第一篇：先進制造技術在汽車上的應用課稿

摘要

隨著世界經濟一體化進程的加快，中國汽車制造行業步入了一個迅猛發展的時期。國內許多的汽車制造企業都在積極調整自身的產品結構，以提企業的市場競爭力，國內汽車市場的競爭環境也更為嚴峻。隨著汽車行業不斷的發展壯大，以及國內汽車市場的迅速擴張，只有不斷提升產品質量，才能最終占據有利的市場地位，只有具備先進的生產技術，過硬的產品質量才能在國內汽車市場激烈的競爭環境中生存和發展。才能在激烈的市場競爭中立于不敗之地。本文首先從我國先進制造技術的現狀進行分析及當今制造技術面臨的問題，其次簡要敘述了先進制造技術的前沿科學，展望了先進制造技術的發展前景。最后通過激光焊接技術在汽車加工中的應用技術分析和實例介紹，從技術、經濟和實用等方面說明了激光焊接在汽車工業中的重要應用。

關鍵詞：制造技術；應用前景；激光焊接

Abstract

With the development of society, the people to the requirements of the product also has changed greatly, requirement breed to diversity, update to fast, quality to high-grade, use convenient, price reasonable, appearance to want beautiful, automation degree high, after-sales service is better...To satisfy people more and more high demand, must the use of advanced manufacturing technology.Our country is in the key period of economic development, manufacturing technology is our weak links.Only keep up with the development of advanced manufacturing technology of the world trend, as soon as possible to narrow the gap with developed countries, to the fierce market competition.In this paper, the present situation of our country's advanced manufacturing technology analysis and the manufacturing technology of the face, and describes briefly the advanced manufacturing technology of the frontier science, and looks forward to the prospect of the development of advanced manufacturing technology.At last, by laser welding technology in vehicle processing the application technique analysis and examples, the paper points out that the technology, economy and practicality aspects that the laser welding in important application of automobile industry

Key Words manufacturing technology;CAD;CIMS;Molding technology;Frontier science;Application prospects;Laser welding

目錄

1引言...............................................................1 2 先進制造技術概念..................................................1 3先進制造技術的重要性及現狀........................................1

3.1先進制造技術的重要性.....................................，.......1 3.2先進制造技術的現狀...............................................1 4改變汽車產業的先進制造技術.........................................2 4.1信息技術對汽車先進制造技術的發展起著越來越重要的作用..................2 4.2汽車設計技術的不斷現代化..........................................3 4.3汽車成形技術向精密成形或稱凈成形的方向發展..........................3 4.4汽車加工技術向著超精密、超高速以及發展新一代制造裝備的方向發展...........3 4.5汽車制造工藝、設備和工廠的柔性和可重構性將成為汽車企業裝備的顯著特點.....3 5應用...............................................................3

5.1激光焊接的技術可行性..............................................4 5.2激光焊接在汽車行業中的應用........................................5 5.3激光焊接技術前境.................................................6 6總結...............................................................7

7參考文獻..........................................................8 8致謝..............................................................9

1引言

隨著中國人均收入的增長、生活水平的提高以及市場的日趨成熟，人們有了對轎車越來越多的多樣化需求。因此汽車上采用先進制造技術是必不可少的，而焊接技術也有了大的改進。

2先進制造技術概念

先進制造技術AMT(Advanced Manufacturing Technology)是集機械，電子，信息，材料，能源和管理等各項先進技術而發展起來的高新技術，它是發展國民經濟的重要基礎技術之一。先進制造技術是制造業為提高競爭力以適應時代的要求而形成的一個高新技術群，經過發展，已形成了完整的體系結構。

3先進制造技術的重要性及現狀 3.1先進制造技術的重要性

先進制造技術是當今生產力的主要構成因素，是國民經濟的重要支柱。論文大全。它擔負著為國民經濟各部門和科學技術的各個學科提供裝備、工具和檢測儀器的重要任務，成為國民經濟和科學技術賴以生存和發展的重要手段。尤其是一些尖端科技，如航空、航天、微電子、光電子、激光、分子生物學和核能等等技術的出現和發展，如果沒有先進制造技術作為基礎，是不可能實現的。

3.2先進制造技術的現狀

近年來，我國的制造業不斷采用先進制造技術，但與工業發達國家相比，仍然存在一個階段性的整體上的差距。

1．管理方面。工業發達國家廣泛采用計算機管理，重視組織和管理體制、生產模式的更新發展，推出了準時生產（JIT）、敏捷制造（AM）、精益生產（LP）、并行工程（CE）等新的管理思想和技術。我國只有少數大型企業局部采用了計算機輔助管理，多數小型企業仍處于經驗管理階段。

2．設計方面。工業發達國家不斷更新設計數據和準則，采用新的設計方法，廣泛采用計算機輔助設計技術（CAD/CAM），大型企業開始無圖紙的設計和生產。

我國采用CAD/CAM技術的比例較低。

3．制造工藝方面。工業發達國家較廣泛的采用高精密加工、精細加工、微細加工、微型機械和微米/納米技術、激光加工技術、電磁加工技術、超塑加工技術以及復合加工技術等新型加工方法。我國普及率不高，尚在開發、掌握之中。

4．自動化技術方面。工業發達國家普遍采用數控機床、加工中心及柔性 制造單元（FMC）、柔性制造系統（FMS）、計算機集成制造系統（CIMS），實現了柔性自動化、知識智能化、集成化。我國尚處在單機自動化、剛性自動化階段，柔性制造單元和系統僅在少數企業使用。

4改變汽車產業的先進制造技術

隨著以信息技術為代表的高新技術的日新月異，隨著汽車市場需求個性化與多樣化的演變，未來汽車產業發展的重要特征是向全球化、網絡化、虛擬化方向發展，未來汽車先進制造技術發展的趨勢是向精密化、柔性化、虛擬化、網絡化、智能化、敏捷化、清潔化、集成化及管理創新方向發展。汽車產業發展對先進制造技術（AMT）的需求越來越強烈。

4.1信息技術對汽車先進制造技術的發展起著越來越重要的作用

信息化是當今社會發展的趨勢，信息技術與傳統制造技術相結合，將使汽車制造業的生產方式發生革命性變革。信息技術促進著設計技術的現代化；成形與加工制造的精密化、快速化、數字化；自動化技術的柔性化、集成化、智能化；整個制造過程的虛擬化、網絡化、全球化。汽車先進生產模式的發展，如網絡化制造、并行工程、精益生產、敏捷制造、虛擬企業與虛擬制造，也無不以信息技術的發展為支撐。

4.2汽車設計技術的不斷現代化。

現代汽車設計技術的主要發展趨勢：一是設計方法和手段的現代化。二是新的設計思想和方法不斷出現，如并行設計，面向“X”的設計DFX(Design For X)，健壯設計(Robust Design)，反求工程技術等。三是向全壽命周期設計發展。第四，設計過程、快速造型和設計驗證，由單純考慮技術因素轉向綜合考慮技術、經濟和社會因素。

4.3汽車成形技術向精密成形或稱凈成形的方向發展。

展望21世紀，制造工件的毛坯正在從接近零件形狀(Near Net Shape Process)向直接制成工件即精密成形或稱凈成形(Net Shape Process)的方向發展。精密鑄造技術、精密塑性成形技術、精密連接技術等精密成形技術將獲飛速發展。

4.4汽車加工技術向著超精密、超高速以及發展新一代制造裝備的方向發展

目前，超精加工已實現亞微米級加工，并正在向納米加工時代邁進，加工材料由金屬擴大到非金屬；超高速切削用于鋁合金的切削速度已超過1600米/分，鑄鐵為1500米/分，可以近10倍地提高加工效率并提高加工件的性能。

4.5汽車制造工藝、設備和工廠的柔性和可重構性將成為汽車企業裝備的顯著特點

汽車個性化需求和不確定的市場環境，使得制造資源的柔性和可重構性將成為21世紀汽車企業裝備的顯著特點。先進的制造工藝、智能化的軟件和柔性的自動化設備、企業的柔性發展戰略，構成未來汽車企業競爭的軟、硬件資源。

