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1、 现代汽车新技术相关论文现代汽车新技术相关论文现代汽车轻量化技术的发展现代汽车轻量化技术的发展姓姓 名：名： 左巍左巍 学学 号：号： 1023022110230221 学学 院：院：机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院专专 业：业： 汽车汽车 1002 班班 指导老师：指导老师： 邓涛邓涛 重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆交通大学机电与汽车工程学院20132013 年年 1111 月月现代汽车轻量化技术的发展摘要摘要：近十多年来，世界汽车工业面临着三大问题：能源、公害和安全。由于能源危机和 环境问题的日益突出，现阶段世界各国均十分关注汽车轻量化技术。从汽车轻量化对能源、 环境和汽车性能的影
2、响入手，指出了轻量化研究的整体思路；介绍了当今世界先进汽车轻 量化设计的概况、作用和目前汽车用轻量化材料的使用情况和性质；分析了汽车轻量化发 展面临的技术和成本问题，为汽车的轻量化项目的进一步开展提出了建议。Abstract：Over the past decade, the world automobile industry was faced with three major issues: energy, pollution and safety. At this stage, the world are very much concerned about the lightweight
3、 technology of automotive, for the energy crisis and environmental issues have become increasingly prominent. From the auto motives lightweight in faction on the energy, environment and vehicles performance, research ideas of vehicles lightweight technology were pointed out. The overview and functio
4、n of vehicles lightweight technology in the world were introduced.Now, using condition and performance of the lightweight vehicles materials also were introduced. By analyzing the confronting problem of the development of vehicles lightweight technique, the suggestions of how to develop the projecte
5、d of vehicles lightweight technology were proposed. 关键字：关键字：轻量化（light weight） ；材料（material）；油耗（oil wear） 正文：正文：能源短缺及环境污染问题已成为制约我国汽车产业可持续发展的突出问题，无论是从社 会效益 还是经济效益来考虑， 低油耗、 低排放的汽车都是节约型社会发展的需要。汽车轻量 化技术是汽车节 油的重要手段，试验表明：汽车质量每下降10%，油耗约下降 3%5%。 自上世纪 70年代以来， 随着材料技术和设计制造技术的进步，汽车自身质量逐年减少。以美 国为例， 上世纪 80年代初， 中型轿
6、车平均质量为 1520kg；90年代初下降至 1475kg;90年代末下降至 1230kg；19851995年期间，轿车质量平均每年减少0.9%。20世纪末和本 世纪初世界各国先后出现 了百公里油耗 3L 的汽车， 这类汽车的质量基本上处在 750850kg 之间，比现今同类车轻 50%。1998 年德国大众推出的路波 3 L T D I ，汽车自身质量只有 800kg。奥迪公司最近开发的紧凑型全铝轿车 AudiA2，汽 车 自 身 质 量 只 有 895990kg。 近十多年来，世界汽车工业面临着三大问题：能源、公害和安全。众所周知，车用 燃油是全球石油消耗的重要组成部分，全球汽车的石油消耗
7、量达到每年90 亿桶，约占世界 石油总产量的40（2003 年数据）。为了应对可能的能源危机，在不降低汽车性能的情况下，降低汽车油耗具有重 大的现实意义。从环境角度看，汽车每年向大气中排放的二氧化碳量多达40 亿吨，占世界 全部二氧化碳排放量的25，而其它汽车排放物如氮化物、硫化物、微粒物等也是大气污 染的重要因素。因而各国政府先后制定了能源保护、废气排放、噪声和安全的有关法规。 汽车技术的发展主要是围绕这三大问题进行的，其中能源问题尤为突出，可以说是汽车工 业发展与变革的动力。 欧、美、日等国家在数年前已开始重视能源及环保的议题并制定相关法令。轻量化、 环保回收及节约能源已成为全球汽车产业发
8、展的趋势。我国国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会于2004 年10 月28 日联合发布了我国首个油耗强制性国家标准 GB 19578-2004 乘用车燃料消耗量限值，对我国汽车的燃油消耗作了上限规定，将分两个 阶段实施。标准第一阶段实施后我国现有汽车油耗水平将降低510，第二阶段实施后 油耗将比现在降低15以上，这将使汽车厂商更注重汽车的节能降耗。此外，单从汽车销 售的角度来看，随着油价的不断攀升，汽车油耗也越来越成为影响国家政策及消费者选择 车型甚至是决定是否购车的重要因素。 1 有效降低车用油耗的关键是汽车轻量化有效降低车用油耗的关键是汽车轻量化 汽车行驶方程式为： sin 2
9、 / 21.15 d F = G f +G + m a + C A v其中：F 为行驶阻力；G 为车重；f 为滚动阻力系数； 为道路坡度；为汽车旋转质量换算系数；m 为汽车质量； Cd 为风阻系数；A 为迎风面积；v 为车速。 汽车行驶阻力越大，耗油越多。汽车行驶阻力包括滚动阻力、爬坡阻力、加速阻力和 空气阻力等四项，从上式可以看出，其中前三项均与车重成正比。经验数据显示，空气阻 力约占行驶阻力的25。目前，减少这部分阻力的措施通常有：流线型车身、 全粘接挡风玻璃、隐蔽式雨刮器、下地板全封装等。这些措施能将风阻系数降到0.3，但这 已到瓶颈，其进一步减小的可能性只能寄希望于更为流畅低矮的车身。
10、只是这样不仅需要 巨大的技术与资金的投入，且不适用于要求空间宽敞的日常用车，因而应该将目光转移到 其它的阻力因素上。而剩下的75，即滚动阻力、爬坡阻力、加速阻力，从公式可以看出， 均与车重成正比。因此，减轻汽车质量，就成为减轻阻力从而节约燃油的重要措施。 汽车轻量化是当代国内外汽车工业发展的一个重要课题： （1）在保证汽车质量和功能不受影响的前提下，最大限度地减轻各零部件的质量，降 低燃耗，减少排放污染。 （2）在使汽车减轻质量、降低燃耗、减少排放的同时，努力谋求高输出功率、高响应 性、低噪声、低振动、良好操纵性、高可靠性和高舒适性等。 （3）在汽车轻量化的同时，汽车的价格应当下降或保持在合理
11、水平，具有商业竞争能 力，即汽车的轻量化技术必须是兼顾质量、性能、价格的技术。 汽车轻量化对汽车技术的不断发展起到了重要作用： （1）降低油耗：汽车轻量化减小了汽车的滚动阻力、加速阻力和爬坡阻力，这些都可以降 低油耗。同时如果使动力性能不变，通过恰当的齿轮传动比也可以使油耗降低。根据宝马 公司研究结果，汽车自身质量每减轻100 kg，可节油0.30.8 L/100 km。考虑到不同车型 质量的不同，整车质量每降低1，油耗可减少0.60.8。如果以2002 年全球汽车总产 量5800 万辆、每辆行驶寿命10 万公里计算，则仅这一年生产的汽车在整个寿命期间就能 节约燃油3.481010 L，即2.
