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汽车工业轻量化技术发展历程回顾及现状分析

汽车零部件

中国汽车工程研究院马鸣图教授

世界汽车工业轻量化的发展历程及须要性

1975年,美国小汽车产量为898.7万辆,汽车保有量为1.327亿辆;1985年产量迅速上升至1165.4万辆,保有量达1.686亿辆。

当时美国的家庭用车都是宽敞的、高重量和大排量的。20世纪70年代初,石油输出国组织限产和提高油价,发作了著名的石油危机,导致美国和日本等相继制定了公司的公司平均燃料经济性(简称CAFE ,corporate average fuel economy ,来源https://en.wikipedia.org/wiki/Corporate_Average_Fuel_Economy),限定了各汽车厂生产销售小汽车的平均油耗限值,且法规逐年加严。当时轻量化和低油耗的日本小汽车大量涌入美国,给美国汽车工业带来强大的冲击和影响,在这种形势下,轻量化作为节能减排的手段,正式在美国汽车工业中提出和实施。

汽车零部件

汽车轻量化是在保证汽车功能的前提下,汽车自重的降低,可以减小汽车运行阻力(滚动阻力、爬坡阻力以及加速度阻力),从而可以节能减排。

大量统计和实验结果表白,车重减少10%,油耗可减少6-8%,每减少消耗一升汽油,就可减少2.44kg的CO2排放;其次减少碰撞对别人车辆的伤害,也便是主动安适性的改善;轻量化还可以提高汽车的加速性能,制动性能以及汽车的多种综合性能,乘坐舒适性,把持不变性等。

此外轻量化还可以降低材料用量,从而减少制造能耗。

从汽车制造使用中的能耗统计结果来看:假定一部小汽车一生的耗能量为12.56×108KJ(3×108Kcal),行驶占82%,材料10%,加工工艺占5%,轮胎占2%,润滑油1%。

马教授告诉我们,从以上数据可以看出:轻量化对降低使用中能耗的重要意义,是轻量化的主要驱动力。

轻量化又必需保证安适,同时又必需使轻量化的汽车产品具有高的性价比,即具有高的市场竞争能力,这就决定了轻量化实施的途径和难度。

汽车轻量化的实现途径

汽车轻量化有哪些实现途径呢?

“目前为工业界所接受的轻量化实施的途径为:首先确定轻量化的概念,然后进行优化设计,而优化设计的条件是基于所选定的对标车型依照同类车型的材料、性能、零件结构和整车功能、制造工艺技术和性能评价方法等方面的数据库。根据优化的设计结果,进行合理选材,将合适的材料用到合适的地方,确定合适的制造工艺路线。

轻量化实际是多个学科:设计、仿真优化、材料、工艺技术、检测评价等专业技术的集成,多种材料涉及钢铁材料(如先进高强度钢)、铝合金、镁合金及塑料复合材料优势的集成。

多工艺涉及激光拼焊,热冲压成形,液压成型,辊压成形,变厚度板,以及先进的焊接和连接技术等工艺的集成,求得高性价比的轻量化效果。”马教授给我们简单介绍道。

轻量化与安适性能的平衡如何破解?

1966年,美国制定了联邦汽车安适尺度(Federal Motor Vehicle Safety Standard),1970年美国、日本、欧洲又共同制定和实施了安适试验车计划,一致认为保证汽车安适性的重要办法是使汽车构件显著增强。

国内于2006年实施了C-NCAP,本年7月20日,东森彩票,中国汽研又基于用户使用环节,参考美国公路安适保险协会(IIHS,The Insurance Institute for Highway Safety)的相关测试法规,提出了中国保险汽车安适指数(C-IASI)。可以说汽车安适成为汽车首要的性能指标,因而,轻量化的同时,如何保证汽车安适成为行业的焦点问题。

近30余年的汽车工业发展,双相钢在汽车工业中的应用和对汽车轻量化的作用已完全证实了Owen教授的分析和预测,其对汽车工业的重要性还远超过双相钢材料开发自己。

紧跟世界汽车工业发展趋势——轻量化而又保证安适,马鸣图教授从1979年开始研发轻量化重要用材——双相钢,于1984年元月完成《双相钢物理和力学冶金》的学术专著,并出版发行,成为我国汽车高强度钢研发的基础性和标识表记标帜性著作。

国内汽车轻量化的发展历程

马教授体现,中国汽车工业快速发展是在2000年以后。2007年以后,中国汽车产量已经趋世界第一,燃油供应、排放压力已日趋严峻,汽车轻量化引起行业的重视。

2007年12月,在中国科技部等政府部门的支持下,由中国汽车工程学会牵头,组建成立了汽车轻量化技术创新联盟,联盟成员包孕了中国的主要自主汽车品牌企业、重要的钢铁企业以及与汽车行业相关的科研、高校。