汽车结构的轻量化设计方法综述李传博

AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计时代汽车 汽车结构的轻量化设计措施分析贾朝贝郑州科技学院 河南省郑州市 450000摘 要： 汽车工业要发展，在目前必须要满足环保要求，汽车轻量化设计可实现节能减排，但轻量化设计不是单纯减重，而是要保证安全性能的前提下去减重，因而如何进行轻量化设计值得探索，本文中重点对此进行了分析讨论，探析了目前市面上主流的轻量化设计方法措施，仅供参考。

关键词：汽车　轻量化设计　方法措施轻量化在当前汽车设计制造产业当中是一个比较主流的方向，与新能源车具有相当的地位，在传统发动机技术发展陷入瓶颈，新能源汽车受限于电池的情况下，轻量化成为了一种非常关键的解决手段，通过轻量化来实现节能减排。

但汽车轻量化，不是单纯减轻汽车的重量，而是在减轻重量的同时提升性能，因此分析讨论如何去进行轻量化设计，具有非常典型的价值意义。

1　轻量化设计概述1.1　轻量化产生背景轻量化设计是目前国内外汽车设计制造技术中的主要发展方向之一，与环保和安全具有同等地位，随着人们环保意识增强，汽车工业要发展，必须要走可持续发展道路，而可持续发展显然必须要实现节约资源、减少消耗，对于汽车工业而言，要达到相关要求，已经得到公认的路径包括提高发动机效率、新能源和轻量化。

汽车的节能环保通常情况下是降低油耗或提高燃油效率，降低或者清洁排放尾气。

在提高发动机效率方面，由于传统发动机不管是柴油机还是汽油机，实际上都已经达到了一个相当高的水准，现阶段主要是通过对发动机进行微量调整并利用汽车电子技术来提高发动机的效率，但效果并不是很理想，仅仅只能说达标。

而新能源汽车在环保上的效果最佳，但是问题在于由于电池的限制，新能源车的发展还需要走很长的一段路，而轻量化技术，在保证汽车安全性的基础上去降低汽车的自重来实现能耗的下降，它可以作为提高发动机能效，甚至是新能源车能效的一种基础技术手段，在当前发动机技术、新能源车技术尚未出现巨大突破之前，轻量化将是节能减排的主流技术手段。

半挂车车架结构仿生设计与轻量化研究摘要：随着物流行业的发展，半挂车作为运输工具的重要性日益凸显。

然而，传统的半挂车车架结构存在着重量大、刚度不足等问题，影响着其运输效率和安全性。

为了解决这些问题，采用仿生设计和轻量化技术，对半挂车车架结构进行了研究。

通过对仿生学原理的分析，提出了一种基于骨骼结构的半挂车车架设计方案。

该方案相比传统的半挂车车架结构，具有更高的刚度和更轻的重量，能够有效提高半挂车的运输效率和安全性。

关键词：半挂车；车架结构；仿生设计前言：半挂车是物流运输过程中的重要组成部分，其主要功能是运送各种货物。

然而，传统的半挂车车架结构存在着重量大、刚度不足等问题，影响着其运输效率和安全性。

因此，研究半挂车车架结构的仿生设计和轻量化技术，对于提高半挂车的运输效率和安全性具有重要意义。

一、挂车车架结构的仿生设计（一）仿生学原理仿生学是指通过对生物体的结构和功能进行研究，从而获取对工程问题的启示和解决方案的学科。

在半挂车车架结构的设计中，可以借鉴生物体的骨骼结构，将半挂车车架设计成一种基于骨骼结构的结构形式。

（二）基于骨骼结构的半挂车车架设计方案生学在半挂车车架结构设计中的应用，是通过模仿生物体的骨骼结构，设计出一种基于骨骼结构的半挂车车架。

这种车架结构类似于生物体的骨骼结构，能够提供更好的支撑和稳定性。

具体来说，这种车架结构采用了类似于生物体的骨骼结构，将车架分为若干个模块，每个模块都由一些相互连接的骨架构件组成。

这些骨架构件之间采用类似于生物体的关节连接，可以灵活地扭曲和转动，以适应不同的路况和负载情况。

与传统的车架结构相比，基于骨骼结构的半挂车车架具有以下优点：1.更轻量化：相比传统的车架结构，骨骼结构采用了更加复杂的几何形状和设计，以提高材料的利用率。

骨骼结构的主要组成部分是骨架和连接件。

骨架是由多个弧形和直线段组成的骨骼结构，其承载能力比传统的车架结构更加集中和均匀。

连接件则是将不同的骨架部分连接起来的元素，其设计也非常重要，可以影响到整个车架的强度和稳定性。

Value Engineering0引言随着快速增长的汽车保有量，一方面，汽车作为方便、快捷的交通工具改善了人们的生活和工作方式；另一方面，却加剧了能源消耗，带来尾气、噪声等环境污染以及交通安全危害。