5應用

世界上第一個激光器的成功演示在40多年前，在今天，激光科學技術蓬勃發展，其作用遠遠超出了其發明初期人們原有的預想，激光技術的應用目前遍及科技、經濟、軍事和社會的許多領域。汽車工業是激光加工重要的應用領域，占激光加工15%的份額，激光焊接、激光切割、激光標記、激光打孔都有著廣泛的應用。

5.1激光焊接的技術可行性

激光(受激輻射光)最基本的特點就是：單色性、方向性、相關性，這些獨特 性質加上由此而來的超高亮度，超短脈沖等性質使它已經緊緊的和現代工業結合

在一起，這些特質非常適合焊接加工。激光器一般按產生激光的工作物質不同來分類，主要有半導體(GaAs,InP等)激光器、固體(Nd:YAG等)激光器、氣體(CO2、He-Ne等)激光器、液體(可調諧染料等)激光器、化學激光器、自由電子激光器等。其中氣體激光器以氣體或金屬蒸汽為發光粒子，它是目前種類最多，激勵方式最多樣化，激光波長分布區域最寬，容易實現大功率連續輸出，應用最廣泛的一類激光器。固體激光器是將產生激光的粒子摻于固體基質，其濃度比氣體大，因而可以獲得比較大的激光能量輸出，具有能量大，峰值功率高，機構緊湊，牢固耐用等特點。在激光焊接中主要就采用這兩種受激物質的激光器。

激光焊接技術在制造領域的應用穩步增長，由脈沖到連續，由小功率到大功率，由薄板到厚件，由簡單單縫到復雜形狀，激光焊接在不斷的演化過程中已經逐步成為一種成熟的現代加工工藝技術。激光焊接分為脈沖激光焊接和連續激光焊接，在連續焊接中又可分為熱傳導焊接和深穿透焊接。隨著激光輸出功率的提高，特別是高功率CO2激光器的出現，激光深穿透技術在國內外都得到了迅速發展，最大的焊接深寬比已經達到了12：1，激光焊接材料也由一般低碳鋼發展到了今天的焊接鍍鋅板、鋁板、鈦板、銅板和陶瓷材料，激光焊接速度也達到了每分鐘幾十米，激光焊接技術日益成熟，并大量應用到生產線上，在汽車生產線上如齒輪焊接，汽車底板及結構件(包括車門車身)的高速拼焊并已取得了巨大的經濟和社會效益。

據有關資料統計，在歐美發達工業國家中，有50%-70%的汽車零部件是用激光加工來完成的。其中主要以激光焊接為主和切割為主，激光焊接在汽車工業中已成為標準工藝。激光用于車身面板的焊接可將不同厚度和具有不同表面涂鍍層的金屬板焊在一起，然后再進行沖壓，這樣制成的面板結構能達到最合理的金屬組合。激光焊接的速度約為4.5m/min，而且很少變形，省去了二次加工。激光焊接加速了用沖壓零件代替鍛造零件的進程。采用激光焊接，可以減少搭接寬度和一些加強部件，還可以壓縮車身結構件本身的體積。僅此一項車身的重量可減少56kg。激光焊接用于車頂外殼與框架焊接，傳動轉換器蓋板的焊接，由CNC控制，其循環時間約為16秒，實際焊接時間僅為3秒，一天可連續運行24小時。用于焊接小轎車的變速箱總成和底盤，激光束的焊接速度快，易于自動化控制并且易于歸并到一個靈活的制造系統中，激光束改進了廠家的產品設計投產周期，降低了成品的廢品率。

5.2激光焊接在汽車行業中的應用

采用激光焊接可以給汽車制造業帶來巨大的經濟效益，如車身裝配中的大量點焊，把兩個焊頭夾在工件邊緣上進行焊接，凸緣寬度需要16mm，而激光焊接是單邊焊接，只需要5mm，把點焊該為激光焊，每輛車就可以節省鋼材40kg。用傳統點焊焊接兩片0.8mm的鋼板沖壓件，平均是20點/min，焊距是25mm，即速度為0.5m/min，用激光焊速度可以達到5m/min以上。采用激光焊接技術，不僅降低成本，還大大提高了生產效率。目前，一套千瓦級的激光加工機器人系統只要幾十萬美元，新型激光器的安全性和可靠性也得到了保證，其故障停機率僅2%，防護措施也極為可靠。激光焊接時需要工件接觸面緊密吻合，這在工藝上是不容易實現的，但目前先進的夾持方法和適合激光焊接的凸緣設計使這一問題得到了解決，激光焊接技術的逐漸成熟使得各大汽車廠商無一例外的將激光焊接應用到了汽車生產線上。

美國是最早將高功率激光器引入汽車工業的，在美國汽車工業中心底特律地區有40余家激光加工站，用于汽車金屬件的切割和齒輪的焊接，使汽車的改型從5年縮短到2年。美國通用汽車公司已經采用22條激光加工生產線，美國福特汽車公司采用Nd:YAG激光器結合工業機器人焊接轎車車體，極大地降低了制造成本，2000年美國三大汽車公司已經有50%的電阻點焊生產線被激光焊生產線所取代。在日本，激光焊接在生產線上成功的應用為世界所矚目，如在汽車車體制造中采用將薄鋼板實施激光焊接后沖壓成型的新方法，現在已為世界上大多數汽車廠家所仿效。世界上很多著名汽車公司都建有專門的激光焊接專用生產線：Thyssen鋼鐵公司的轎車底板拼焊生產線，大眾汽車廠的齒輪激光加工生產線，奔馳汽車廠的18個廠房里有8個廠房安裝了激光加工設備。

激光焊接在汽車工業中最主要就是應用在汽車車身的焊接和拼接坯板焊接上。為滿足市場和客戶的需求，改善車身和制造工藝是十分必要的，而汽車的車身價值約占汽車總價值的1/5，采用激光焊接工藝使車身的抗沖擊性和抗疲勞性都可以得到顯著改善，提高汽車的品質。激光焊接由于采用計算機控制，所以具有較強的靈活性和機動性，可以對形狀特殊的門板、擋板、齒輪、儀表板等零部

件的焊接，也可以完成車頂和側圍，發動機架和散熱器架等部件的裝配，如果加上光纖傳輸系統和機械手，就可以實現自動化的汽車裝配生產線。使用3KW左右的光纖傳輸的Nd:YAG連續激光器，配合點焊系統，和生產線上的夾具相配合，就可以達到自動化焊接的目的，通用、奔馳等都采用了這一系統應用在最新的車型的生產線上，激光焊接系統幾乎可以達到完美加工的要求，在效率、經濟、安全、強度、抗腐蝕性上都有優秀表現。

一輛汽車的車身和底盤由300種以上的零件組成，采用激光焊接幾乎可以把所有不分厚度、牌號、種類、等級的材料焊接在一起，制成各種形狀的零件，大大提高汽車設計的靈活性。拼接坯板就是在充分分析車身結構的基礎上優化部件設計，使之可以由少數的幾種典型坯板焊接而成，這樣大大降低了模具數量，增加了材料利用率，而且可以在強度要求不同的部位采用不同厚度的坯板，可以一次沖壓成型，減輕了重量，提高了精度，還使得抗腐蝕性和安全性能都有大幅度提高，車身結構也大大簡化。豐田公司的側圍生產線采用了拼接坯板焊接技術，使得模具的數量降到四具，材料利用率達到65%，加上其它的部件，使得每輛車的成本下降30多美圓，大大增加汽車生產商的效益。

5.3激光焊接技術前境

激光焊接技術對傳統的汽車焊接工藝帶來了沖擊性的影響，各大汽車公司對此都抱有十分積極的態度，采用新技術就意味著更強的競爭力，特別是競爭殘酷的汽車工業。激光焊接技術在焊接鋁材，用焊接件代替鑄件以及全車身構架結構焊接的應用前途最大，激光器生產廠家應該抓住商機，在激光器的可移動性、體積等方面下功夫，用光纖傳輸激光，使激光器更適合汽車生產線的需要。國內一些激光產品生產廠家已經逐漸意識到這一點，比如湖北光通光電系統有限公司生產的脈沖Nd:YAG激光焊接機利用光纖耦合聚焦，使用方便，激光頭可以遠離焊接區，激光器性能穩定可靠，壽命長，也可以使用傳統的光學傳統系統，激光器既可以激光焊接，也可以激光切割和打孔，一機多用途，特別適用于激光加工車間和自動化生產線。

