專用汽車輕量化設(shè)計

屈葵林

中國重汽集團柳州運力專用汽車有限公司,廣西柳州 545112

1 汽車輕量化的時代背景和意義

汽車輕量化是在保證汽車的性能和品質(zhì)不受影響反而可以提高的情況下來盡可能的降低汽車產(chǎn)品的重量，并結(jié)合合理的輕質(zhì)材料和設(shè)計結(jié)構(gòu)來提高低振動和低噪聲以及高輸出功率等。

然而，車用燃油是石油消耗最大的一部分。目前，全世界汽車石油的消耗量可以達到每年92億桶，約占世界總石油產(chǎn)量的45%。所以，為了盡可能的節(jié)約能源而且在不降低汽車使用量的情況下，實現(xiàn)降低汽車的油耗量是具有很大的意義的。

汽車在人們實際生活中的地位和世界經(jīng)濟領(lǐng)域中的地位毋庸置疑，隨著不可再生資源的日益緊張和社會文明度的提高現(xiàn)在面臨的最大挑戰(zhàn)就是，減少尾氣污染和減少材料的應用。

2 專用汽車輕量化的主要措施

專用汽車的設(shè)計過程是在載貨汽車的專用底盤或者汽車底盤上裝置專用的車廂。優(yōu)美的造型以及新穎的設(shè)計觀念和舒適度是吸引客戶的重要方式。在對汽車發(fā)動機和底盤變化不大的如今專用汽車的造型是爭取市場的關(guān)鍵之一。汽車的發(fā)動機功率主要消耗在克服汽車行駛的阻力上，目前國內(nèi)外專用汽車的輕質(zhì)材料主要有：塑料、高強度鋼、鎂、符合材料以及鋁等。

3 專用汽車輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化

汽車消費者希望汽車的功能和作用能夠繼續(xù)完善，同時，為了滿足消費者的需求汽車的重量有明顯的輕量化趨勢。

通過優(yōu)化材料設(shè)計而降低車體的重量的工藝方法主要有兩點：1）使用高強度材料降低鋼板厚度的規(guī)格；2）以低密度材料代替鋼鐵材料，比如使用塑料和低密度的鋁等。另外，利用這些技術(shù)實施模擬代替實車進行實驗，對使用輕量化的車身進行碰撞和振動的分析。

（1）現(xiàn)代計算機的應用在汽車的生產(chǎn)上起到了重要的作用，大大地縮短了汽車開發(fā)的周期，還提高了汽車輕量化的制作水平和效率。如我公司生產(chǎn)的鋁合金半掛運油車（如圖1），它的重量要比同等車型的鋼質(zhì)車身輕55%。另外，越來越多的鋁制輪框和全鋁發(fā)動機出現(xiàn)在各種車型上面，并且逐步替代傳統(tǒng)的鋼質(zhì)零部件。

圖1 中國重汽集團柳州運力專用汽車有限公司生產(chǎn)的鋁合金半掛運油車

（2）塑料在專用汽車輕量化設(shè)計中的應用也非常廣泛，它能同時滿足降低車身成本和重量這兩方面的需求，它的技術(shù)也比較成熟。它的特點是，耐腐蝕、成本低、裝飾效果好、強度高、易加工和吸收沖擊能量等眾多優(yōu)點。不僅這些，還對整車的安全性以及外觀和舒適程度都有利。2001年世界汽車平均塑料用量達到了115kg，約占汽車總量的8%～12%，并且這一數(shù)量還在不斷增加。塑料廣泛的應用在汽車的內(nèi)外裝飾方面，而今后重點開發(fā)的是功能件和結(jié)構(gòu)件以及外裝件的高性能塑料；

（3）鋁鎂合金是目前應用領(lǐng)域最輕的金屬材料，無論是剛度還是強度都比較高。鋁鎂合金的減重效果比鋁合金更加明顯，而且還具有尺寸穩(wěn)定性高和減震性好等特點，使汽車的應用有美好的前景。目前，歐美轎車上鋁鎂合金的平均用量約為40kg/輛，而且還在迅速的發(fā)展中。但是，鋁鎂合金的缺點就是成本高，而且再生產(chǎn)、制造的工藝都不如鋁合金。同時國內(nèi)鋁鎂合金的研究基礎(chǔ)比較薄弱，相關(guān)的一些標準和牌號都有待提高；

（4）在汽車輕量化材料中，用高強度鋼替代原使用材料，可以適當?shù)妮^小零件的尺寸。目前，全球廣泛應用和提高彈簧鋼以及高合金鋼和不銹鋼的強度和剛度來作為汽車輕量化的措施。

圖2 中國重汽集團柳州運力專用汽車有限公司生產(chǎn)進口高強板自卸車

（5）有機材料和復合材料：近年來，功能型有機和復合材料的迅猛發(fā)展，在很多強度不高的場合并且是合理的選用情況下，它已經(jīng)成為鋼板替代的主要材料，并且在汽車配件比例中呈逐年上升的趨勢。但是它也存在缺點，如：可靠性差、生產(chǎn)效率低以及不能無損傷等等。目前，復合材料在汽車上的運用比例還很低，范圍很小，隨著生產(chǎn)工藝和性能的不斷提高，應用前景還是很廣闊的。

4 結(jié)論

專用汽車輕量化對降低排放、汽車節(jié)油以及性能都有改善。能源戰(zhàn)略規(guī)劃以及汽車工業(yè)健康發(fā)展方面都具有重要的意義[4]，專用汽車輕量化是現(xiàn)代汽車技術(shù)的發(fā)展方向，也是新世紀實現(xiàn)汽車進一步輕量化的重要技術(shù)措施。

[1]田浩彬，林建平，劉瑞同.汽車車身輕量化及其相關(guān)成形技術(shù)綜述[J].汽車工程，2005，27(3)：381：384.

[2]葉平，沈建平，王光耀.汽車輕量化用高強度鋼現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J].機械工程材料，2006，30(3)：4-7.

[3]鐘新農(nóng).汽車輕量化與高強度鋼板的成形性分析[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2006，l9(3)：40-41.

[4]李善坡，隋允康.響應面方法在二維連續(xù)體形狀優(yōu)化中的應用[J].力學與實踐，2006，28(2)：44-47.