汽车产业面临着节能、安全和环保的巨大压力。

针对上述问题，解决的重要途径是在对动力系统进行改进的同时积极开发和寻找替代能源及相关技术。

但受技术难度、开发周期和市场份额等问题制约，仅靠这一途径很难满足国家和市场的要求；另一个重要途径是整车轻量化。

有关研究数据表明，若车桥、变速器等机构的传动效率提高10%，燃油效率可提高7%；若汽车整车质量降低10%，燃油效率可提高6%～8%[1，2]。

车身占整个汽车制造成本60%，占汽车总重量的30~40%，空载情况下，70%的油耗将用于车身质量上[3]。

图1展现了日本统计的乘用车自重与油耗之间关系。

显而易见，当车辆的自重从1500kg 下降到1000kg 时，每升燃油平均行驶的里程由10km 上升到17.5km ，即每减重100kg ，每升油可多行驶1.5km ，也就是说在此区间内，燃油的经济性提高了5.7％－10％。

1车身结构轻量化设计的研究内容和方法车身结构轻量化设计研究，主要从三个方面进行：一是结构优化或创新，改进车身结构，使零部件薄壁化、中空化、小型化和复合化[6]，采用CAD/CAE/CAM/CAPP 数字化设计和制造技术提高零部件开发质量；二是采用先进的车身制造工艺，如激光拼焊、中高温成形、滚压或液压成形等；三是采用轻质高强度材料[7]。

宝马汽车轻量化设计方案就是综合运用各种技术在保证汽车性能前提下，最大限度的减轻汽车重量，如图2所示。

2轻量化材料在汽车结构轻量化中的应用2.1高强度钢板高强度钢板材料在强度、塑性、抗冲击能力、回收使用及低成本方面具有综合优势。

高强度钢板的明显优点是在车身结构设计上采用更薄的钢板，并获得相同的强度，在钢板厚度分别减小0.05、0.10和0.15mm 时可以使车身分别减重6%、12%和18%[8]。

、选取汽车任意零部件进行轻量化设计,写明设计思路,及前后对比设计思路：选取汽车任意零部件进行轻量化设计，首先需要确定目标零部件，并分析其功能和使用要求。

然后可以采取以下几个方面的设计思路进行轻量化：1. 优选材料：选择高强度、高刚度的材料，如高强度钢材、铝合金等，以减少零部件的重量。

同时还要考虑材料的成本和可加工性，确保设计的可行性。

2. 结构优化：通过结构的优化设计，减少材料的使用量，同时保持零部件的强度和刚度。

可以采用加强筋、薄壁结构、孔洞等手段来实现结构重量的减轻。

3. 制造工艺优化：在设计时考虑零部件的制造工艺，尽量减少工序和操作，减少材料的浪费。

采用先进的制造工艺，如模锻、压铸、复合材料制造等，可以提高零部件的性能和轻量化效果。

4. 材料组合优化：在一些特殊情况下，可以采用不同材料的组合来进行设计，如复合材料结构、材料层叠等，以实现更轻量化的设计效果。

前后对比：轻量化设计后的零部件相较于原有设计，具有以下优势：1. 减重效果显著：通过优选材料、结构优化和制造工艺优化等手段，能够有效地减轻零部件的重量，降低整车的总重，提高汽车的燃油经济性和动力性能。

2. 强度和刚度满足要求：尽管轻量化设计减少了材料的使用量，但通过结构优化和合理的材料选择，仍保持了零部件的足够强度和刚度，保证了汽车的安全性和可靠性。

3. 节约材料和能源：轻量化设计减少了材料的使用量，节约了原材料资源，并在整个产品生命周期中减少了能源消耗，具有显著的环境保护效益。

4. 提升可持续性：轻量化设计符合现代社会对于可持续发展的要求，降低了环境影响和生产成本，提高了产品的竞争力和可持续性。

综上所述，轻量化设计对汽车任意零部件具有明显的优势，在实际应用中可以发挥重要的作用。

专利名称：一种车身轻量化设计方法
专利类型：发明专利
发明人：马廷涛,庄厚川,金科,石海鑫,陈书礼,苏阳,董笑飞申请号：CN202010741626.3
申请日：20200729
公开号：CN111950080A
公开日：
20201117
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种车身轻量化设计方法，包括：制定车身材料方案，使车身材料性能与其在白车身的具体应用位置相匹配；通过灵敏度计算，筛选出灵敏度高和灵敏度低的零部件，并使车身零部件材料厚度与其在白车身的具体应用位置相匹配；根据灵敏度的高低对白车身零部件的结构进行优化，提升零部件及整车的性能；通过车身零部件的冲压工艺分析，优化成型工艺，保证材料替换方案的工程实现；对优化后的车身零部件进行CAE分析验证，若满足车辆的轻量化设计目标，则设计完成；若不满足车辆的轻量化设计目标，则重复前述步骤。