6總結

21世紀汽車工業正在步入能按照用戶要求進行柔性模塊式生產的方式，傳統加工工藝不能滿足新生產方式的需要，這給激光焊接技術的大規模應用提供了一個機遇，激光焊接技術及其他激光加工技術在汽車領域中一定會有更大的發展，成為汽車工業中重要的加工方法。

參考文獻

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［2]房貴如,劉維漢。先進制造技術的總體發展過程和趨勢[J].中國機械工程,2005(3):7-10.[3]趙曉梅,李愛榮.先進制造技術體系結構及特點[J].機械管理開發,2007(2);30-31 ［4］武永利.焊接制造技術的發展及其在我國的研究和應用[J].機械制造與自動化，2006（1）

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大學三年的學習生活即將結束，在此，我要感謝所有曾經教導過我的老師和關心過我的同學，他們在我成長過程中給予了我很大的幫助。本文能夠成功的完成，要特別感謝我的輔導員

老師和導師

老師他們的關懷和教導。在兩年多的學習中，我深刻地認識到汽車在當今社會發展中起著舉足輕重的地位。汽車行業的發展帶動了整個社會的發展，而且在今后汽車將在人類社會發展中起到更為重要的作用。

最后，我要向在百忙之中抽時間對本文進行審閱、評議和參加論文答辯的

各位師長表示感謝

第二篇：熱電技術在汽車上的應用綜述

熱電技術在汽車上的應用綜述

【摘要】

熱電技術利用熱電材料可以直接將熱能轉化為電能進行發電，同時也可以將電能轉化為熱能進行加熱或者制冷，是一種全同態能量轉換方式，無需化學反應或流體介質。介紹了熱電技術的基本原理，論述了熱電裝置在汽車尾氣余熱回收，減少汽車尾氣中有害氣體排放，新型汽車空調系統等方面的應用情況簡述了熱電技術在中國的發展情況 主題詞:熱電技術汽車應用

1、前言

能源短缺和環境污染問題成為了當前汽車工業發展的兩大挑戰。因而綠色環保技術的研究和應用越來越受到各個國家的關注和支持。成為當今世界汽車工業發展的主題熱電技術是一種古老而又全新的綠色環保技術。該技術利用熱電材料可以直接將熱能轉化為電能進行發電。同時也可以將電能轉化為熱能進行加熱或者制冷。是一種全固態能量轉換方式，無需化學反應或流體介質。熱電設備在工作過程中具有性能穩定，無噪聲，無磨損，體積小，質量輕，移動方便，使用壽命長等優點。

2熱電效應的基本原理

熱電效應包含了3個分別定義過的基本效應:賽貝克效應(Seebeckeffect)，帕爾貼效應(Pehiereffect)和湯姆孫效應(Thomsoneffect)，這3個效應奠定了熱力學中熱電理論的基礎。也為熱電轉換材料的實際應用展示了廣闊的前景。

賽貝克效應是1821年由德國科學家ThomasJohannSeebeck發現的，指的是在兩種不同導體a，b或導電類型不同的半導體構成的回路中。當兩個接點溫度不同時。則兩個接點間有電動勢產生。且在回路中有電流通過。賽貝克效應可由賽貝克系數S出來表征。5lim.AV/At=(1)△￡—0u

式中。AV為電壓降;為溫度差。帕爾貼效應是由法國科學家JeanCharlesAthanasePehier在1834年發現的與賽貝克效應的現象正好相反。帕爾貼效應是指兩種不同導體組成的回路的接點。當有電流通過時，在其中的一個接點處有吸熱或放熱的現象。如果改變電流的方向，吸放熱也會也隨之反向。在時間內產生的熱量與流經的電流，成正比。即dQ=xrjdt(2)——1——

綜述。式中，1『出為帕爾貼系數。1854年。英國科學家WilliamThomson發現當電流通過一個單一導體。且該導體中存在溫度梯度，就會有可逆的熱效應產生。該反應稱為湯姆孫效應，產生的熱為湯姆孫熱湯姆孫熱與通過的電流，經歷的時間成正比。即dQ,dT,.,一-g-，各種半導體材料進行熱電轉換的效率是不同的。而且每種熱電材料都有其適宜的工作溫度范圍，通常用刀這一無量綱值來描述材料的熱電性能，其中為材料的平均溫度，z為材料的優值系數(figureofmerit)，Z的定義如下:Z:s2叮04，式中，5為賽貝克系數;為電導率;A為熱導率。提高材料的熱電轉換效率。關鍵是在于尋找高值的材料隨著當今新材料合成技術的發展。以及用x射線衍射技術和計算機來研究化合物能帶結構參數等新技術的出現。熱電材料的研究日新月異。各種新材料層出不窮。

3熱電技術在汽車工業中的應用

根據熱電效應的基本原理。利用半導體材料加工成的熱電模塊可以實現發電，加熱及制冷等功能，這些功能在汽車上得到廣泛的應用。隨著熱電材料技術的發展。熱電模塊向著體積更小，效率更高方向發展美國Hi—Z公司是研發和生產熱電模塊的著名公司。

3.1熱電發電機——汽車尾氣余熱回收

內燃機在工作中。燃油燃燒的總熱量只有30%～45%用于汽車的動力輸出。其中汽油機的輸出功率一般只占燃油燃燒總熱量的20%～30%。而柴油機輸出功率一般占燃油燃燒總熱量的30%～45%即至少一半以上的熱量以廢熱的形式排出車外。這些熱量包括循環冷卻水帶走的熱量和汽車尾氣帶走的熱量如果用熱電發電機替代傳統發電機。將這部分熱能轉化成電能儲存在蓄電池內，汽車的燃油經濟性將會得到明顯的提高在混合動力汽車上安裝熱電發電機。同樣可以回收這些熱

能。轉化成電能儲存在動力電池內。從而進一步降低混合動力汽車的油耗傳統汽車的汽車電源由蓄電池，發電機及其調節器組成。發電機通常可以提供1～2kW的電能給蓄電池及其它的汽車用電設備。發電機通過皮帶與汽車發動機相連。在發動機低速運轉時效率約是60%。發動機高速運轉時效率約為30%。如果再考慮到發動機本身的效率。那么發動機及發電機組成的發電系統的綜合發電效率非常低。約10%～15%。因此每產生1kW的電能大約需要10kW的化學能。而熱電發電機不需要汽車發動機提供動力。通過回收汽車尾熱。可以為汽車的電力系統提供足夠電能，并且在提高了整車的燃油經濟性的同時。減少了汽車尾氣余熱的對大氣溫室效應的影響。另外。熱電發動機具有使用壽命長，低維護費用，性能穩定等很多傳統發電機不具備的優點。早在1964年，美國，日本及歐洲很多國家就開始了利用熱電發電機對汽車尾氣余熱回收的研究。1992年美國Hi—Z公司的J.C.Bass等研制的熱電發電機由72個HZ13模塊組成。每個HZ13模塊功率是13W熱電發電機總長為48.26cm，最大直徑為22.86cm，總質量為13.6kg，最大功率是1068W。Bass等研制的熱電發電機1998年日本Nissan汽車公司研究中心研制的熱電發電機。同樣由72塊熱電模塊組成。每個模塊可以輸出功率1.2W該發電機整體外形是長方形。尺寸為440mmxl80mmx170mm。連接在排量為3L汽油機的排氣管中部。在道路試驗中。當汽車以60km/h的速度爬坡時。發電器可轉換排氣中1l%的熱量。寶馬汽車公司與美國BSST公司共同研制開發的一款熱電發電機可以回收和轉化汽車技術。綜述。

