輕量化是實現(xiàn)節(jié)能減排的重要途徑
時間:2015-06-04 08:56來源:未知 作者:火凡
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一、節(jié)能減排需要汽車輕量化
要實現(xiàn)國家《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020年)》提出的第四階段油耗指標5L/100km，輕量化是重要技術(shù)路徑之一。
汽車的行駛阻力與車重成正比，車重的不斷增加，會使汽車的能耗大部分消耗在自重上，而不是滿足客貨運輸?shù)男枰囕p量化能夠有效減緩因車載裝備的增加而導致汽車增重速度加快。世界鋁業(yè)協(xié)會報告指出，汽車自重每減少10%，燃油消耗可降低6%～8%。巴斯夫公司統(tǒng)計結(jié)果表明，汽車每減重100公斤，百公里油耗可降低0.4升、二氧化碳排放可減少1公斤。
所謂汽車輕量化，是在滿足汽車結(jié)構(gòu)強度、剛度、振動噪聲、被動安全性和耐久性條件下的輕量化。通過優(yōu)化汽車結(jié)構(gòu)和零部件的用材，選擇合理的制造工藝，讓合適的材料、最優(yōu)的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸用在汽車合適的位置，充分發(fā)揮每一部分材料的承載、吸能、加剛作用，來有效減少汽車重量。
可見，汽車輕量化能夠有效改善汽車燃料經(jīng)濟性，提升汽車動力性、制動性能和通過性，降低有害氣體排放。同時，在不改變汽車結(jié)構(gòu)材質(zhì)的條件下，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計使汽車輕量化，還可以節(jié)省原材料消耗，降低材料成本。
然而，近年來隨著消費者對汽車安全、環(huán)保、舒適和智能化要求的不斷提高，像電子穩(wěn)定程序、牽引力控制系統(tǒng)、主動避撞系統(tǒng)、自動泊車系統(tǒng)、衛(wèi)星定位導航系統(tǒng)、尾氣后處理系統(tǒng)等大量新的系統(tǒng)和部件被安裝在汽車上，導致汽車的自重越來越大。因此汽車輕量化技術(shù)的研發(fā)與應用就越來越重要。
二、輕量化與車輛安全性并不矛盾
汽車輕量化并不意味著降低汽車的安全性能和使用性能。只要設計、選材和制造工藝合理，輕量化完全能夠滿足國家汽車被動安全性、行駛平順性、振動噪聲標準以及耐久性要求，保證使用性能。近年來我國乘用車輕量化技術(shù)水平已經(jīng)得到了明顯提高，整備質(zhì)量平均降低5%～10%，但其被動安全性并沒有下降，已經(jīng)從2000年前后的平均CNCAP3~4星級的水平，普遍提高到現(xiàn)在的CNCAP4~5星級水平，整車被動安全性得到了大幅提升。
從理論上說，汽車碰撞時的沖擊能量與汽車的質(zhì)量成正比。在同等條件下汽車越輕，碰撞時沖擊能量越小，車身結(jié)構(gòu)的變形、侵入量和乘員受到的沖擊加速度就越小，汽車對乘員的保護性能越好、越安全。
實際上，汽車的碰撞安全性不能用車的輕重和鈑金覆蓋件的薄厚來簡單地衡量，汽車重不等于它的碰撞安全性就一定好，反之亦然。對汽車碰撞安全性的評價，國內(nèi)外都用相應的汽車被動安全性法規(guī)和標準。汽車的重量輕，只要其碰撞吸能區(qū)結(jié)構(gòu)設計、選材和連接方式合理，也能達到優(yōu)異的被動安全性；汽車重量大，如果碰撞時緩沖、壓潰、吸能和載荷傳遞不夠合理，也不會取得好的被動安全性。
汽車制動時消耗的能量也與汽車質(zhì)量成正比，汽車越輕，在以相同初速度剎車時，制動器要消耗的能量就越小，制動減速度就越快，制動距離越短，制動性能就會有明顯改善，汽車主動安全性會變好。因此，合理的汽車輕量化不僅不會降低汽車的安全性，還有利于汽車安全性能的提升。
三、輕量化的技術(shù)路徑
概括地說，汽車輕量化主要有以下三種途徑：
一是汽車結(jié)構(gòu)的輕量化優(yōu)化設計，如結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化、尺寸優(yōu)化、形貌優(yōu)化和多目標協(xié)同優(yōu)化設計等。
二是應用高強度和輕質(zhì)材料;如應用高強度鋼、先進高強度鋼和超高強度鋼，鋁鎂合金，工程塑料、纖維增強復合材料等。
