王廷海

摘 要：汽車車身輕量化能夠幫助汽車行業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能減排發(fā)展的重要途徑，并且經(jīng)過(guò)對(duì)比減輕汽車自重和其他節(jié)能措施具有更高的經(jīng)濟(jì)可行性。在此前提下，本文對(duì)于當(dāng)前輕量化概念進(jìn)行了介紹并簡(jiǎn)述了相關(guān)工藝，最后對(duì)于當(dāng)前輕量化創(chuàng)新應(yīng)用進(jìn)行了論述，希望為相關(guān)研究提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：輕量化設(shè)計(jì);材料工藝;應(yīng)用

查詢相關(guān)資料可以得知，當(dāng)汽車自重降低10%時(shí)，百公里油耗能夠降低約7%。為其排放則能夠降低約5%。因此汽車車身輕量化能夠降低汽車油耗，減少尾氣排放。當(dāng)前的汽車制造過(guò)程中，車身大約占據(jù)了汽車自重的25%～30%，但是其生產(chǎn)成本僅僅占據(jù)了汽車整體的10%。因此從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，降低汽車車身重量，具有低成本高收益的效果，因此值得我們大力開(kāi)展研究。

1 車身輕量化技術(shù)路線

1.1 車身輕量化概念

車身輕量化簡(jiǎn)單而言就是在保證汽車的性能和舒適度的前提下，在合理的而預(yù)算內(nèi)降低車身的重量。輕量化的過(guò)程中，如何實(shí)現(xiàn)汽車性能、生產(chǎn)成本和重量之間的平衡是技術(shù)的關(guān)鍵。

1.2 車身輕量化技術(shù)路線

想要實(shí)現(xiàn)車身輕量化，需要從原始設(shè)計(jì)和施工工藝來(lái)進(jìn)行改善，其路線思路如圖1所示。

1.2.1 輕量化設(shè)計(jì)

車身輕量化設(shè)計(jì)包含了前期架構(gòu)和施工控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)車身輕量化。

（1）輕量化先期架構(gòu)開(kāi)發(fā)。在早期研究中，汽車車身架構(gòu)主要集中但單獨(dú)的車型，但是當(dāng)前信息自動(dòng)化技術(shù)的不斷增強(qiáng)，當(dāng)前已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)在統(tǒng)一平臺(tái)中進(jìn)行多種車型輕量化研究，同時(shí)能夠結(jié)合當(dāng)前的信息技術(shù)和模型繪制來(lái)進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)。

（2）綜合考慮結(jié)構(gòu)和布置，進(jìn)行多學(xué)科拓?fù)鋬?yōu)化，制定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，應(yīng)用CAE軟件輔助開(kāi)發(fā)，通過(guò)整車集成式優(yōu)化設(shè)計(jì)手段完成減重目標(biāo)。通過(guò)架構(gòu)斷面解耦，結(jié)合參數(shù)化模型庫(kù)和制造工藝策略，搭建全參數(shù)化模型，使典型斷面精益化并具有共用性，形成典型斷面庫(kù)。通過(guò)全面的CAE虛擬分析和多學(xué)科優(yōu)化，對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行綜合優(yōu)化，如MDO結(jié)構(gòu)材料的料厚優(yōu)化和零部件集成化設(shè)計(jì)減少獨(dú)立部件數(shù)量，達(dá)到減重增效之目的。

2 輕量化技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用

2.1 創(chuàng)新材料——全鋁前蓋應(yīng)用

在創(chuàng)新應(yīng)用輕量化技術(shù)的過(guò)程中，除去前文中的設(shè)計(jì)和工藝的改善，采用更好的材料也是實(shí)現(xiàn)車身減重的重要措施之一。例如可以采用全鋁制的前蓋，通過(guò)對(duì)比，同樣面積的鋁蓋比以往鐵質(zhì)材料的重量能夠減少約5.5 Kg，具體對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)圖2。另外鋁合金前蓋具有更好的造型特性，能夠?qū)崿F(xiàn)造型、質(zhì)量、結(jié)構(gòu)的最佳配比。但是鋁合金也存在著高溫變形的特點(diǎn)，因此在實(shí)際利用和實(shí)際的過(guò)程中需要對(duì)于高溫變形進(jìn)行著重處理，保證其形變量在合理范圍內(nèi)。

鋁材在車身上的減重效果尤其明顯。主要有：（1）鋁板沖壓：通過(guò)冷沖壓工藝即可獲得復(fù)雜的零件形狀，用于車身外覆蓋件及車身非載荷路徑上的結(jié)構(gòu)件。優(yōu)點(diǎn)是輕量化、抗蝕性能好、環(huán)保和易成型;（2）擠壓鋁：通過(guò)鋁錠的擠壓成形，使材料產(chǎn)生定向塑性變形，形成等截面的鋁制型材，經(jīng)過(guò)液壓校正或3D彎曲加工，制造出具有一定力學(xué)性能的車身零件。優(yōu)點(diǎn)是輕量化、高性能和零件集成度高;（3）高壓真空薄壁鑄鋁（HPDC）：是指將熔融鋁合金以高速、高壓注射入金屬模具型腔，并在高壓下凝固后形成鋁合金件。

2.2 利用新型軟件技術(shù)——車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)用

在車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，采用拓?fù)鋬?yōu)化、參數(shù)化快速模型及多學(xué)科參數(shù)優(yōu)化等方法，對(duì)白車身進(jìn)行載荷傳遞路徑設(shè)計(jì)、優(yōu)化與驗(yàn)證。利用輔助開(kāi)發(fā)工具和評(píng)價(jià)體系，通過(guò)整車集成式的優(yōu)化手段來(lái)完成減重目標(biāo)，優(yōu)先考慮結(jié)構(gòu)優(yōu)化。在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中，采用了同一個(gè)模型中同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)、碰撞、NVH等多工況要求的優(yōu)化方法，使減重結(jié)果更易于在整車開(kāi)發(fā)中實(shí)施，并且通過(guò)對(duì)整車布置的不斷調(diào)整，以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式的調(diào)整，使減重方案效率更高、更有利于低成本高質(zhì)量地完成減重目標(biāo)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上文的論述，豐富車身輕量化技術(shù)，能夠提升汽車輕量化的進(jìn)程。作為行業(yè)從業(yè)人員我們堅(jiān)信，隨著工藝、材料、技術(shù)的不斷更新，未來(lái)的輕量化技術(shù)將能夠發(fā)揮出顯著的效果，為汽車行業(yè)的節(jié)能減排和社會(huì)的綠色發(fā)展做出重要的貢獻(xiàn)。

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