5%的尾氣熱能。目前，寶馬汽車公司開始批量生產一款裝有熱電發電機的車型一一BMWX6ActiveHybrid。該車均耗油量僅為9.9U100kW隨著更高性能的熱電材料的出現及熱電發動機成本的不斷降低。專家預測未來的發動機將是現有發動機和熱電發電機的綜合性發動機3BMW5系車上安裝的熱電發電機 3.2熱電模塊預加熱——減少汽車尾氣排放

隨著人們環保意識的加強。汽車排放法規越來越嚴格。而元催化器作為汽車尾氣污染處理的主要部件。存在著嚴重的不足汽年尾氣中的有害氣體主要有CO，HC和NO。這3種氣體通過j元催化反應器中的凈化劑時。進行氧化還原化學反應。其中CO在高溫下氧化成無色，無毒的二氧化碳氣體，HC化合物在高溫下氧化

成水和二氧化碳氣體NO還原成氮氣和氧氣。然而，i元催化反應器的工作溫度是400～800℃，二作溫度是300℃。而在汽車冷起動開始的2～3min內。元催化反應器內尚未達到起始溫度。這期問排放的尾氣約占汽車排放尾氣總量的60%～80%t5¨1熱電反應裝置可以在這段時間內為三元催化反應器加熱。使其迅速達到起始工作溫度，使得汽車在冷起動時最大程度減少尾氣污染。同時。熱電反應裝置也可以作為恒溫器來工作。保證三元催化反應器的工作溫度恒定在最佳1二作溫度區間。對于混合動力汽車來說。熱電反應裝置的這種功效在減少汽車尾氣排放上尤為顯著這是因為混合動力汽車的發動機經常需要起停。特別是在城市工況行駛時。_二元催化器經常不能在最佳工作溫度區間工作另外。二三元催化器在恒定的溫度范圍內工作。不僅可以減少汽車尾氣排放。也可以增加其使用年限。

3.3熱電制冷及加熱——新一代的汽車空調系統

從1927年第一臺單一供暖空調的出現到1977年的計算機控制汽車空調系統的研制。汽車空調系統現在已經成為了汽車的基本配置然而。在給人們帶來舒適性的同時。汽車空調表現出了許多缺點和問題.a.汽車空調系統增加了發動機負擔。降低了整車的動力性。汽車空調系統主要由壓縮機，冷凝器，蒸發器和膨脹閥等組成。這些部件增加了整車的質量。又由于壓縮機的動力來源于汽車發動機。使得汽車空調的使用降低了汽車的動力性在高溫天氣下，一些小排量的汽車在長時間使用空調后甚至會出現“開鍋”現象 b.汽車空調中的制冷劑對環境造成嚴重污染。目前的汽車空調制冷劑。多數以RI2和R134a為主，R12滲透性極強，無毒，常溫下無味。泄漏時不易被發現。R12中的氯分子對大氣中的臭氧層進行破壞，對環境造成污染而R134a作為R12的替代產品，雖然對臭氧層沒有破壞作用。但其GWP值(全球變暖潛能值)卻高達1300，是全球溫室效應的元兇之一，而且，它對現用冷凍潤滑油相容性差。對銅管有腐蝕性。易造成泄漏

c.由于能源危機，不可再生能源石油資源在未來的幾十年內面臨枯竭。很多車輛采用代用燃料，如CNG，甲醇汽油，乙醇汽油等。由于代用燃料的特性原因，與燃燒汽油的發動機相比。發動機的動力性下降了很多，帶動空調運行比較困難。因此，傳統的壓縮機制冷汽車空調不再適用于這些代用燃料車輛。熱電空調系統

是根據帕爾貼效應。采用半導體材料制造的空調系統。可以同時實現制冷和制熱12t-2zl它不需要汽車發動機提供動力源。減輕了發動機的負擔增加了汽車的動力性。而且對環境沒有污染。真正實現了“綠色空調”。熱電空調同時具有以下優點: a.可靠性高，維護方便: b.結構緊湊，體積小;c.無噪聲，制冷速度快: d.工作電源與汽車電源通用

4是美國艾梅瑞岡公司的一款溫控座椅

fClimateControlSeat)。該款座椅采用熱電裝置，具 有既可加熱又可制冷的主動控制功能，可同時滿足 不同乘客的各自溫度要求。是新一代的汽車空調系 統該溫控座椅自1999年首次推出。迄今為止已經 銷售了超過1000萬套目前，包括豐田，福特，通 用，尼桑，捷豹/路虎，本田，現代和起亞的全球8大 汽車生產商選用了該款溫控座椅艾梅瑞岡公司的 溫控座椅系統成功替代了壓縮機制冷汽車空調系 統。成為未來汽車空調的發展方向 ————。綜述。

圖4美國艾梅瑞岡公司的溫控座椅 3。4其他方面的應用

現代汽車在滿足動力性，安全性及經濟性等性 能的同時。更加注重車內乘客的舒適性。根據熱電 制冷原理制成的車載冰箱能讓人在炎炎夏日里感到 一

絲清涼如圖5所示。由熱電模塊制成的車載加 熱制冷槽。加熱槽作為微型的熱水器，讓人們隨時可

以喝到一杯熱咖啡或者熱茶汽車上許多重要電子 部分的冷卻也是由熱電制冷模塊來完成。

4熱電技術在我國的研究情況

中國在熱電技術方面的研究起步比較晚。參與研究單位比較少，目前主要集中在浙江大學，清華大學，武漢工業大學等一些學校。而且主要是一些基礎理論的研究。但是，隨著能源危機及環境污染等社會問題的日益嚴重。我國對新能源技術開發和綠色環保技術的研制提升到了一個新的高度。如國家重點基礎研究發展計劃(亦稱973計劃)將熱電技術:“高效能熱電材料與設備的基礎研究”列為專項計劃進行研究在熱電材料理論研究的基礎上。我國部分科研單位已經開始了熱電技術在汽車上實際應用的研究。在國家重點基礎研究發展計劃和上海汽車工業科學技術發展基金的共同支持下。中國科學院上海硅酸鹽研究所與上海汽車集團股份有限公司技術研究中于2009年共同啟動了熱電技術新項目。這個項目計劃開發一款功率為500W的熱電發動機。并安裝在排量為2.5L的汽車上。預期目標是提高8%～10%的汽車燃油經濟性。5.結束語

綠色環保技術——熱電技術是解決能源危機，環境污染這兩大難題的重要途徑。是汽車工業新技術中的一項關鍵技術。許多發達國家的汽車企業和科研機構都投入了大量人力及財力。在汽車尾氣余熱回收，汽車尾氣污染治理，新一代環保汽車空調等方面取得了一系列的實質性進展。中國在熱電基礎理論研究的基礎上。也逐步開始了熱電技術在汽車工業中應用的研究。隨著科學技術的發展，新型熱電材料zT值不斷提高，這一綠色技術將會給人們的生活和社會的發展帶來新的飛躍。

第三篇：機電技術在汽車上的典型應用

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機電技術在汽車上的典型應用

作者：米娜瓦爾·阿不都克力木

來源：《電子世界》2012年第16期

【摘要】當前，隨著知識經濟的發展，機電技術取得了非常大的進步，汽車行業的發展也是前所未有的。機電技術與汽車行業的結合是時代發展的趨勢，也是汽車行業與機電業適應市場經濟發展的需求，二者的結合不僅促進了機電技術的廣泛普及，而且為汽車行業的發展奠定了一定的技術基礎。本篇文章針對就機電技術和汽車行業的結合，深刻探討了自動變速器和ABS系統等機電技術在汽車上的典型應用。

【關鍵詞】機電技術；汽車行業；典型應用

隨著科學技術和汽車行業的發展，在近些年來，汽車的機械結構得到了非常好的完善。但是面對在安全、節能等方面的要求，汽車工業不得不繼續加強新技術、新產品的研究，各種先進的技術被陸續應用到汽車上。因此，世界許多國家的汽車廠都展開了汽車機電一體化技術的應用，其不僅是汽車行業發展的方向，而且是機電技術廣泛應用的體現。將機電技術應用到汽車上，一定會對汽車行業的發展起到積極的促進作用。

