汽车轻量化是什么?如何实现?材料、技术有哪些?


汽车轻量化是什么?如何实现?材料、技术有哪些?


一、汽车轻量化的概念
汽车轻量化主要是通过结构优化设计、轻质材料使用以及先进制造工艺运用及其交叉运用来实现的,汽车轻量化的技术研发也是围绕这几个方向开展,目前主要有三种汽车轻量化技术手段:汽车轻量化材料运用、汽车轻量化设计、汽车轻量化制造工艺 。
随着《中国制造2025》的发布,汽车轻量化已然跃升为国家级战略 。2019年,由中国汽车工程协会主办的第十三届汽车轻量化大会,将轻量化定义为:在维持汽车安全性、操稳性及舒适性等各项性能不降低的基础上,通过降低自身重量,提升整车的经济性、动力性,降低排气污染的一种设计方法 。
目前汽车的轻量化问题早已是大众最关心的问题之一 。在世界范围的汽车行业,汽车轻量化被普遍定义为通过结合轻量化技术以及多种轻量化材料制造技术,实现使汽车整车质量达到尽可能小的值的目标,从而实现更加长远的目标,即在减少燃料消耗和降低排气污染的同时提高汽车的动力性 。
汽车轻量化的最终目的是能够实现控制成本、节约能源、优化各零部件及车型的同时保证汽车的强度、安全性能不受影响 。由于汽车燃料所提供的动力是克服摩擦力做功,而摩擦力与重力成正比,因此从理论上可以得出结论,当汽车整车质量下降,所需克服的摩擦力相应下降,所需提供的动力也下降;同时实验结果表明,当汽车整车质量减少10%时,其燃油效率便会增加6%-8% 。
二、汽车轻量化的实现技术与方法
实现汽车轻量化的技术途径主要包括:
①优化汽车结构设计,美国F-16飞机利用轻量化技术将机体中的有效空间最大化利用,仅有几平方分米的空隙,同理,我们也可以用较少的材料耗量保证较高强度的整车结构 。
②使用优化材料,伴随着中国材料学的崛起,许多新型材料的使用可以将之前使用的普通钢铁材料进行替代;目前实现汽车轻量化的主要措施是使用优化材料 。
③智能化设计结构,如采用有限元分析等方法对车体的主要成立部件等区域进行局部加强设计、对非主要承力部件进行合理的局部弱化等 。
④在保证汽车性能的前提下,合理、精细化地减薄车身板料厚度 。
轻量化三种实现途径
三、汽车轻量化政策梳理
2012年,《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》:2020 年当年乘用车新车平均燃料消耗量达到5.0 L/100km 。
2015年,《中国制造2025》:提升动力电池、驱动电机、高效内燃机、先进变速器、轻量化材料、智能控制等 核心技术的工程化和产业化能力
2016年,GB 19578《乘用车燃料消耗量限值》、GB27999《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》:持续降低我国乘用车燃料消耗量,使我国乘用车平均燃料消耗量水平在2020年下降至5 L/100km左右 。
2016年,节能与新能源汽车技术路线图:2020年较2015年减重10%、2025年较2015年减重20%、2030年较2015年减重35% 。
2018年,《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》:按《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》(GB 27999-2014)计算乘用车企业的油耗实际值和目标值,推动实现5.0L/100km 的目标 。
四、汽车轻量化材料发展概况
汽车轻量化材料的应用是目前运用较多的一种轻量化手段,其优点在于只要通过材料替换就能达到较好的轻量化效果 。研究结果表明,总质量为1229kg的汽车铝合金化后通过减重和二次减重(汽车总质量减轻,动力单元部件可相应的减轻重量)可减重444Kg 。

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