本发明涵盖材料选择、结构优化、仿真计算和工艺分析，有效提升车身轻量化设计的效率，同时保障设计方案与工程实践的转化。

申请人：中国第一汽车股份有限公司
地址：130011 吉林省长春市长春汽车经济技术开发区新红旗大街1号
国籍：CN
代理机构：长春吉大专利代理有限责任公司
代理人：刘程程
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重型载重汽车车架轻量化设计研究一、概览重型载重汽车作为现代运输行业的重要支柱，其性能与效率直接影响到物流运输的成本与速度。

而车架作为重型载重汽车的核心部件，其重量不仅关系到整车的燃油经济性、动力性，还直接影响到汽车的安全性能。

车架轻量化设计成为提升重型载重汽车性能的重要途径，也是当前汽车制造业研究的热点之一。

车架轻量化设计的核心在于通过优化结构和材料选择，减轻车架的重量，同时保证车架的强度、刚度和耐久性。

这需要对车架的受力情况、材料性能以及制造工艺进行深入的研究和分析。

随着科学技术的不断进步，新型材料如高强度钢、铝合金、碳纤维复合材料等的应用为车架轻量化设计提供了更多的可能性。

在车架轻量化设计过程中，除了考虑材料的选用外，还需要对车架的结构进行优化设计。

通过合理的结构设计，可以减小车架的截面尺寸和厚度，进一步降低车架的重量。

还需要考虑车架与发动机、底盘等部件的连接方式和配合关系，确保整车的稳定性和安全性。

车架轻量化设计还需要考虑生产工艺和制造成本。

在满足性能要求的前提下，应尽量采用简单易行、成本较低的制造工艺和材料，以降低整车的生产成本，提高市场竞争力。

重型载重汽车车架轻量化设计是一个涉及材料、结构、工艺等多方面的复杂问题。

通过深入研究和分析，采用合理的设计方法和手段，可以实现车架的轻量化，提高重型载重汽车的性能和效率，为物流运输行业的发展做出贡献。

1. 重型载重汽车在社会经济中的地位与作用重型载重汽车作为道路交通的重要载体，在社会经济发展中占据着举足轻重的地位。

它们不仅是货物运输的主要工具，还是基础设施建设、物流运输、农业生产等领域不可或缺的力量。

随着全球经济一体化的加速推进，重型载重汽车的需求日益增长，对社会经济的发展起着重要的支撑作用。

重型载重汽车在货物运输中发挥着关键作用。

无论是长途运输还是短途配送，重型载重汽车都能以其强大的承载能力和稳定的性能，确保货物安全、高效地到达目的地。

在国际贸易中，重型载重汽车更是扮演着重要角色，它们穿梭于世界各地的港口、仓库和物流中心，将货物运送到各个角落，为国际贸易的繁荣做出了巨大贡献。

材料科学专业讲座姓名：林存龙学号: 1531508专业：无机系材料在汽车轻量化中的应用及发展摘要：由于汽车工业的迅速发展，汽车产量和保有量的增多，带来了油耗、排放和安全三大问题。

论述了汽车节能减排是汽车工业发展的必然趋势,轻量化是汽车节能减排的直接而有效的手段;介绍了汽车轻量化意义和轻量化工程的实施方法。

采用轻量化材料，如高强钢、铝合金、镁合金、塑料、复合材料等重点介绍了轻量化材料及先进的制造工艺在汽车轻量化中的应用现状，综述了轻量化领域中新材料、新工艺的最新研究进展。

总结了目前国内外研究的热点、难点问题.基于目前的研究现状，提出了未来汽车轻量化技术的发展趋势。

关键词：汽车；轻量化The Application and Development of Materials in Automotive Weight LightingAbstract: The brief condition of development of China automotive industry was reviewed。

Three problem：oil consumption，emission，safety were brought about due to the rapid development of auto industry , the production output and vehicle stock in China。

Energy saving and emission reduction is necessary trend of auto industry development。