一、機電技術

1、精密機械技術。在很多的機電產品中，其構造功能和相關的功能都是以精密機械技術為主要技術支撐的，如果沒有精密機械技術或者其達不到精度要求是很難實現其想要的功能的。現代的機電產品已經離不開精密機電技術了。

2、信息處理技術。信息處理技術是機電的基礎技術，是指在進行與機電極少數相關的產品的生產過程中，對和產品相關的參數，以及和控制相關的信息的處理技術。

3、自動控制技術。這里講的自動控制技術是建立在機電技術的基礎上的技術，不僅包括高精度的速度控制和定位控制，同時還包括自動適應控制，以及補償技術和校正技術。隨著自動控制技術的發展，和自動控制能力的不斷提高，在自動控制基礎上生產的產品的質量也得持續的提高。

4、檢測和傳感器技術。檢測和傳感器技術主要被應用在相關的檢測方面，比如對建立在機電技術產品上的各項參數的檢測、對機電產品的工作狀態檢測、對信息的準確度的檢測，以及對信息參數的檢測等。通過檢測之后，被接受的信息就會被傳送給相關的處理裝置，最后通過處理裝置來對產品運行過程有效的控制。

5、伺服驅動技術。伺服驅動技術是一項核心技術，主要用在機電產品的驅動裝置的設計工作中，是驅動設備執行相關操作的關鍵技術，在一定程度上對機電技術產品的質量起到了決定作用。

6、系統總體技術。所謂系統總體技術就是指從整體出發，使用系統的觀念和做法來進行工作。具體指將一些機電技術產品的功能劃分為若干個功能模塊，在與滅一個功能模塊的實際情況相結合，制定有針對性的實現各項功能的技術方案，最好將相關的技術方案進行總結，進而完成功能合理的技術設計方案。

二、機電技術在汽車上的應用

（一）機電技術在汽車上應用的歷程

首先，機電技術在汽車生產行業得以應用的初級階段。機電技術在汽車行業應用的初級階段大致在二十世紀六十年代中期到七十年代末期之間，在這個階段里，主要采用的是以機電技術為基礎的電子裝置在汽車的機械性能方面的改善，在初級階段住突出的機電技術應用的汽車上的例子就是通過電子來有效控制燃油的噴射。

其次，機電技術在汽車生產行業得以應用的發展階段。機電技術在汽車行業應用的發展階段具體是在二十世紀七十年代末期到九十年代中期，在這段時間內的汽車設計制造，主要是建立在機電技術上的大規模的集成電路的應用，大規模的集成電路在汽車上的應用，對機械部件的自控問題的解決起到了非常大的作用，同時還提高了起初在運行時期的可靠性和安全性。第三，機電技術在汽車生產行業得以應用的成熟階段。機電技術應用到汽車上的成熟階段是指從二十世紀九十年代中期到現在的應用，在這一段時間里，機電技術中的微電子技術得到了前所未有的發展，機車機電一體化的技術日益成熟。因此，在機電技術應用在汽車上的成熟階段，要特別重視汽車機電一體化的設計，同時還要加強計算機網絡技術、信息技術等各種以計算機為基礎的技術在汽車生產中的應用，促進汽車的自動化和智能化發展。

（二）機電技術在汽車生產上的當前應用

隨著先進的科學技術的發展，傳感器技術和微電子技術也到了廣泛的應用，尤其是在汽車生產制造中。各種機電技術在汽車上的廣泛應用，不僅促進了汽車功能的提高，而且汽車的性能也到了很大程度的提升。新的機電技術在汽車上的應用使得汽車的控制有傳統的發動機控制范圍發展到了全車的控制范圍。比如當前我們日常生活中的汽車中，有許多已經具備了自動調整車高和變速換擋的功能，還有諸如雷達防碰撞、自動空調，以及防滑制動，甚至是自動駕駛等功能。

三、機電技術在汽車上的典型應用

（一）自動變速器

1、自動變速器的功能。自動變速器（如圖1）是機電技術在汽車生產制造上的典型應用，自動變速器具有以下功能：首先自動變速器能夠使得汽車動力傳遞系統的功率得到提高，而且能夠將變速器的功率損耗降低；其次，自動變速器能夠使汽車的速度實現自動變檔，使得

汽車的行駛的過程中一直保持最佳的行駛速度和狀態；第三，自動變速器能夠使得汽車的節省能耗和舒適度提高。

2、自動變速器的特點。傳統的手動式的變速器雖然曾經給汽車的發展起到了非常大的促進作用，但是如今已經走到面臨被淘汰的地步，現在汽車生產使用的自動變數器擺脫了傳統上手動控制的弊端，與傳統的變速器相比，具有非常大的優勢。首先，裝備了自動變速器的汽車，在起步上更加平穩，能夠對振動和沖擊實現有效的吸收與衰減，使得乘坐的舒適性大大提高；其次，自動變速器能夠自動適應汽車在行駛中的阻力，以及汽車發動機工況發生的變化，自動實現調檔，是汽車的動力性與平均速度都得到了有效的提高；第三，自動變速器能夠減少傳動系的荷載，使得汽車的使用壽命得到了延長；第四，自動變速器的駕駛操作簡單，實現了換擋的自動化處理，更能夠為行車的安全提供保障；第五，自動變速箱能夠使汽車以較低的速度平穩的行駛，使得車輛在不平穩，甚至是壞路上的通過性提高。

（二）ABS系統

為了能夠提高汽車行駛的安全性，許多汽車上都已經安裝了ABS系統，即汽車制動防抱死裝置，原來的汽車只有在后輪上才有制動，現在隨著汽車安全性的提高，前輪制動也逐漸被引用進來。因此，建立在機電技術基礎上的ABS系統在汽車的生產制造中得到了廣泛的應用。ABS系統通過對制動輪的每一個瞬時的運行狀態進行的感知，然后調整制動器動力矩的大小。ABS系統根據制動器的工作狀態，采取合理的措施防止車輪抱死現象的出現，以此來保證汽車行駛的安全性和可靠性，為人們的出行提供安全保證。ABS系統是機電技術在汽車上的典型應用，是汽車制動發展的標志，更是汽車與機電技術的有效結合，是當前汽車機電一體化發展的大勢所趨。其中ABS系統的控制框圖如圖2所示。

四、總結

隨著機電技術和汽車行業的發展，汽車機電一體化的發展趨勢越來越明顯。各種基于機電技術的產品在汽車的生產與制造方面得到了廣泛的應用，尤其自動變速器和ABS系統在汽車上的典型應用，不僅是汽車的各項性能得到了大幅度的提高，而且對汽車的發展起到了非常重要的作用，促進了汽車行業的跨越式發展。

參考文獻

[1]陳文豪.質量特征管理是汽車產品質量的有效保證[J].機電技術,2005,28(02).[2]張漢雄.淺析現代汽車機電技術的發展趨勢[J].廣東科技,2008(03).[3]吳雄.汽車陶瓷傳感器發展與現狀[J].傳感器世界,2001,7(07).[4]董自立.機電一體化技術在汽車上的應用[J].云南交通科技,2010(05).

