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1、专用汽车轻量化设计-11 引言近些年，随着人们对环保、安全、效率和审美等方面要求的不断提高，专用汽车的个性化特点越来越明显。为了满足用户日益增长的个性化需求，专用汽车在个性化造型方面已显得尤为重要。另一方面，汽车产业发展政策和在全国开展车辆超载、超限治理工作的实施方案的出台， 为加快专用汽车轻量化给予了政策支持和动力。因此，加强专用汽车在造型和轻量化设计方面的研究，对我国专用汽车企业提高自身的设计水平，保持较高竞争力是至关重要的。2 专用汽车造型设计的研究2.1 专用汽车造型设计的重要性专用汽车的设计过程是在载货汽车底盘或专用底盘上装置功能设备和专用车厢。因此新颖和优美的造型以及舒适精致的内饰
2、是吸引客户的重要方面。在底盘、 发动机变化不大的今天，专用汽车的造型是争取市场的关键之一。在完成一种新型专用汽车全部设计的过程中， 必须考虑专用汽车的艺术造型和产品功能的紧密结合。 一个成功的造型设计， 应该使专用汽车具有新颖美观的外形、 良好的空气动力学性能、 各部分的布置符合人机工程学的要求并适合于多种变型的结构和零部件分块。 车身及其覆盖件应具有良好的冲压工艺性和焊接装配工艺性、 合理的零部件形状和较高的材料利用率。 随着社会的不断进步， 人们对汽车的外观、舒适性、功能的完备性等要求都在不断的提高。由此可见，造型设计在专用汽车的开发过程中的重要性。,2.2 专用汽车造型时应注意的原则和谐
3、的美学原则具有美感的造型应该是符合长期实践总结出来的美学基本原则， 是外在形式美和内在科技美的统一体。 优秀的造型设计应该是在美学基本原则基础上针对不同的用户进行设计的。 其特别的设计思想， 往往会推动实现其目标技术手段的新发展。 “美”是专用汽车造型所追求的，只有能真正发挥产品的功能，才是真正的“美” 。脱离了功能和结构的美，对于作为服务于社会的专用汽车来说， 会因为实用价值低下，而在市场中失去竞争力。 在构成车身造型美感的线、 形体、色彩、质感等因素的变化中求统一， 才能做到丰富而不杂乱， 有规律而不单调。随着科学技术水平的发展， 专用汽车的造型应追求时代性和社会性的“美”，即不但要考虑用
4、户的爱好，也要有造型设计独创性的审美观。良好的空气动力性专用汽车应选择合理的外形以便减少空气阻力。近些年来，由于高速公路的发展，专用汽车(主要是专用运输车 )在公路上行驶的速度也大大提高，人们希望这些汽车有良好的空气动力学性能，通过降低专用汽车的空气阻力来节约燃料。 此外还期望减低它们在高速行驶时的空气动力性噪声， 提高汽车在高速行驶时的操纵稳定性，减少飞溅至车窗和照明设备上的污水等。良好的工艺性原则专用汽车的车厢或驾驶室由许多大型覆盖件组成， 在进行艺术造型时，应很好地考虑这些覆盖件的工艺合理性， 并使零部件之间有良好的装配性。行驶安全性原则合理的布置前后保险杆， 可以在撞车时保护乘客的安全
5、； 减少车身上的凸起，避免伤到行人。专用汽车驾驶室内必须有良好的视野，使驾驶员在进行某项任务操作时更加准确和方便。人体工程学原则在专用汽车造型设汁中， 满足人体功能的要求很重要， 保证操作者、乘员能够在舒适、方便的环境内高效及可靠地工作。专用汽车轻量化设计 -23 专用汽车轻量化研究3.1 轻量化对专用汽车的重要性)国外有关试验资料表明，减轻车辆自身质量10%，可降低油耗5%8%。汽车的发动机的功率主要消耗在克服汽车行驶阻力上。汽车行驶阻力由空气阻力、滚动阻力、加速阻力和爬坡阻力等组成。空气阻力主要与车身的形状、 迎风面积等有关， 特别在高速行驶时关系更大，但它与整车的总质量无关。而除空气阻力
