汽车轻量化的发展及前景分析
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汽车轻量化的发展及前景分析
1 引言
研究发现，汽车的重量与汽车的CO2等排放量成正比，而且汽车的重量还与燃油消耗率成正比，因此，随着国家能源战略和节能减排技术在未来一段时间越来越重要，对新开发的新型汽车开展广泛深入的轻量化技术研究显得非常迫切。
2 当今汽车存在的问题
2.1 燃油问题
技术的飚速发展促使人类对燃油的需求，当今燃油问题已经成为世界关注的焦点之一，如何合理高效的利用现有的能源成为各界人士大力发展的目标，据了解我国油气资源的需求将与日俱增。预测到2010年，2020年石油需求量将分别达到3亿吨、3.8亿吨，天然气需求量也将分别达到1200亿立方米、2000亿立方米。如果同期我国油气资源得不到重大的发现，国内石油生产能力只能保持在1.8亿～2亿吨之间，缺口分别为1亿-1.2亿吨、1.8亿-2亿吨：国内天然气生产能力大约为1000亿立方米、1500亿-1600亿立方米，缺口分别为200亿立方米、400亿-500亿立方米。可以预测，2010年国内石油、天然气产量对需求的保障程度分别为57%、83%左右；2020年为50%、78%左右。2020年到本世纪中叶，供需缺口还将继续加大。这对需要燃油来运转的汽车来说，无疑不是更大的挑战，这就促使对汽车有更高的要求既要汽车能够良好的运转又要更节油。
2.2 环境问题
环境污染对人类的生活环境产生了不良的影响，甚至危害人类的身体健康，由于汽车尾气是引起环境污染的主要污染源之一，近年来各国都在环保上做出了相应的政策，不过各国都提出了汽车轻量化并进行相应的研究，各自都提出自己的一套理论体系，不过我认为车身轻量化设计需要综合考虑安全、耐久等性能的平衡，通过结构设计、材料选择及制造工艺优化三方面来实施。 2.3 时代问题 以前消费者对于豪华车的认识，除了大气的外观、精致的内饰和各种奢华的配置外，排量的大小也是很多人衡量一款车够不够豪华的特征。不过，随着这几年节能减排理念的推广、国际油价飞涨以及各种税费的限制，大排量车型已经不如以前那么受欢迎了，越来越多的人对汽车的认可观念也发生了变化，进而也促进了汽车轻量化的发展。
3 汽车轻量化的意义及对汽车轻量化的研究
3.1 汽车轻量化的意义
轻量化是提高汽车燃油经济性、减少尾气排放、 节约材耗的有效手段。研究显示，若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%~8%；汽车每减少 100
kg，百公里油耗可降低 0.3~0.6 L。轻量化对环保也很有好处，车辆每减轻100
kg， CO2 排放量可减少约5 g/km。轻量化对于制造企业和消费者都是有益的，可以明确的认为车辆轻量化是提高性能不可缺少的技术，除此之外，车身质量的减少，促进技术上的飞跃，也就是说汽车轻量化可以减小汽车行驶的阻力，节约牵引能，减少制动能耗并且对道路的维修也起到延缓的作用，所以汽车轻量化的发展对人类的影响具有不可估量的划时代的意义。
3.2 汽车轻量化的研究
3.2.1 汽车轻量化的研究手段
首先采用ADAMS软件建立汽车整车的动力学模型、采用ANSYS软件建立汽车主要零部件的有限元模型、采用MATLAB软件建立汽车排放特性的数学模型，统一各参数，分析和研究汽车轻量化的方法，为汽车的轻量化设计提供参考。
其次通过软件所得数据进行分析，所得结论建立与实际的联系，做出一定比例的模型，在实验室里进行相关的实验研究，再对所得数据进行汇总计算。
3.2.2 汽车轻量化途径
结构轻量化的主要途径有两个：一是合理优化结构设计，二是采用新材料
(1)合理优化设计结构设计