三是采用先進的輕量化制造工藝技術(shù)。如激光拼焊、輥壓成形、高強鋼熱成形、內(nèi)高壓成形等先進制造技術(shù)，結(jié)構(gòu)膠粘接和異種材料鉚接等先進連接技術(shù)。
上述三種途徑的有機結(jié)合與合理應用，才能在控制成本、保證汽車性價比的前提下，有效實現(xiàn)汽車的輕量化。
四、我國輕量化技術(shù)和應用已取得突破
近些年，我國汽車輕量化技術(shù)有所突破，車企也日益重視輕量化技術(shù)，具體表現(xiàn)為以下四方面：
第一，汽車企業(yè)從原來的不太關(guān)注輕量化，到把輕量化作為產(chǎn)品開發(fā)的一個重要指標，多數(shù)企業(yè)制定了汽車輕量化產(chǎn)品開發(fā)流程，建立了汽車輕量化技術(shù)體系。
第二，汽車輕量化設計能力和水平不斷提高，已經(jīng)把拓撲優(yōu)化、多目標優(yōu)化等現(xiàn)代結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計方法應用于汽車產(chǎn)品的設計開發(fā)，優(yōu)化了汽車結(jié)構(gòu)，取得了良好的減重效果。
第三，輕量化材料應用技術(shù)明顯提升。高強鋼應用比例平均提高了20%左右;鎂鋁合金在汽車上的應用比例也有一定提升，全鋁大客車車身、掛車、車廂和發(fā)動機艙蓋板等產(chǎn)品相繼問世；工程塑料、纖維增強復合材料在車身覆蓋件、內(nèi)外飾件、前端模塊上的應用也越來越多。
第四，先進的輕量化制造工藝技術(shù)得到了普遍應用；高強鋼熱成形A柱、B柱加強板、前防撞橫梁、車門防撞梁等；內(nèi)高壓成形前、后副車架、扭力梁、吸能盒；三維輥壓成形門檻加強板，中通道、地板橫梁等，均已經(jīng)開始在自主品牌汽車上得到應用。
上述輕量化設計、用材和先進制造工藝方面的技術(shù)成果均已應用在自主品牌汽車上，讓合適的材料、合理的結(jié)構(gòu)用在汽車合適的位置，優(yōu)化了汽車碰撞時的緩沖、吸能和能量流傳遞路徑，在自主品牌整車重量明顯降低的情況下，提高了整車碰撞安全性。近年來，許多新上市的自主品牌車型的被動安全性均達到CNCAP5星級水平。 (責任編輯：admin)
要實現(xiàn)國家《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020年)》提出的第四階段油耗指標5L/100km，輕量化是重要技術(shù)路徑之一。
汽車的行駛阻力與車重成正比，車重的不斷增加，會使汽車的能耗大部分消耗在自重上，而不是滿足客貨運輸?shù)男枰囕p量化能夠有效減緩因車載裝備的增加而導致汽車增重速度加快。世界鋁業(yè)協(xié)會報告指出，汽車自重每減少10%，燃油消耗可降低6%～8%。巴斯夫公司統(tǒng)計結(jié)果表明，汽車每減重100公斤，百公里油耗可降低0.4升、二氧化碳排放可減少1公斤。
所謂汽車輕量化，是在滿足汽車結(jié)構(gòu)強度、剛度、振動噪聲、被動安全性和耐久性條件下的輕量化。通過優(yōu)化汽車結(jié)構(gòu)和零部件的用材，選擇合理的制造工藝，讓合適的材料、最優(yōu)的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸用在汽車合適的位置，充分發(fā)揮每一部分材料的承載、吸能、加剛作用，來有效減少汽車重量。
可見，汽車輕量化能夠有效改善汽車燃料經(jīng)濟性，提升汽車動力性、制動性能和通過性，降低有害氣體排放。同時，在不改變汽車結(jié)構(gòu)材質(zhì)的條件下，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計使汽車輕量化，還可以節(jié)省原材料消耗，降低材料成本。
然而，近年來隨著消費者對汽車安全、環(huán)保、舒適和智能化要求的不斷提高，像電子穩(wěn)定程序、牽引力控制系統(tǒng)、主動避撞系統(tǒng)、自動泊車系統(tǒng)、衛(wèi)星定位導航系統(tǒng)、尾氣后處理系統(tǒng)等大量新的系統(tǒng)和部件被安裝在汽車上，導致汽車的自重越來越大。因此汽車輕量化技術(shù)的研發(fā)與應用就越來越重要。
二、輕量化與車輛安全性并不矛盾