6、以外的滚动阻力、加速阻力和爬坡阻力均与整车的总质量成正比，所以减轻自身质量， 是减少上述三种阻力的重要因素，也是降低燃油消耗的有效措施。轻量化除了能使油耗降低以外，车辆性能也在提高。在同样的功率输出下，较轻的车重对于发动机来说就是较轻的负载，使汽车的操控稳定性也有所提高。3.2 轻量化材料在专用汽车上的应用专用汽车轻量化包括各部分结构的合理设计和轻量化材料的应用二大方面，本文着重对轻量化材料的应用进行说明； 目前国内外专用汽车 主要为专用载货运输车 )上应用较多的轻量化材料有铝合金、镁合金、高强度钢、塑料及复合材料等。各大汽车公司都已经将采用这些轻量化材料的多少作为衡量生产技术和新材料开发水平
7、是否领先的标志。随着我国专用汽车市场竞争国际化的日趋激烈， 国产专用汽车要达到国外同类车水平， 加大出口份额将是必然趋势， 因而新型轻量化材料的扩大应用已是迫在眉睫。 国产专用汽车由于质量较同等级的国外车大，质量利用系数差距也较大，因而更具开发潜力。现对轻量化材料的应用提出几点建议： 、a.专用汽车的不少构件用材可多种选择，这就形成了一种竞争的格局。当前国内外高强度钢、铝合金和塑料在专用汽车车身外板、车架及车厢部分零部件等方面的竞争尤为突出。此种竞争必然推动各材料生产厂家提高工艺水平， 降低成本，并推动汽车设计和制造工艺的进步。竞争机制的形成是推进专用汽车加速实现轻量化的动力。b.由于种种原因
8、，国产专用汽车应用轻量化材料进展较慢。目前载货汽车轻量化的主要目标点应在车身、前后保险杠、车厢、车架及装配在其上的各种支架、 挡板等构件。因为这些构件比动力系统部件用材的性能要求低，易于实现用塑料、铝合金和高强度钢来代替。随着技术的不断进步， 轻量化材料的品种、 用量也会日益增多。 镁合金、钛合金、超高强度钢、 吸振与吸音夹层薄板及碳钎维复合材料等优质轻量化材料的应用前景令人充满期待。c.国内一些专用汽车厂应制定减轻自质量的远景规划和近期目标，在具体实施时则应借鉴和学习国际先进汽车厂商的轻量化材料应用技术与研发手段。与此同时，尤为重要的是掌握新型材料的设计、成型、焊接、涂装等新技术。d.减轻自
9、身质量应满足三个基本条件：不能影响构件的强度和刚度；不能使成本负担过重； 修复成本不能太高。设计人员在应用轻量化材料时，除了进行强度和刚度等的技术计算外，还应进行价值分析(即：价值功能 /价格 )。例如，一种厢式车需应用铝合金来取代钢制车厢，需获得多种资料(有关钢材与铝合金型材的售价、两者造价、燃油费、运价、预期运程、预期空载与满载比、预期使用寿命等)作为价值分析的基础，以此作性能成本的综合评价。实现轻量化是衡量汽车工业技术成就的重要标志之一，也是业内人士长期追寻的技术课题。 虽然目前我国轻量化材料的应用与国际先进水平尚有差距，但我们相信只要制定政策、明确目标、措施得力，国产专用汽车轻量化将会