12、2 亿桶（159 L/桶）。 （2）改善性能：汽车轻量化，有利于改善汽车 的行驶、转向、加速、制动等运动性能和排气性能等多方面的性能。其中，发动机的轻量 化还可改善前轮荷重分担率，进而改善汽车的操纵稳定性，还可为降低噪声、振动、实现 大功率化创造条件。同时还有利于减轻部件振动和降低噪声，提高舒适性能，对于某些承 载件，其承载的重量减轻，有利于降低元件疲劳，提高耐久性。例如一辆重量1543 kg的汽 车，若车重减轻25%，可使该车加速到60 km/h的时间从原来的10 秒减少到8 秒。 （3）波及效果：汽车各部分的质量是相互关联的。例如，发动机质量的减轻，使 有关底盘部分也可以相应地减轻，即汽车
13、整车减少的质量将大于发动机减少的质量；又如， 车身零部件的轻量化，使支承它的行驶系统（车架、车桥、车轮、悬架等） 负荷减小，尺寸和质量即可适当减小，发动机和制动器也可相应减小、减轻。通常，当平 衡系统中某个部位质量减少1 kg，给予整个系统的波及效果是质量减少K kg，称K 为增长因子，K 值因部位而异，汽车的K 值在1.52.0 之间。 然而现在随着人们对汽车安全性、舒适性、环保性要求的提高，汽车上空调、安全 气囊、隔热隔音装置、废气净化装置、卫星导航系统、车载娱乐系统、无线电通讯、电子 控制等设备越来越普及，这些装置无不在增加汽车的重量。以大众GOLF 车型为例，在过去 的30 多年内重量
14、从750 kg 增加到1070 kg。汽车上不断增加的装置与汽车轻量化的矛盾正 不断挑战着汽车工程师。 2 2 汽车轻量化的措施汽车轻量化的措施 目前国内外汽车轻量化技术的发展迅速，主要的轻量化措施是如下所述。 （1）轻量化的结构设计和分析，而且这种设计已经融合到了汽车的前期概念设计阶 段。由于计算机技术的飞速发展，目前利CAD/CAE/CAM 一体化技术可以实现汽车的轻量化 设计、制造。计算规模、计算容量和计算速度对于各种实用程序来说已不是主要矛盾，有 关理论与软件的不断发展进步使计算机辅助分析如虎添翼，计算机辅助分析（CAE） 技术将在汽车工业中起着越来越重要的作用。计算机辅助结构优化设计
15、分析技术在汽车开 发设计中的地位和作用如图1、图2 所示。它不仅使得汽车开发周期大为缩短，研发投入大 大减少，而且使开发的产品更为优秀可靠。图图1 1 CAECAE 及优化技术在汽车开发中的作用变化及优化技术在汽车开发中的作用变化图图2 2 汽车开发过程中的变化趋势汽车开发过程中的变化趋势（2）轻质材料在汽车上的应用，包括铝、镁、高强度钢、复合材料、塑料等，并在 前期与结构设计融为一体，以及相应的装配、制造、防腐、连接等工艺的研究应用。福特 汽车公司负责研究工作的副总裁Dr. Willian F. Powers 在一次国际材料学会议上强调指 出，21 世纪的汽车将发生巨大变化，而材料技术是推动
16、汽车技术进步的关键，轻量化是今 后汽车发展的关键。他认为，虽然通过优化目前所应用材料的设计可以减小质量，但大幅度地减小汽车质量，则要考虑汽车零件尽可能选用低密度的材料。 很多汽车公司都在发动机的活塞、散热器、油底壳、缸体和缸盖、曲轴箱、连杆、滤 清器、发动机架等部件上采用铝合金材料。发动机使用铝材不光是带来了减重省油的效果。 现在的轿车发动机多为前置式，造成前重后轻，为了保证良好的操纵稳定性和乘坐舒适性， 必须平衡前后质量。宝马新7系发动机中的很多部件就由铝合金加工而成，另外还采用了铝 合金引擎盖、铝合金保险杠等。除此以外，铝合金材料还被广泛用于车门、发动机罩、行 李箱罩、地板和翼子板、座椅等，铝合金在汽车上已经无处不在，如奔驰S 级轿车中的铝 件（图3）：前盖板、前围板、副车架