Affective and direct method and way is Auto lightweight。

The concept ，significance implementation methods have been introduced. Use the lightweight materials of high strength steel, aluminum alloy，plastics composites, etc。

汽车轻量化创新方案咱来聊聊汽车轻量化这个超酷的事儿。

一、材料革新是关键。

1. 碳纤维大显身手。

碳纤维这玩意儿可真是汽车轻量化的明星材料。

它就像汽车界的超级英雄，又轻又强。

你想啊，传统的金属材料虽然结实，但是太重了。

碳纤维呢，重量可能只有同体积金属的几分之一，但是强度却能顶得上，甚至超过那些金属。

要是汽车的车身框架、引擎盖这些地方都用上碳纤维，那汽车就像减肥成功的运动员，跑起来又快又轻松。

不过呢，碳纤维也有个小缺点，就是太贵了。

所以我们得想办法让碳纤维的生产工艺更简单、成本更低。

比如说，能不能研究出一种新的合成方法，像做蛋糕一样简单又便宜地做出碳纤维。

2. 铝合金的巧妙运用。

铝合金也是个好东西。

它比钢铁轻很多，而且还比较容易加工。

我们可以把汽车上一些不太需要超级高强度的部件，像车门、后备箱盖之类的，都换成铝合金的。

而且铝合金还有个好处，就是它看起来比较有质感，让汽车显得更高级。

不过呢，铝合金也不是完美的，它的强度在一些极端情况下可能还是不够。

那怎么办呢？我们可以给铝合金来个“强化训练”，比如通过特殊的热处理或者合金配比，让它变得更强壮，这样就能在汽车上承担更多的“责任”啦。

3. 塑料和复合材料的新玩法。

别小看塑料，现在的高性能塑料和复合材料可厉害着呢。

比如说，有些塑料可以做得像金属一样坚硬，但是重量却轻得多。

我们可以把这些塑料和复合材料用在汽车的内饰上，不仅能减轻重量，还能让内饰看起来更时尚。

而且，对于汽车的一些小部件，像仪表盘的支架之类的，也可以用这些材料来做。

这样就像给汽车穿上了轻便又时尚的“小配饰”。

但是呢，塑料和复合材料得注意防火和耐用性的问题，不然要是一着火或者用几天就坏了，那可不行。

二、设计优化也很重要。

1. 结构设计的智慧。

汽车的结构就像人的骨骼一样，设计得好就能既轻便又结实。

我们可以借鉴大自然的智慧，像蜂窝结构就很厉害。

蜂窝结构的东西，重量轻，但是能承受很大的压力。

要是把汽车的一些部件设计成蜂窝结构，那就能在保证强度的前提下减轻不少重量。

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汽车结构的轻量化设计方法综述
作者：李传博谢然郭琳
来源：《价值工程》2012年第19期
摘要：汽车结构轻量化对降低汽车排放和油耗具有重要意义。

文章介绍了汽车结构轻量化的几个代表性研究项目；对高强度钢板、铝镁合金及塑料等轻质高强度材料在车身结构轻量化中的应用进行了阐述；围绕新材料的先进成形工艺，如激光拼焊板、液压和气压成形，热冲压工艺等成形工艺，以及自冲铆接等先进连接工艺进行了分析；同时还介绍了有关的汽车结构优化和创新设计方法。

最后对汽车结构轻量化设计方法的发展动向进行了展望。

关键词：汽车轻量化；高强度钢板；激光拼焊板；自冲铆接。

简述车身轻量化的设计方法有
车身轻量化是一种重要的设计方法，旨在减少车辆整体重量，提高燃油经济性和性能。

以下是一些常见的车身轻量化设计方法：
1. 材料选择：选择轻量化材料是实现车身轻量化的关键。

例如，使用高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维复合材料等替代传统的钢材，可以显著降低车身重量。

2. 结构优化：通过结构优化设计，可以最大程度地减少材料使用量。

这包括使用最少的零部件和材料、优化结构形状、减少结构的连接点等。

3. 模块化设计：模块化设计可以减少重复的部件和连接点，从而降低车身重量。

这种设计方法还可以提高制造效率和维修便捷性。

4. 薄壁设计：通过减少车身各部分的厚度，可以降低车身重量。

这可以通过使用高强度材料和优化结构来实现，同时确保车身的强度和刚度。

5. 使用轻量化连接件：选择轻量化的连接件，如铝制螺栓、复合材料夹具等，可以减少整体重量。

6. 智能设计：利用现代设计工具和仿真技术，进行优化的拓扑设计和结构分析，以实现最佳的轻量化效果。

这些方法可以结合使用，根据具体情况进行调整和优化，以实现车身轻量化的目标。