10、很快取得成果。4 结束语伴随着我国经济的发展， 专用汽车工业市场和成熟， 企业创新观念的培养和提高对专用汽车的发展意义重大。强调造型和轻量化设计是影响和推动企业技术创新， 使专用汽车成为更符合美学和环保、高效的专用交通工具的关键。 面对当前国内外激烈的竞争市场， 我国专用汽车企业应当奋起直追，迎接挑战，采用新技术，开发新工艺，为我国的专用汽车工业树立良好的产品形象， 在国际市场中保持持久竞争力做好充足的准备。汽车业，以塑代钢汽车轻量化使塑料作为原材料在汽车零部件领域被广泛采用， 从内装件到外装件以及结构件，塑料制件的身影随处可见。目前，发达国家已将汽车用塑料量的多少， 作为衡量汽车设计和制造水
11、平的一个重要标志从现代汽车使用的材料看，无论是外装饰件、内装饰件，还是功能与结构件，到处都可以看到塑料制件的身影。在近日举办的 2007 国际塑料橡胶展上，记者注意到，为有效降低能耗，目前塑料材料在汽车业的应用范围已不仅仅局限于汽车内饰、坐椅、车灯等零部件，而是已扩展到油箱、翼子板、风扇叶片等结构件。更重要的是，随着“以塑代钢” 成为汽车设计和制造水平的重要标志， 它为塑料工业提供了更加广阔的发展前景。汽车轻量化 “相中” 塑料汽车工业的发展与塑料工业的发展密不可分。近年来汽车轻量化成为降低汽车排放、 提高燃烧效率的有效措施，也是汽车材料发展的主要方向，它使塑料在汽车中的用量迅速上升。目前发达
12、国家已将汽车用塑料量的多少作为衡量汽车设计和制造水平的一个重要标志。统计显示，汽车一般部件重量每减轻1，可节油 1；运动部件每减轻 1，可节油 2。国外汽车自身质量同过去相比，已减轻20 26。预计在未来的10 年内，轿车自身的重量还将继续减轻20。而塑料等轻量化材料的开发与应用，在汽车的轻量化过程中发挥着重大作用。中国汽车工业协会的一位工程师告诉记者， 汽车材料应用塑料的最大优势是减轻车体的重量。一般塑料的比重在 0.91.5，纤维增强复合材料的比重也不会超过 2.0，而金属材料的比重， A3 钢为 7.6，黄铜为 8.4，铝为 2.7。这就使得塑料材料成为汽车轻量化的首选用材。从现代汽车使
13、用的材料看，无论是外装饰件、内装饰件，还是功能与结构件，到处都可以看到塑料制件的影子。 外装饰件的应用特点是 “以塑代钢”，减轻汽车自重，主要部件有保险杠、挡泥板、车轮罩、导流板等；内装饰件的主要部件有仪表板、车门内板、副仪表板、杂物箱盖、坐椅、后护板等；功能与结构件主要有油箱、散热器水室、空气过滤器罩、风扇叶片等。汽车轻量化，使包括聚丙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、热固性复合材料、 ABS、尼龙和聚乙烯等在内的塑材市场得以迅速放大。近两年，车用塑料的最大品种 -聚丙烯，每年以 2.2%2.8%的速度加快增长。预计到 2020 年，发达国家汽车平均用塑料量将达到 500 千克 /辆以上。“以塑代钢”国
14、外先行一步汽车业“以塑代钢”的趋势在 2007 国际塑料橡胶展会上得以充分体现。据记者观察， 诸多国外塑料生产企业都将其与汽车有关的业务作为推广重点， 并展示其用塑料材料制造的汽车零部件产品。如， GE 塑料集团采用树脂和最新复合材料技术生产的车用塑料产品， 美国首诺公司用工程塑料制成的进气歧管， 德国朗盛集团研发的车用塑料零部件 GE 塑料集团有关人士表示，使用新型材料后， Volt 的翼子板、车窗、仪表板和方向盘等部件的重量都减轻 30%50%。汽车业，以塑代钢（续）事实上，汽车业“以塑代钢”已在国外先行一步。目前国外汽车的内饰件已基本实现塑料化， 塑料在汽车中的应用范围正在由内装件向外装件、车身和结构件扩展。 今后的重点发展方向是开发结构件、外装件用的增强塑料复合材料、 高性能
