xiàn)汽車輕量化的途徑有3.1 優(yōu)化車聲結構，提高材料利用率。比如車身下部由非連續(xù)性改為連續(xù)性，使得汽車在碰撞時有效分散撞擊能量；增加加強筋；加強防滾架平衡桿；有限元法設計；采用承載式車身，減薄車身板料厚度等。3.2 新材料的研發(fā)與應用：比如使用高強度鋼材（熱成型鋼材）、輕合金（鋁合金、碳纖維、鎂合金）、記憶金屬（微晶鋼）、工程塑料、陶瓷、玻璃纖維等。3.3 優(yōu)化制造工藝：比如激光焊接、攪拌摩擦焊、擠壓成型、熱處理

5、、鎖錨連接等。再比如結構膠，過去烘烤硬化結構膠只在車身上有少量應用，但是現(xiàn)在的趨勢是可以通過采用更多的結構膠提升車身剛度性能，從而降低結構件的重量，奧迪、沃爾沃的一些車身上采用了超過100米的結構膠；再比如填充在車身接頭的發(fā)泡硬化材料，可以有效替代傳統(tǒng)加強板形式的加強件，即提升性能，又降低重量。可見目前幾乎所有的優(yōu)化設計的思路都是在保持車身性能不下降的前提下降低車身重量，通過給定的工況下求出載荷的最佳傳遞路徑，從而設計出最優(yōu)的車身結構。與此同時，大量的新材料新工藝也在幫助車身降低重量。4 常見輕量化材料的優(yōu)缺點4.1 鋁合金優(yōu)點：質量輕、耐磨、耐腐蝕、彈性好、抗沖擊性能優(yōu)、加工成型好和100%

6、可回收等特點，逐漸成為汽車企業(yè)鐘愛的材料。福特公司日前展示了 一款與美國能源部合作開發(fā)的基于Fusion/蒙迪歐打造的輕量化技術驗證車，由于使用大量鋁合金，該款車比標準版的蒙迪歐輕了363公斤，減重約25%。路虎攬勝越野車、大眾奧迪A8、奔馳CLA、通用雪佛蘭Corvette跑車等車身部分或全部采用鋁材料。新能源車方面，特斯拉Model S車型是全鋁車身，其前后懸架大部分材料也采用鋁材。缺點：鋁合金的抗承載能力較鋼有很大的差距，所以即使是市面上全鋁車身的汽車，其底盤一般仍然采用鋼鐵材料。而且，鋁合金的制備工藝復雜，成本相對較高。目前，較多使用鋁合金的車型往往是中高檔的汽車。4.2 鎂合金優(yōu)點：

7、鎂合金是工程應用中最輕的結構材料，也是汽車輕量化材料中的一員。純鎂的密度僅為鋁的2/3，鋼的1/4，接近工程塑料的密度。而且鎂合金的比強度也比鋁合金、鋼鐵高。因此在不降低零部件強度條件下，鎂合金鑄件比鋁鑄件的重量減輕大約25%。此外，鎂合金還有良好的焊接和鑄造性能、對振動與沖擊的吸收性能好，抗凹陷性能好，易于機械加工。缺點：由于價格較高和高溫抗蠕變問題尚未得到有效解決，鎂合金目前主要應用于儀表盤基座、風扇架、方向盤軸、燈托架等汽車零部件中。4.3 碳纖維優(yōu)先：強度高。碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。寶馬最新的i3就采用了一個碳纖維的頂棚。缺點：碳纖維是脆性材料

8、，受力過大直接斷裂，因此損壞后基本無法修復。它高強度只限于軸向，徑向強度較低。最致命的是高昂的成本，使得碳纖維目前只能局限在部分超豪華車型上，難以普及。例如雷克薩斯推出的全碳纖維車身和底盤的LFA，售價高達30萬-40萬英鎊。很明顯，在相當長時期內，碳纖維不會成為汽車的主要材料。4.4 工程塑料優(yōu)點：具有質輕、防銹、吸震、可設計自由大等特點，工程塑料在汽車零部件，特別是內飾部件的應用越來越大。工程塑料在汽車上的用量，甚至超過了鑄鐵的用量。很多塑料零件應用于車身上，比如大眾系的車子都采用了塑料的前端水箱框架，有些車子有塑料的后地板等等。缺點：滿滿的塑料感，檔次低。4.5 鋼鐵材料提高性能：高強度

9、鋼在抗碰撞性能、加工工藝和成本方面較鋁、鎂合金、碳纖維具有明顯的優(yōu)勢，能夠滿足減輕汽車質量和提高碰撞安全性能的雙重需要。從成本與性能角度雙重來看，先進高強度鋼是滿足車身輕量化、提高碰撞安全性的最佳材料。高強鋼，通過提升鋼材的屈服強度，使同樣結構設計的情況下，縱梁能吸收更多能量，A柱B柱不發(fā)生明顯變形等等?，F(xiàn)在屈服強度1000MPa的熱成形鋼已經普及了，未來屈服強度超過2000MPa的馬氏體鋼也已經開始了產業(yè)化。降低成本：在保證性能的前提下，生產廠商會使用成本更低的材料，以獲得更高的利潤。以我們日常生活中常見的易拉罐為例。寶鋼生產的鋼制易拉罐，罐壁最薄處只有0.007毫米，毫不遜色于鋁制易拉罐，而且能耗更低、更容易降解。最重要的是，每個鋼制易拉罐比鋁制易拉罐的成本少1分錢。這就意味著寶鋼每年向可口可樂公司提供數十億個鋼制易拉