第四篇：輕量化在汽車上的應用

輕量化在汽車上的應用

一、輕量化”是新能源汽車發展方向之一

■ 輕量化是新能源汽車發展方向

汽車輕量化設計，不僅帶來油耗降低，更能促進綜合性能的全面提升。科技部部長萬鋼強調了“輕量化”是中國電動汽車的發展方向之一。

德國聯邦經濟與能源部委托德國工程師協會（VDI）編制的2015年《德國輕量化現狀盤點》研究報告中指出，輕量化對汽車制造業等許多行業意義深遠，它決定了德國工業在未來的全球市場中是否能以創新、高能效和資源節約型的產品取得統治地位。

研究表明，在市區的運行工況下，平均車重1600kg的電動車如果減重20%，能量消耗可以減少15%。如果采用增加電池來增加行駛里程，成本往往會非常高。

有關專家認為，在電池技術短期內難有重大突破的情況下，電動汽車迫切需要采用輕量化技術來降低重量，以減輕電池增重的壓力。

■ 新能源汽車輕量化設計有多種趨勢

新能源汽車企業正在做輕量化設計，北汽、長安走在前列，奇瑞、江淮、吉利等也都非常重視。目前正在探討新能源汽車輕量化的路線，比如，整車包括車身輕量化、全新架構底盤輕量化、電池系統輕量化以及車身內外飾與電子電器等；材料方面包括復合材料及成形工藝、輕質鋁合金及成形工藝、高強度鋼及成形工藝、輕質鎂合金及成形工藝等。

未來新能源汽車輕量化將車身高強鋼化和全鋁車身兩條路線并行，2020年先進高強鋼比例達到國際先進水平和應用全鋁車身。

汽車車身輕量化的發展趨勢是混合多材料設計。碳纖維混合材料車身不僅能夠承重，而且更安全。至于目前存在的成本高問題，碳纖維成本居高不下，主要是工藝成本高，未來批量生產，成本有望下降。

汽車對材料的成本要求很高，因此碳纖維在汽車輕量化中的應用，首先要解決成本問題。

■ 仍有問題急需解決

相比傳統汽車，新能源汽車車身結構不一樣，高強度鋼、鋁合金、鎂合金在新能源汽車上應用較多。由于新能源汽車是未來發展趨勢，國家十分重視其輕量化。

與傳統節能汽車的輕量化結構設計有所區別的是，新能源汽車的輕量化技術手段、電動汽車整車重量、續航能力與重量設計都需要重新研究。需根據不同車型，設計輕量化方案，這是企業所面臨的重要挑戰之一。

碳纖維復合材料NVH（減振降噪）水平如何提高是輕量化設計過程中所面臨的挑戰和問題。隨著輕量化技術應用越來越多，多材料的輕量化技術路徑成為必然的趨勢，因而連接技術也成為輕量化技術應用過程中的重點技術。

新能源汽車輕量化設計需要開發高集成度的電動一體化底盤產品技術，高度集成電池系統、高效高集成電驅動總成、主動懸架系統、線控轉向/制動系統、集成控制系統，實現整車操縱穩定性、電池組安全防護、底盤系統的輕量化研究應用。新能源汽車企業也需要系統規劃，圍繞整車輕量化開展整車輕量化目標制定，分解和組織行業資源針對輕量化應用技術系統進行開發。

二、專用汽車輕量化制作采用鋁合金材料的優勢

目前在專用汽車上應用較多的輕量化材料有鋁合金、鎂合金、高強度鋼、塑料及復合材料等。各大汽車公司都已經將采用這些輕量化材料的多少作為衡量汽車生產技術和新材料開發水平是否領先的重要標志。

鋁合金：與鋼相比，鋁合金具有質量輕、耐腐蝕性好、易于加工等特點，但成本較高，是近20年來在載貨汽車上使用最多的輕量化材料。

鎂合金：與鋼鐵相比，鎂合金密度小，易于加工，壓鑄經濟，其最大的特點是阻尼減振性和抗凹性好。鎂合金在上世紀40年代就被一些公司采用。鎂合金在應用上比鋁合金發展慢，主要原因是其鑄造性差、后處理工藝復雜、成本較高。當前世界上每輛汽車的鎂合金平均用量僅2.4KG。隨著研制材料技術水平的提高，其應用速度不斷加快。

塑料及復合材料：汽車塑料制品一般分為內飾件、外飾件和功能件等，目前世界主要汽車用塑料件的內飾化已基本完成。玻璃纖維增強塑料等新產品已隨著新技術的成熟而逐步擴大應用，主要用于車身內裝件和功能件。

高鋼度鋼：在輕量化材料中，與鋁合金、塑料相比，高強度鋼具有以下特點。價格低，基本上可以利用原有生產線；其彈性模量高、剛性好、耐沖擊性好及較高的疲勞強度，有些高強度鋼的抗拉強度為普通鋼的2～3倍；耐腐性差。

相比之下，鋁合金在專用汽車輕量化新材料中更加具有以下優勢：

1、整備質量低。鋁的密度低，只有2.7g/cm3，是同體積鋼的1/3重量。鋁合金材料在運輸車上的應用，極大的減輕了其自重。如御捷馬公司生產的13m鉚接式鋁合金廂式半掛車，與同類鋼制材料半掛車相比自重減輕約3t，一個45m3的鋁制半掛罐車，其自重可以減輕5t多。

2、耐腐蝕、壽命長。鋁合金具有較好的耐腐蝕性。用鋁合金制造的(廂)罐體，內部不需要涂任何防護層就可以運輸各種液體和貨物，從而保證了油品的清潔，減少了對貨物的污染。根據歐美國家的經驗，一般鋁合金運輸車輛的壽命周期一般在1520年，比普通鋼制車輛壽命長510年。同時，由于鋁合金耐腐蝕性好，可長期保持表面美觀，車輛實際使用和維護成本較低。而普通鋼制材料車輛特別是拉煤半掛車，新車投入使用不久，就會出現銹蝕“溜黃湯”現象，每年審驗時都要做噴漆整容處理，增加了使用維護成本，還給環境造成一定的污染。

3、燃油經濟性。根據歐洲鋁業協會有關的研究報告，車輛每輕100kg，百公里油耗可降低0.6L，每節約1L燃油可減少CO2排放2.3kg。如果一部運輸車減重3t，年行駛12萬km，按一半的空載里程計算，每年可節省燃油10800L，可減少CO2排放量24.84t，充分顯現出對能源的節約和環境保護的優勢。

4、有效承載增加經濟性。根據我國頒發的道路安全法規定，交通運輸車輛車貨總質量不得超過55t。為了取得更好的經濟效益，車輛輕量化，增加有效承載能力尤其重要。假如一輛運輸車輛將自身減輕的3t重量，有效的轉化為增加了3t貨物，每年還是按12萬km計算，按噸公里運輸成本0.5元，可為用戶增加收入90000元/年，經濟效益非常可觀。

5、回收價值高。由于鋁合金具有較高的耐腐蝕性，在車輛達到強制報廢年限，車體并沒有很大的損傷，車體回收價值是原鋁的85%以上。也就是說，一輛鋁合金罐式運輸車如果用鋁材料5t，車輛報廢回收至少可達8萬元，具有較高的再利用附加值。而普通鋼制運輸車，車輛強制報廢后，由于材料的耐腐蝕程度差，其車輛殘值和再利用價值很低。

6、加工工藝成熟。鋁合金也是除鋼鐵之外第二大廣泛應用的金屬，加工工藝已經日趨成熟。MIG、TIG、電阻焊等焊接方法都可以用來焊接鋁合金。同時，鋁合金也可以進行彎曲、沖壓和深拉加工。易于鉚接工藝手段加工，強度和承載能力優于碳鋼材料。

二、鋁合金專用汽車產品系列及其特點

鋁合金專用汽車產品主要有：鋁合金廂式運輸半掛車、鋁合金翼開啟廂式運輸車、鋁合金化工罐式車及冷藏保溫車等系列產品。鋁合金專用汽車造型美觀，耐腐蝕，壽命長。

1、鉚接鋁合金廂式車產品特點。無縱梁承載式車身結構設計；采用鉚接工藝制作；廂體選用鋁合金板材，耐腐蝕，壽命長；頂板為半透明玻璃鋼板；采用空氣懸架和無內胎輪胎。

2、鋁合金廂式車產品設計特點。上、下邊梁：采用高強度鋁合金擠壓成型材料。車身及外蒙皮：均采用鋁合金材料，外蒙皮選用高強度預涂漆鋁合金板，省去了現場的噴漆工序，有效的保護了現場作業環境和員工的身體健康。車頂：頂弓為鋁合金或高強度熱鍍鋅型材，設計為封閉結構，具有防下沉特性；頂蒙皮為整張半透明玻璃板，便于廂內采光，節約能源。行走部分：選用空氣懸架，無內胎真空胎，運輸過程中可以有效的降低對貨物、輪胎、公路路面和車輛部件的損傷。整車：充分體現了重量輕、節能環保、材料可回收在利用的優勢。