汽車輕量化并不意味著降低汽車的安全性能和使用性能。只要設計、選材和制造工藝合理，輕量化完全能夠滿足國家汽車被動安全性、行駛平順性、振動噪聲標準以及耐久性要求，保證使用性能。近年來我國乘用車輕量化技術(shù)水平已經(jīng)得到了明顯提高，整備質(zhì)量平均降低5%～10%，但其被動安全性并沒有下降，已經(jīng)從2000年前后的平均CNCAP3~4星級的水平，普遍提高到現(xiàn)在的CNCAP4~5星級水平，整車被動安全性得到了大幅提升。
從理論上說，汽車碰撞時的沖擊能量與汽車的質(zhì)量成正比。在同等條件下汽車越輕，碰撞時沖擊能量越小，車身結(jié)構(gòu)的變形、侵入量和乘員受到的沖擊加速度就越小，汽車對乘員的保護性能越好、越安全。
實際上，汽車的碰撞安全性不能用車的輕重和鈑金覆蓋件的薄厚來簡單地衡量，汽車重不等于它的碰撞安全性就一定好，反之亦然。對汽車碰撞安全性的評價，國內(nèi)外都用相應的汽車被動安全性法規(guī)和標準。汽車的重量輕，只要其碰撞吸能區(qū)結(jié)構(gòu)設計、選材和連接方式合理，也能達到優(yōu)異的被動安全性；汽車重量大，如果碰撞時緩沖、壓潰、吸能和載荷傳遞不夠合理，也不會取得好的被動安全性。
汽車制動時消耗的能量也與汽車質(zhì)量成正比，汽車越輕，在以相同初速度剎車時，制動器要消耗的能量就越小，制動減速度就越快，制動距離越短，制動性能就會有明顯改善，汽車主動安全性會變好。因此，合理的汽車輕量化不僅不會降低汽車的安全性，還有利于汽車安全性能的提升。
三、輕量化的技術(shù)路徑
概括地說，汽車輕量化主要有以下三種途徑：
一是汽車結(jié)構(gòu)的輕量化優(yōu)化設計，如結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化、尺寸優(yōu)化、形貌優(yōu)化和多目標協(xié)同優(yōu)化設計等。
二是應用高強度和輕質(zhì)材料;如應用高強度鋼、先進高強度鋼和超高強度鋼，鋁鎂合金，工程塑料、纖維增強復合材料等。
三是采用先進的輕量化制造工藝技術(shù)。如激光拼焊、輥壓成形、高強鋼熱成形、內(nèi)高壓成形等先進制造技術(shù)，結(jié)構(gòu)膠粘接和異種材料鉚接等先進連接技術(shù)。
上述三種途徑的有機結(jié)合與合理應用，才能在控制成本、保證汽車性價比的前提下，有效實現(xiàn)汽車的輕量化。
四、我國輕量化技術(shù)和應用已取得突破
近些年，我國汽車輕量化技術(shù)有所突破，車企也日益重視輕量化技術(shù)，具體表現(xiàn)為以下四方面：
第一，汽車企業(yè)從原來的不太關(guān)注輕量化，到把輕量化作為產(chǎn)品開發(fā)的一個重要指標，多數(shù)企業(yè)制定了汽車輕量化產(chǎn)品開發(fā)流程，建立了汽車輕量化技術(shù)體系。
第二，汽車輕量化設計能力和水平不斷提高，已經(jīng)把拓撲優(yōu)化、多目標優(yōu)化等現(xiàn)代結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計方法應用于汽車產(chǎn)品的設計開發(fā)，優(yōu)化了汽車結(jié)構(gòu)，取得了良好的減重效果。
第三，輕量化材料應用技術(shù)明顯提升。高強鋼應用比例平均提高了20%左右;鎂鋁合金在汽車上的應用比例也有一定提升，全鋁大客車車身、掛車、車廂和發(fā)動機艙蓋板等產(chǎn)品相繼問世；工程塑料、纖維增強復合材料在車身覆蓋件、內(nèi)外飾件、前端模塊上的應用也越來越多。
第四，先進的輕量化制造工藝技術(shù)得到了普遍應用；高強鋼熱成形A柱、B柱加強板、前防撞橫梁、車門防撞梁等；內(nèi)高壓成形前、后副車架、扭力梁、吸能盒；三維輥壓成形門檻加強板，中通道、地板橫梁等，均已經(jīng)開始在自主品牌汽車上得到應用。
上述輕量化設計、用材和先進制造工藝方面的技術(shù)成果均已應用在自主品牌汽車上，讓合適的材料、合理的結(jié)構(gòu)用在汽車合適的位置，優(yōu)化了汽車碰撞時的緩沖、吸能和能量流傳遞路徑，在自主品牌整車重量明顯降低的情況下，提高了整車碰撞安全性。近年來，許多新上市的自主品牌車型的被動安全性均達到CNCAP5星級水平。 (責任編輯：admin)
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