汽車車身輕量化研究和創(chuàng)新應用

王廷海

摘 要：汽車車身輕量化能夠幫助汽車行業(yè)實現(xiàn)綠色節(jié)能減排發(fā)展的重要途徑，并且經過對比減輕汽車自重和其他節(jié)能措施具有更高的經濟可行性。在此前提下，本文對于當前輕量化概念進行了介紹并簡述了相關工藝，最后對于當前輕量化創(chuàng)新應用進行了論述，希望為相關研究提供一定的參考。

關鍵詞：輕量化設計;材料工藝;應用

查詢相關資料可以得知，當汽車自重降低10%時，百公里油耗能夠降低約7%。為其排放則能夠降低約5%。因此汽車車身輕量化能夠降低汽車油耗，減少尾氣排放。當前的汽車制造過程中，車身大約占據(jù)了汽車自重的25%～30%，但是其生產成本僅僅占據(jù)了汽車整體的10%。因此從經濟角度來看，降低汽車車身重量，具有低成本高收益的效果，因此值得我們大力開展研究。

1 車身輕量化技術路線

1.1 車身輕量化概念

車身輕量化簡單而言就是在保證汽車的性能和舒適度的前提下，在合理的而預算內降低車身的重量。輕量化的過程中，如何實現(xiàn)汽車性能、生產成本和重量之間的平衡是技術的關鍵。

1.2 車身輕量化技術路線

想要實現(xiàn)車身輕量化，需要從原始設計和施工工藝來進行改善，其路線思路如圖1所示。

1.2.1 輕量化設計

車身輕量化設計包含了前期架構和施工控制，來實現(xiàn)車身輕量化。

（1）輕量化先期架構開發(fā)。在早期研究中，汽車車身架構主要集中但單獨的車型，但是當前信息自動化技術的不斷增強，當前已經可以實現(xiàn)在統(tǒng)一平臺中進行多種車型輕量化研究，同時能夠結合當前的信息技術和模型繪制來進行智能化設計。

（2）綜合考慮結構和布置，進行多學科拓撲優(yōu)化，制定結構設計策略。在結構設計方面，應用CAE軟件輔助開發(fā)，通過整車集成式優(yōu)化設計手段完成減重目標。通過架構斷面解耦，結合參數(shù)化模型庫和制造工藝策略，搭建全參數(shù)化模型，使典型斷面精益化并具有共用性，形成典型斷面庫。通過全面的CAE虛擬分析和多學科優(yōu)化，對關鍵參數(shù)進行綜合優(yōu)化，如MDO結構材料的料厚優(yōu)化和零部件集成化設計減少獨立部件數(shù)量，達到減重增效之目的。

2 輕量化技術的創(chuàng)新應用

2.1 創(chuàng)新材料——全鋁前蓋應用

在創(chuàng)新應用輕量化技術的過程中，除去前文中的設計和工藝的改善，采用更好的材料也是實現(xiàn)車身減重的重要措施之一。例如可以采用全鋁制的前蓋，通過對比，同樣面積的鋁蓋比以往鐵質材料的重量能夠減少約5.5 Kg，具體對比數(shù)據(jù)見圖2。另外鋁合金前蓋具有更好的造型特性，能夠實現(xiàn)造型、質量、結構的最佳配比。但是鋁合金也存在著高溫變形的特點，因此在實際利用和實際的過程中需要對于高溫變形進行著重處理，保證其形變量在合理范圍內。

鋁材在車身上的減重效果尤其明顯。主要有：（1）鋁板沖壓：通過冷沖壓工藝即可獲得復雜的零件形狀，用于車身外覆蓋件及車身非載荷路徑上的結構件。優(yōu)點是輕量化、抗蝕性能好、環(huán)保和易成型;（2）擠壓鋁：通過鋁錠的擠壓成形，使材料產生定向塑性變形，形成等截面的鋁制型材，經過液壓校正或3D彎曲加工，制造出具有一定力學性能的車身零件。優(yōu)點是輕量化、高性能和零件集成度高;（3）高壓真空薄壁鑄鋁（HPDC）：是指將熔融鋁合金以高速、高壓注射入金屬模具型腔，并在高壓下凝固后形成鋁合金件。

2.2 利用新型軟件技術——車身結構設計優(yōu)化應用

在車身結構設計方面，采用拓撲優(yōu)化、參數(shù)化快速模型及多學科參數(shù)優(yōu)化等方法，對白車身進行載荷傳遞路徑設計、優(yōu)化與驗證。利用輔助開發(fā)工具和評價體系，通過整車集成式的優(yōu)化手段來完成減重目標，優(yōu)先考慮結構優(yōu)化。在項目開發(fā)過程中，采用了同一個模型中同時考慮結構、碰撞、NVH等多工況要求的優(yōu)化方法，使減重結果更易于在整車開發(fā)中實施，并且通過對整車布置的不斷調整，以及結構設計形式的調整，使減重方案效率更高、更有利于低成本高質量地完成減重目標。

3 結語

通過上文的論述，豐富車身輕量化技術，能夠提升汽車輕量化的進程。作為行業(yè)從業(yè)人員我們堅信，隨著工藝、材料、技術的不斷更新，未來的輕量化技術將能夠發(fā)揮出顯著的效果，為汽車行業(yè)的節(jié)能減排和社會的綠色發(fā)展做出重要的貢獻。

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