汽车轻量化的技术与方法

阐述汽车结构的轻量化设计方法1 汽车结构轻量化设计的提出目前，国内外汽车技术的发展主要有以下三个方面的趋势：一是轻量化；二是环保；三是安全。

现在，人们已经渐渐认识到，想要让汽车工业长久发展下去，就要走可持续发展之路。

可持续发展之路一个很明显的要求就是要节约资源，减少消耗。

针对汽车工业，为了达到这样的要求，就必须采取提高发动机的效率、改善传动机构或者降低车身重量等方法。

其中降低车体重量的一个重要方法就是汽车结构的轻量化设计，其可以显著减轻汽车的重量。

在现实生活中，无论是普通的柴油汽油汽车、电驱动汽车还是燃气驱动汽车，车身机构轻量化都有极为重要的意义。

汽车行业一直在追求舒适、安全、快速，而为了达到这一目标，汽车轻量化是最佳途径之一。

2 汽车材料的轻量化2.1 高强度钢在汽车结构轻量化设计中的应用在汽车结构中，使用最多的材料就是钢。

因此，利用高强度钢来减少汽车结构中钢的使用，对于汽车结构的轻量化设计有重要意义。

一般来说，钢的强化途径主要有以下五种：一是加碳强化。

由于钢中含碳的百分比不同其刚度也不同，因此想要得到高强度钢就需要控制钢中碳的含量。

为此，必须适当增加钢中珠光体的含量，降低铁素体的含量；二是合金强化，在钢中添加合金元素可以大大增加钢的强度，而且不同的合金元素能够使钢所具有的性能也不同，能够大大扩大钢的适用范围；三是固溶强化，即在钢中添加磷、硅或者锰等元素来加强钢的强度的方法；四是热处理强化。

一般来说，钢在经过一定顺序的冷热交替处理之后，其金相组织的结构会发生变化，从而使钢的强度增加。

另外，热处理还可以使钢内碳等元素的含量发生变化，从而可以使钢内部形成一层一层地具有不同性质的结构；五是应力强化，钢在受到一定限度内的拉力之后，其屈服强度可能会提高。

因为钢在受到一定限度内的应力后表面会存在残余应力，这种应力可以抵消钢在今后使用中受到的弯曲应力、扭转应力等。

高强度钢主要是用于制造汽车的外壳和结构件，其优点是经济性好、强度较大；但是其缺点也比较明显，就是耐腐蚀性差。

汽车轻量化的九大关键工艺！文章来源：材加网一、激光拼焊（TWB）及不扥厚度轧制板（VRB）1.激光拼焊技术激光拼焊是将不同厚度、不同材质、不同强度、不同冲压性能和不同表面处理状况的板坯拼焊在一起，再进行冲压成形的一种制造技术。

德国大众最早于1985年将激光拼焊用于汽车。

北美于1993年也大量应用激光拼焊技术。

目前，几乎所有的著名汽车制造商都采用了激光拼焊技术。

采用拼焊板制造的结构件有身侧框架、车门内板、风挡玻璃框架／前风挡框、轮罩板、地板、中间支柱（Ｂ柱）等（见图1）。

最新统计表明，最新型的钢制车身结构中，50%采用了拼焊板制造。

图1 激光拼焊技术在车身上的应用实例激光拼焊技术在20世纪90年代末引入中国，一汽、上汽、长城、奇瑞、吉利等汽车公司在前纵梁、门内板和B柱加强板等都有应用。

宝钢已有23条激光拼焊生产线，年产2 200多万片板坯，占我国市场份额的70%以上，是世界第三、亚洲第一大激光拼焊板生产公司。

鞍钢也在与蒂森克虏伯合作，在长春等地建立激光焊接加工生产线。

2.不等厚度轧制板变厚板是轧钢机通过柔性轧制工艺生产的金属薄板，即在钢板轧制过程中，通过计算机实时控制和调整轧辊的间距，以获得沿轧制方向上按预先定制的厚度连续变化的板料。