3、鋁合金翼開啟廂式車產品特點。側欄板為鋁合金型材，插鉚接工藝制作；側翼選用鋁合金瓦楞板；側翼可開啟約90°，裝卸效率高；手動或遙控液壓控制，操作方便。

4、鋁合金罐式運輸車產品特點。擁有國內先進的罐體成型工藝裝備和焊接生產線，選用優質鋁合金材料焊接而成。罐體全部采用高強度鋁合金板焊接而成；罐體附件均使用鋁合金材料；整備質量低，比同類罐車輕約2t；耐腐蝕，壽命長；罐體內部清潔度高。

5、冷藏保溫車產品特點。廂體采用德國技術和生產工藝，選用高性能硬質聚氨酯保溫板，經過復合熱壓成型，板內無任何金屬骨架，整體強度高、保溫性能好。廂體包邊、頂角均采用用鋁合金型材；廂內可選裝鋁合金導軌和通風槽；整備質量輕，48英尺冷藏半掛車比同類產品輕2.8t。輕型冷藏車和微型保溫車則作為短途分配性運輸的主要工具而得到快速的發展。廂體結構向合理化方向發展，新材料將會不斷的被利用。主要是聚氨酯發泡材料和鋁板，體現了冷藏保溫汽車所用材料的輕量化。

以上鋁合金運輸車輛，從產品的制造結構形式來分，主要分為鉚接式和焊接式兩大類。一是鉚接式：以廂式車為主，包括翼開啟廂式車、鋁合金廂式半掛車等。此類車輛根據車型的不同，所采用鋁合金材料的比例也不盡相同，低的30%～40%，高的可達70%～80%。二是焊接式：以罐式車、半掛車為主，包括單車罐、半掛罐車、普通半掛車等。此類車輛制作主要以焊接形式為主，所采用鋁合金材料的比例較高，部分產品所用原材料中鋁合金所占比例可達90%以上。

雖然目前鋁合金罐車進入市場的數量還不是太多，但已初步得到了用戶的接受，部分企業還拿到了國內外客戶的小批量訂單。從目前罐式車的需求形勢看，鋁合金罐式車正在逐步得到用戶的接受和認可，預計幾年內，將會呈現出良好的發展態勢，也會展現出有著較大的發展空間。

三、推廣使用鋁合金專用汽車意義重大

專用汽車輕量化對節能減排意義重大。從能源角度講，汽車燃油消耗在我國石油消耗中所占比例日益增大，有資料顯示，目前我國進口的原油的近30%被汽車消耗掉，而今后汽車消耗原油量的比例將升至50%。汽車燃油消耗量增多主要有以下兩方面的原因：一是我國經濟持續發展，帶動了汽車消費和保有量的大幅攀升；二是由于我國汽車技術水平相對落后，單車燃油消耗明顯高于國外，目前生產汽車的平均耗油量大約為國外汽車高20%～30%，而擺在我們面前的現實部題是，我國石油資源和產量有限，無法滿足國內的能源消耗，近幾年我國石油進口量逐年增多，對外依存度已超過40%，因此提高汽車的燃油經濟性，從總體上控制汽車的燃油消耗，保護國家資源具有很重要的意義。

根據國外的有關資料，車輛減輕自重10%，可降低油耗5%～8%，對于載貨車來說，減輕自重還提高了有效載荷的質量，即增加了裝載利用系數，可提高運輸效率，在降低運輸成本，這相對來說也是降低了燃油費用。推廣汽車輕量化是我國汽車工業發展的當務之急，對解決我國能源短缺，道路超載、運輸效率低下具有很重要的意義。

汽車輕量化實質上就是零部件輕量化。采用鍛造鋁合金車輪，可以很大程度減輕車的自重。比如，一輛拖掛40噸的重卡和半掛車運輸系統，一共有22個車輪，加上前后備胎共有24個。以目前我們經常用的鋼質車輪計算，如果換成鍛造鋁合金車輪，重量可減輕近600kg。不僅如此，由于鋁合金材料具有散熱好和防止輪胎橡膠老化的特點，裝上鍛造鋁合金車輪的卡車、客車、掛車可節省26%的輪胎消耗。由此可見，節能減排的效果多么明顯。

近幾年，鋁合金罐車已呈現出一定的發展勢頭。國內部分改裝企業采用鋁合金材料，研發了不同車型和不同用途的鋁合金罐式專用車。車型包括利用二類底盤改裝的單車鋁合金罐體、半鋁和全鋁半掛罐車等。基本用途涵蓋了加油車、運油車、化工液體運輸車和散裝物料運輸車等車型。

專用汽車制造材料輕量化是當今汽車技術發展的方向世界各國的汽車企業圍繞節能、節材、環保、降低成本以及提高動力性、經濟性、可靠性、安全性和舒適性等等基本性能，開展了新技術、新材料、新工藝、新產品的研究開發工作，其核心就是汽車輕量化。其主要意義表現在：一是降低燃燒消耗，增加汽車有效載荷，節省牽引動力，降低汽車運行費用。二是減少車輛對道路的損失，減少道路維護工作量。三是提高車輛的啟動加速度及制動減速度，提高汽車的運行速度及曲線通過速度。

隨著全球能源和環境壓力的不斷加大，追求汽車輕量化將成為汽車產業的發展趨勢，鋁鎂合金將是實現汽車輕量化的首選材料。歐美等發達國家鋁制專用車的開發和應用已有30多年的歷史，目前鋁制運輸掛車的普及率已經達70%。其他專用車輛，如工程車、載貨車等也較普遍的采用鋁鎂合金材料，技術已經成熟，并向標準化、系列化、多樣化發展。

盡管近十年來，我國鋁合金專用車得到不斷的發展，但總體上仍尚處于起步階段。目前，我國半掛車(廂式半掛車、倉柵半掛車、平板半掛車)社會保有量約300萬多輛，專用車企業雖有部分品種的鋁合金專用車進入市場，也得到了市場的接受，其鋁合金運輸車產品的市場份額仍然非常小。鋁合金專用車在歐美發達國家已相當普及，但在我國鋁制專用車之所以產銷量小，發展緩慢，制約的主要因素有以下幾個方面。

(1)成本高、價格高。以13m 3軸倉柵半掛車為例對比分析，普通鋼制材料的半掛車價格約為8萬～9萬元，而鋁合金材料的整車價格約為19萬～20萬元，兩者相差10多萬元，差距較大，用戶接受起來有一定的難度。

(2)運輸市場的不確定性。近幾年，隨著國家對超限超載車輛治理的不斷加強，超載現象已明顯好轉，但超載現象仍時常存在，加之用戶對新材料、新產品的接受需要一個過程，對采用鋁合金材料的運輸車輛的強度和承載能力存在疑問和顧慮。

(3)產業政策的影響。由于鋁合金專用車和普通鋼制專用車在市場價格上差異較大，鋁合金運輸車輛要想求得快速發展，需要國家產業政策的扶持。據說國家已在研究和制定輕量化運輸車輛的產業扶持政策，這對專用車行業將是個利好消息。

四、鋁合金專用車具有非常廣闊的發展與應用前景

今后一個時期，科技進步更將日新月異，生產要素流動和產業轉移的速度將趨于良性循環，國內國際兩個市場、兩種資源的相互補充，將為新材料、新產品的發展提供有利的內外部環境。國內市場隨著國民經濟總量構成變化，市場對專用汽車品種的需求格局將相應改變。

目前，我國每年新增和更新半掛車數量30萬輛，假設其中50%為鋁制半掛車，每輛車平均用鋁3t，再加上相關的掛車鋁制配件，僅此一項每年的用鋁量將遠遠超過50萬t，必將拉動鋁加工產業的快速發展。由此可以看出，今后專用車制造業將成為拉動鋁材料產業不可缺少的支柱性行業。

當前，世界汽車工業正面臨越來越嚴峻的三大課題：能源、環保和安全。減輕汽車自重以降低能耗，減少環境污染，提高汽車的燃料經濟性，節約有限資源已成為各大汽車廠最為關注的焦點。新型鋁合金專用汽車將具有強勁的發展勢頭。