1)零件结构的简单轻量化
汽车相当多部分的底盘支架件和车内结构是拼焊件，拼焊的板料基本是等厚的，零件的很多局部材料是多余的，通过CAE辅助精密铸造在源头上解决局部多余材料的问题，而精密铸造不能满足的部位可以采用激光加工技术，比如激光涂覆、激光辅助切削加工、激光焊接等手段解决局部材料合理优化问题，从而达到轻量化的要求。对于满足设计要求的结构应尽可能的降低材料厚度，比如在关键部位增加强度，通过提高材料牌号，增加减重孔的数量和切除多余翻边等方法达到零件结构的彻底优化目的。
2)零件结构的集成化
由于现在的加工分工比较明细，对于零件的集成不够高，尤其是支架的加工，本着轻量化的宗旨，在零件加工时可以把多个相互联系的几个部件通过一个工序加工出来，这样一来不仅可以使零件更牢固更重要的是集成化的零件重量会大大降低，从而达到节省材料降低重量的目的。
(2)车身零件材料更换
1)轻质材料的替换传统材料
传统汽车结构用高强度钢是以添加各种合金成分的固溶强化型和析出强化型高强度钢为主流，密度比较大，为了满足先阶段发展的要求，我们追求着用高强度和超高强度的轻量化、低密度的材料，如铝合金、镁合金、塑料复合材料等来代替传统的材料，比如一汽奥迪Q5和进口奥迪Q5的配置表会发现进口奥迪的缸体是铸铝的，而一汽奥迪Q5的缸体则是铸铁的，借此可以看出汽车材料的发展趋势。
2)未来新材料的展望
虽然当今汽车都在向着轻量化的目标靠近，由于受到材料学科的影响，人类对汽车的材料的了解和认识都受到科技的局限，而未来轻量化汽车的发展定然与材料的研发并行同步的，相信在不久得将来能够发现一种材料，即在刚度上满足要求，也可以再密度上趋于更小，并且韧度更大，这样一来就能够达到车身材料具有柔度曲线美，内部零件具有轻且小的要求。比如现在就有人设想用类似布性能的材料用于车身的知道，这样一来汽车在运动过程中，根据气流的大小和方向材料会随风变化成流线，继而可以降低空气阻力系数，提高汽车的动力性能和经济性能。
4 汽车发展前景
随着时代的进步，汽车问题越来越受到全人类的关注，原因就在于汽车不仅在给人类的生活带来舒适、方便、快捷的同时还影响着人类赖以生存的地球，所以如何把汽车从这种困境中解决出来也是未来汽车的发展方向，高性能、低消耗和环保成为汽车追逐的目标，人们的观念也随之转变，而根据市场需求的转变，现如今基于这种原因，各大厂商纷纷推出了多款搭载小排量发动机的车型。这些车型具有燃油消耗少和价格便宜的优势，一经推出便迅速得到了市场的认可，而今发动机技术不断推陈出新，小排量发动机已经可以拥有与大排量发动机接近或是更好的动力表现了在国内的中大型车市场中，奥迪、奔驰和沃尔沃都分别推出了搭载小排量发动机的车型，甚至于连一直以大排量世人的凯迪拉克，这次也推出了搭载2.0L涡轮增压发动机的车型。与同品牌大排量车型相比，它们的配置同样丰富；动力表现也相差不大，而且较低的价格让它们表现出更加高的性价比。在当今环保意识高峰的时代，大型笨重性汽车正慢慢的比如后尘，人们更希望小巧轻量化的汽车，这种汽车在排量和燃油消耗上都能满足人类的要求，而后的汽车排量更小，燃油更低，车身更轻巧。
5 结论
汽车轻量化顾名思义就是在不影响汽车性能的前提下尽可能的减少车身重量，所以就要求车体结构既要满足轻量化的要求又必须保证结构的强度和刚度要求以及高寿命的安全度和可靠性要求，这对零件的结构设计和材料性能都提出了很高的要求，特别是对材料性能，如果能够找到一种即能满足强度和刚度的要求而密度又很小的材料，那对汽车的轻量化的研究就会新的突破，由于存在这么多未解决的难题，汽车轻量化将会是我们一直追求的目标。
参考文献：
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