图2显示了变厚板生产的工艺原理。

与TWB钢板相比，VRB 钢板仅可为同一种钢种，宽度也不能太宽，更适合制造梁类零部件。

图2 不等厚度轧制板生产原理德国Mubea公司有两条变厚板生产线，年产7万t。

板厚为0.7～3.5m m，原始板料的最高强度为800MP a级别。

目前，欧洲70余个车型使用变厚板或者变厚管产品。

奔驰C级车中通道加强板、前地板纵梁、后保险杠、后地板横梁等11个零件使用了VRB钢板。

我国宝钢和东北大学均开展了VRB钢板的研发和生产工作，目前具备了小批量供货的能力。

借助于强大的材料开发能力，宝钢形成了VRB零件的设计、材料开发、成形过程模拟、模具设计和产品质量评估的能力，并已试制成功前纵梁、仪表板支架、顶盖横梁等零件，同时也轧制成功了1 500MPa级别的非镀层和铝硅镀层的热冲压成形钢板，成功试制了热冲压成形VRB中通道零件。

汽车车身轻量化设计方法探究摘要：车身轻量化是实现车辆节能减排的一条重要技术路线，而车体轻量化具有较高的性价比。

本文从设计、材料、工艺三个方面探讨了汽车轻量化的技术途径。

本课题将对该方法进行深入研究，并将其应用于工程实践，最终达到在保证产品性能的前提下减重的目标，提高我国汽车轻量化技术与产品研发能力。

关键词：车身轻量化；节能减排；技术路线；研发能力引言：自从人类步入二十世纪以来，汽车已经成为了最主要的运输工具，它可以让人们在旅途中节省更多的时间，从而可以更快地抵达目的地。

但是，以往因为受到汽车设计、制造水平的制约，汽车通常都很笨重，再加上对燃油消耗的控制不得当，这就造成了极大的资源浪费，同时对环境造成的污染也不容忽视。

而在今后，环保和节能将逐渐成为汽车设计和制造的主要考虑因素，因此，在改变能源使用方式的同时，如何将汽车设计得更轻便也是一个重要的研究方向。

1.汽车车身轻量化设计的基本方法1.1结构优化设计对其进行优化设计的方法有三种，即形态优化，拓扑优化和尺度优化。

从结构拓扑优化的角度来看，设计人员必须对结构的振动特性、静动态特性等特性进行充分的了解，然后再对结构进行拓扑优化。

而拓扑优化最大的特征就是，在进行设计前，利用一定的受力条件和外部条件，可以找到最优的结构材料配置方案，从而获得结构的某些参数，为以后的设计创造条件。

从结构形态优化设计角度来说，形态优化设计的主要目的是寻求最佳的结构形态设计方法，比如，在进行汽车金属薄板外形设计时，可采用优化的肋条布局，提高金属薄板的刚性与强度，同时降低金属薄板的质量。

1.2有限单元分析技术在目前的工程问题分析中，有限单元分析技术是一种行之有效的方法，它主要是利用计算矩阵来对各个步骤进行计算，它可以将所展示的工程问题转换成数学问题来进行分析和求解。

然而，在处理复杂的工程问题时，有限单元分析技术需要设定许多条件，且计算时间比较长，这就对计算机硬件设备以及有限单元分析软件的要求都比较高。

汽车车身结构的轻量化设计随着人们对环保意识的日益增强，汽车工业不得不针对汽车的能源效率、油耗和减排提出更多的要求。

然而，想要提高汽车的能效性，降低油耗和减少排放，就需要解决汽车车身结构过于笨重的问题。

为此，越来越多的车厂开始在汽车车身结构上采取轻量化的设计，以达到更高的油耗效益和碳排放的减少。

1.概述汽车的轻量化设计是指通过采用更轻的材料、更有效的结构和设计、更先进的制造技术等方式来减轻汽车的整车重量，提高汽车的耐用性和性价比。

一般来说，汽车的轻量化设计可以分为三个方面：车身材料的优化选择、车身结构设计的优化及加工工艺的优化。

目前，轻量化的设计已成为汽车工业的一个发展趋势，并在汽车性能、油耗以及碳排放等方面带来了巨大的改进。

2.轻量化材料的选择在轻量化设计中，材料的选择非常重要。

据调查，汽车的车身重量中有70%来自于铁和钢这两种材料，而这些材料也是目前唯一能够满足汽车的强度和安全性要求的材料。

因此，为了实现轻量化的设计，厂商可以从以下方面考虑：（1）铝合金：相比于铁和钢，铝合金密度更低，具有一定的强度和硬度，耐腐蚀性能良好，成本较高，但是可以提高车辆燃油效率及减少碳排放。

