车身轻量化技术
车身轻量化技术
发表时间：2018-12-21T09:35:32.107Z 来源：《电力设备》2018年第23期作者：索兆祥1 郭龙梅2 [导读] 摘要：近年来，我国的汽车行业有了飞速的发展，并逐渐朝着轻量化的方向发展。
（1.身份证14220219910218xxxx 河北保定 034100；2.长城汽车股份有限公司河北保定 071000）摘要：近年来，我国的汽车行业有了飞速的发展，并逐渐朝着轻量化的方向发展。轻量化作为有效的节能手段，车身轻量化技术已经成为汽车工业发展的重要研究课题之一。文章主要根据国内车身轻量化发展现状，详细论述了轻量化车身的4种技术路线，并指出多种材料混合车身是车身轻量化的发展趋势。
关键词：汽车材料；轻量化；节能减排引言
随着全球汽车保有量的增加，汽车尾气排放已成为造成全球性温室效应及能源极度消耗的原因之一。各国为此制定了非常严格的燃油经济性指标，对汽车的排放提出越来越高的标准。汽车轻量化是解决节能减排的最佳途径之一。轻量化水平和工艺加工能力的进步和新材料的开发应用密切相关，汽车的轻量化也将随着节能减排和碰撞安全性的要求不断的深化发展。笔者分析了车身结构中材料轻量化的选用策略。对实现汽车节能减排具有重要的实用价值，对汽车车身的轻量化设计也具有重要的参考价值。 1车身轻量化概念
车身轻量化是指汽车在保证安全性、驾驶舒适性和抗震性等，且本身造价在可接受前提下，有目的地减轻汽车自身重量。整车开发是性能、成本、重量三要素的平衡。减重除成本外也受限于行业工艺水平的发展，因此随着行业的发展，轻量化在整车上持续不断地有所突破。车身轻量化评价系统主要包含:车身性能、车身重量和车身成本，通过三方综合评价可对车身轻量化水平进行科学、客观的评估。 2国内车身轻量化发展现状
国内材料品种、数量、性能与国外还有很大差距。国内汽车企业和材料企业也融合得不够，国内材料企业明显滞后于汽车产业发展。由于技术限制，国内企业在材料和加工成本控制难度大，导致整车成本上升，制约了汽车轻量化的发展。国内没有完整的汽车轻量化零部件技术和产品标准。
3车身轻量化技术策略
（1）车身轻量化结构设计。一种车型在市场上的定位基本决定了它应当具备的主要性能指标，因此合理设定性能参数和布置尺寸是轻量化设计的基础。性能参数包括发动机的配置范围、安全级别、操控性能和噪声控制及耐久可靠性等。在此基础上充分应用拓朴结构和多目标(MDO)优化的设计手段(如优化载荷路径、断面尺寸、接头结构、板厚和材料等)，同时考虑到现实的生产条件，开发可用于制造的轻量化车身结构，目前该技术还有待完善和深入应用。（2）车身轻量化材料选用。在构成汽车产品的各类零件中，钢铁材料占有的比例最高，一般为50%～60%。采用高强度钢板以减少材料厚度，从而达到降低重量的目的。近些年来，铝镁材料、高强度复合材料的应用也是汽车车身减重的发展方向。（3）车身轻量化的制造工艺。轻量化的设计和材料应用是通过轻量化的制造工艺实现，这些制造工艺包括激光焊接技术、胶粘技术、自冲铆接和管件液压成型技术等。这些技术的应用同时可以减小零件的搭接宽度和优化零件的几何形状，从而减少车身重量。
4轻量化车身的四种技术路线
4.1钢板车身轻量化路线
（1）高强钢材料包括高强钢、超高强钢、先进高强度钢。——高强钢指屈服强度介于210～550MPa的钢材；——超高强钢(UHSS)指屈服强度大于50Mpa，抗拉强度大于700Mpa；——先进高强钢(AHSS)，强度在500MPa～1500MPa之间。高强钢材料的应用。目前钢板车身使用的高强度钢板（包括高强度、超高强度和夹层减重钢板），主要应用在汽车加强件等方面，特别是车身A、B柱，门槛，纵梁、横梁、侧围边梁以及中央通道等关键部位上。（3）钢板车身轻量化路线的优势。1）材料成本低钢的价格5000～9000元/吨，相对便宜，尤其是高强钢的应用，因其良好的安全性，低成本等因素，在今后一段时间内还将是降低汽车质量的主要材料。2）减重效果好高强钢屈服点较高，可以通过减少外表面的厚度，达到减少质量的目的。当钢板厚度分别减少0.05mm、0.10mm、0.15mm时，车身减重分别为6%、12%、18%左右。理论上，相对于传统340MPa的材料，600MPa级钢种的减重潜能约为20%，800MPa级钢种的减重潜能可达到30%以上；零件厚度减薄10%～20%，高强度钢板的均价增加10%～25%，因此单件成本基本不变。3）车身性能易保证采用高强钢的车身，在车身碰撞安全性、刚度、强度等车身性能开发具有优势，在不增加成本的前提下，实现车身减重10%～25%（以4门轿车为参照），且静态扭转刚度提高80%，静态弯曲刚度提高52%，车身强度及安全性能得到极大的提升。4）制造成本低，技术成熟，应用广泛。经济性好制造成本较低，可以沿用原有的冲压设备及焊接设备，生产线不需调整，可实现多种车型共线生产。（4）钢板车身轻量化路线劣势。随着强度增加，高强钢冲压性能变差，回弹量大尺寸难以控制。车身采用钢板材料与采用铝合金材料相比，减重效果无优势以某A0级车为例，车身采用高强钢材料，白车身重量为360kg，而采用铝合金材料，则白车身减重约为20%，即减少重量72kg。车身材料采用铝合金减重效果明显。虽然车身采用钢板具有较大的成本优势，但利用高强钢进行车身轻量化的空间已经十分有限。
4.2轻质铝合金材料的应用
因铝合金材料具有材料密度小这一特性，能够克服材料最小加工厚度的限制，可进一步降低部件质量。其耐腐蚀性、导热性、吸能性较好易于回收再利用，但成本较高，加工、焊接、铆接工艺难度较大。目前汽车防撞梁、仪表板骨架、发动机罩、行李箱盖等零件广泛使用这种轻质材料。
4.3镁合金材料的应用
镁是比铝更轻的金属材料，它可在应用铝轻量的基础上再减轻15%～20%。在轻量化的驱动下，镁在汽车中的应用以较快的速度增长，镁合金已成为汽车材料技术发展的一个重要领域。目前已大批量应用镁的主要是车身和底盘零件，如仪表盘骨架与横梁、座椅骨架、转向盘、进气歧管，以及各种支架、罩盖等。车身零件主要应用变形镁合金，型号有Mg-A1-Zn系合金(AZ31C、AZ61A、AZ80A)和Mg?Zn-Zr系合金(ZK60)两大类。
4.4碳纤维增强复合材料（CRRP）