（2）碳纤维：碳纤维是当今车身轻量化的理想材料，密度仅仅只有铁和钢的1/5，而且具有很高的强度和拉伸强度。

但是碳纤维容易受潮湿及高温影响,而且成本非常高，所以在实际应用中用的较少。

（3）镁合金：镁合金是一种相对轻质的金属材料，密度比铝合金更轻，力学性能也很好，而且还具有良好的热传导和电导率。

不过，镁合金的腐蚀性也比较强，制造成本较高，所以仅在部分车型上应用。

3.车身结构设计的优化除了材料的选择，车身结构的优化设计也是轻量化设计的重要方面。

通常，车厂可以采取以下设计措施：（1）钢材件结构优化：对车身的各个零件加以精简或是部分区域的厚度减薄，将车身零件的功能和强度保持不变，同时将车身重量降低，否则加强，可以使用HSS及UHSS材料。

车身轻量化实现的思路及途径展开全文车身轻量化对减少尾气排放、提高燃油效率和车辆安全性意义重大。

为实现车身轻量化，通常从三个方向进行：新材料的应用、车身结构优化和生产工艺的革新。

新材料应用上主要有高强度钢、铝合金、镁合金和工程塑料等；车身结构优化主要有布局优化、尺寸优化、形状优化和拓扑优化四种方法；生产工艺的革新主要是针对新材料、新结构应用后导入的新工艺，如热冲压成形、激光拼焊板、液压成形和合金材料新型压铸方法等。

轻量化材料的应用1.高强度钢图1 各种高强度钢的抗拉强度和延展率高强度钢的分类和定义国内外尚无统一的定义和分类方法，一般按照强度划分和强化机理划分。

如图1所示，将屈服强度小于210 MPa的钢称为“软钢”，210～550 MPa之间的称为“高强度”钢，高于550 MPa的称为“超高强度钢”。

高强度钢的价格相对较低，具有较高的结构强度、优越的碰撞吸能性和抗疲劳强度，且冲压成形性、焊接性和可涂装性优良，关键是能够利用现有汽车生产线生产从而节约设备投资，所以在现阶段，高强度钢是车身减重的首选材料。

图2 北京现代YC 车型高强钢应用现况如图2的例子所示，车身上高强度钢多用于车身侧围板、顶盖、发动机罩和车门板等覆盖件上，其中影响车身整体强度的车身框架部分又多选用超高强度钢，如保险杠、底板梁和顶盖横梁等。

2.铝合金材料铝合金材料密度是钢的1/3，吸能性是钢的2倍，在碰撞安全性方面有明显优势，且铝的可回收性和耐腐蚀性较好，是最常见的车身用轻金属材料。

虽然铝材的弹性模量较低，但它有很好的挤压性，能够得到复杂界面从而从结构上补偿部件的刚度，因此在满足刚性和强度等多方面力学性能的前提下，能够大大降低材料消耗和制件的质量，进而实现车身轻量化、提高整车燃油效率。

目前阶段，铝合金在车身上多应用于发动机罩内外板上，如长城汽车某车型的零部件，通过应用铝合金材料并优化结构设计，实现了部件整体减重50%以上的目标（如表所示）。

汽车轻量化主要技术路线分析一、关系营销的主要目标关系营销更为关注的是维系现有顾客，丧失老主顾无异于失去市场、失去利润的来源。

关系营销的重要性就在于争取新顾客的成本大大高于保持老顾客的成本。

有的企业推行“零顾客叛离”计划，目标是让顾客没有离去的机会。

这就要求及时掌握顾客的信息，随时与顾客保持联系，并追踪顾客动态。

因此，仅仅维持较高的顾客满意度和忠诚度还不够，必须分析顾客产生满意感和忠诚度的根本原因。

由于对企业行为绩效的感知和理解不同，表示满意的顾客，原因可能不同，只有找出顾客满意的真实原因，才能有针对性地采取措施来维系顾客。

满意的顾客会对产品、品牌乃至公司保持忠诚，忠诚的顾客会重复购买某一产品或服务，不为其他品牌所动摇，不仅会重复购买已买过的产品，而且会购买企业的其他产品。

同时顾客的口头宣传，有助于树立企业的良好形象。

此外，满意的顾客还会高度参与和介入企业的营销活动过程，为企业提供广泛的信息、意见和建议。

二、竞争者识别每个企业都要根据内部和外部条件确定自身的业务范围并随着实力的增加而扩大业务范围。

企业在确定业务范围时都自觉或不自觉地受一定导向支配。

企业的每项业务包括四个方面的因素：要服务的顾客群；要迎合的顾客需求；满足这些需求的技术；运用这些技术生产出的产品。

企业确定自身业务范围时着眼点不同，业务范围导向就不同，竞争者识别和竞争战略也随之不同。

L产品导向与竞争者识别产品导向指企业业务范围限定为经营某种定型产品，在不从事或很少从事产品更新的前提下设法寻找和扩大该产品的市场。

对照确定业务范围的四方面因素可知，产品导向指企业的产品和技术都是既定的，而购买这种产品的顾客群体和所要迎合的顾客需求却是未定的，有待于寻找和发掘。

在产品导向下，企业业务范围扩大指市场扩大，即顾客增多和所迎合顾客的需求增多，而不是指产品种类或花色品种增多。

实行产品导向的企业仅仅把生产同一品种或规格产品的企业视为竞争对手。

产品导向的适用条件是：市场的产品供不应求，现有产品不愁销路；企业实力薄弱，无力从事产品更新。

汽车轻量化的途径汽车轻量化是一种重要的技术手段，旨在减小汽车整车重量，提高车辆的燃油效率和运动性能，减少对环境的影响。

轻量化的途径包括材料的优化、结构的设计和工艺的改进等方面。

本文将就这些途径进行详细的介绍和分析。

1. 材料的优化材料的优化是实现汽车轻量化的基础工作。

目前常用的汽车材料主要包括钢铁、铝合金、镁合金和碳纤维等。

不同材料之间具有不同的密度和强度特性，因此需要根据具体的要求来选择合适的材料。

1.1 钢铁钢铁是目前最常用的汽车材料，主要由铁和碳组成，具有良好的强度和韧性。

优化钢铁材料可以采用高强度钢、热成形钢和复合钢等。

高强度钢可以提高汽车的结构刚度和抗拉强度，同时减小钢材的厚度和重量。

热成形钢可以通过控制成形温度和速度来改善材料的塑性变形能力，从而减小零件的厚度和重量。

复合钢可以通过不同材料的组合来提高强度和韧性。

1.2 铝合金铝合金具有较低的密度和良好的机械性能，是用于汽车轻量化的理想材料之一。

优化铝合金材料可以采用高强度铝合金、变形铝合金和喷射铝合金等。

高强度铝合金可以提高材料的强度和刚度，减小材料的厚度和重量。

变形铝合金可以通过控制成形温度和速度来改善材料的塑性变形能力，从而减小零件的厚度和重量。

喷射铝合金可以通过快速凝固技术制备精密铝合金零件，进一步减小零件的厚度和重量。

1.3 镁合金镁合金具有较低的密度和较高的比强度，是用于汽车轻量化的另一种理想材料。

优化镁合金材料可以采用高强度镁合金和合金化技术等。

高强度镁合金可以提高材料的强度和刚度，减小材料的厚度和重量。

合金化技术可以通过添加其他元素来改善镁合金的力学性能和耐腐蚀性能。

1.4 碳纤维碳纤维具有很高的比强度和比模量，是用于汽车轻量化的高性能材料。

碳纤维复合材料的制造工艺包括预浸料（Prepreg）工艺和干法成型（Autoclave）工艺。

预浸料工艺是将纤维和树脂预先浸渍在一起，然后进行成型和固化。

干法成型工艺是将干燥的纤维放置在模具中，然后注入树脂进行固化。