汽車輕量化正是節約能源的最有效途徑，汽車輕量化的主要途徑有：(1)優化車型結構，提升整車結構強度，降低耗材用量。(2)采用輕質材料，如鋁合金、陶瓷、塑料、碳纖維復合材料等。(3)采用計算機進行結構設計。如采用有限元分析、局部加強設計等。(4)采用承載式車身，減薄車身板料厚度等。其中，當前汽車輕量化采取主要措施之一就是材料輕質化，而鋁鎂合金的大量使用，又是實現車輛輕量化最有效的途徑。

根據歐美專用車市場發展歷史經驗來看，鋁合金運輸車將是今后中國運輸車輛發展的必然趨勢。國內鋁合金專用汽車今后將向以下幾個方面發展：

1、全鋁化。運輸車輛整體全鋁化，主要車身和廂(罐)體采用鋁合金的比例將達到90%以上，鋁制車輛配件的比例也將不斷提高，如半掛車的鋁合金底盤、輪輞、支腿等。

2、多品種、多車型。鋁制車輛的車型、品種將不斷豐富，首先將涵蓋罐式車、廂式車系列，并逐步向工程車、載貨車、特種車等產品延伸。

3、專業化、標準化、系列化。鋁合金運輸車輛的生產廠家在今后一個時期將會逐漸增多，在市場逐步穩定后，將逐步形成一批專業化生產企業，其車型也將向標準化、系列化方向發展，并最終形成以專業化生產廠家為中心的產業基地。

三、如何實現汽車50%的輕量化

1.提高鋼板的強度

為了減輕車身質量，首先提高現有材料的強度，然后才能減少其使用量，其中之一的措施是提高車身骨架中的高強度鋼板的強度。在高強度鋼板中，目前車身骨架中使用最多的是冷沖壓加工的440MPa級和590MPa級鋼板。也有少部分廠家使用780MPa級和980MPa級高強度鋼板。如果采用冷沖壓方式，使用了1.2GPa級鋼板；如果采用熱沖壓和冷拉延方式，使用了1.5GPa級的鋼板。

日產汽車公司的戰略曾經指出“盡可能地使用鋼鐵件”，于是在北美銷售的Infiniti Q50(日本名稱為skyline)大部分使用了高強度鋼板，見圖1。為了保護碰撞時乘客的安全，高強度鋼板主要應用于中間支柱、側頂蓋等，它們都是1.2GPa級的冷沖壓件，見圖2，并且達到了與980MPa級鋼板同等水平的加工性(延展性)，目前已經在中間支柱那樣的車身骨架中得以實現。此外，Q50車還在車身骨架中的其它部位使用了780～980MPa級、440～590MPa級高強度鋼板，與過去相比，車身質量減輕了11kg。

圖1 日產Infiniti Q50

圖2 高強度鋼板的使用部位 某鋼鐵公司的技術人員說：“把現在的熱沖壓加工的1.5GPa鋼板變成冷沖壓加工將是未來的目標”。面向2025年，據說在2022～2023年期間可以實現1.5GPa級冷沖壓模式，2025年以后實現1.8GPa熱沖壓加工模式。

2.鐵和鋁合金的復合使用

僅靠提高鋼鐵的強度，車身輕量化已達到了極限。未來考慮鐵和鋁合金的同時合理應用(也就是多種材料的同時運用)。德國戴姆勒汽車公司的新車型“奔馳C級”，白車身表面積中約48%(換算成質量約24%)使用了鋁合金。前后面罩、翼子板、車門和頂蓋都是鋁合金件，而車身骨架采用熱沖壓和冷沖壓加工的高強度鋼板或者冷沖壓加工的普通鋼板，見圖3。

圖3 C級車鋁合金使用部位

對于C級車來說，強度要求高的骨架需要使用高強度鋼板，除外板外，其它部位使用鋁合金。如果使用鋁合金，其位置必須遠離汽車的重心，或者是車體的上部使用。

這種高強度鋼板和鋁合金的復合使用將在2020年以后得以實現，主要應用于C級中型車和D級以上大型車。豐田汽車公司2017年以后，計劃在“凌志”車上使用鋁合金。某有色金屬公司的技術人員說：“2025年前車身上部將全部使用鋁合金材料”。

2025年以后，一部分平臺也將使用鋁合金。雖然車身骨架一般都使用高強度鋼板，但是為了吸收碰撞能量，平臺的前后部位也將使用鋁合金。

3.使用熱可塑CFRP(碳纖維增強復合材料)

盡管同時復合使用了鋼鐵和鋁合金，但是車身的進一步輕量化還是有極限的。如果輕量化30%，通過復合使用鐵和鋁合金可以實現；如果輕量化50%，必須使用更輕的高強度材料，只有復合使用鐵、鋁合金和CFRP才能實現。

德國寶馬汽車公司2014年4月在日本發布了一款電動汽車i3，售價500萬日元，首次采用了CFRP，主要應用部位在車身上部，稱為“生活模塊”；鋁合金主要應用于車身下部，稱為“驅動模塊”，見圖4。

圖4 寶馬汽車公司i3車體構造

通過鋁合金和CFRP的有效組合，與同級別的汽油車相比，減輕質量大約140kg。據說，2020年以后500萬日元級別的車將采用CFRP。

但是，要想把CFRP做成零部件，i3車盡管使用了RTM(樹脂傳遞模塑成型)技術，成形時間也需要花5分鐘以上。目的是把熱固化性好的環氧樹脂應用于樹脂粘結劑中去。要想在量產車中運用，成形時間必須控制在1分鐘左右。

為了使CFRP部件在1分鐘內完全成形，必須在粘結劑樹脂中使用熱可塑性樹脂。帝人公司與通用汽車公司共同開發了熱可塑性CFRP，并把該CFRP用于試制的汽車骨架上，見圖5。粘結劑樹脂中含有PA(聚酰胺)和PP(聚丙烯)樹脂。

圖5 熱可塑性CFRP試制車

關于1分鐘可使熱可塑性CFRP成形的技術，以東京大學項目組為主也展開了研究；與此同時，在日本NEDO(新能源產業技術綜合開發機構)的推進項目中，成立了以三菱纖維公司和東洋紡織組為主的項目組和以東萊(TORAY)公司為主的項目組，正在開發連續與非連續的碳纖維毛坯。

名古屋大學針對經濟產業部的研究項目，成立了“國際復合材料研究中心”，以2020年進入實際運用為目標展開研究。熱可塑性CFRP可以運用于貨箱隔板、地板、側圍板和發動機等結構比較復雜的部件中，據說2020年以后這些部件將被實際運用。

4.生產線下線涂裝

CFRP以外的樹脂部件以輕型車和微型車為主正在普及使用。大發汽車公司2014年6月發布的新車型COPEN的車身外板由13個樹脂部件構成，其中，頂蓋和后車窗除外，其它的11個部件可以更換，見圖6。這些部件都是下線后涂裝的，然后用螺栓固定在車體上。

圖6 COPEN車樹脂外板件

馬自達汽車公司與三菱化學公司共同開發了生物工程塑料，不需要涂裝就可以用于外裝部件上。生物材料的自然著色效果超過了涂裝之后的ABS傳統樹脂的質感(可以深層次調色，并且光滑性如鏡面一樣)，見圖7。該公司采用該樹脂制作的內裝和外裝部件將在2015年發布的新款運動跑車(ROADSTER)中采用，隨后依次在量產車上采用。

圖7 由生物材料制作的樹脂中間支柱

2020年以后如果普及使用下線涂裝樹脂和本身不需要涂裝的樹脂的話，外板涂裝工藝就會從汽車裝配線上消失。另外，2025年如果實現了汽車無人駕駛的話，由于首先解決了汽車之間不會碰撞的問題，所以車身骨架結構將變得更加簡單。

四、國產載重卡車輕量化發展趨勢淺析

卡車行業因為混合動力、電動和燃料電池等新能源汽車技術的應用困難重重和前景不明，故輕量化成為目前重卡行業節能減排最現實而又最有效的技術措施。

隨著中國經濟發展及城市化進程的加快，低碳生活的逐步樹立和深入人心，節能減排、綠色環保政策法規的逐步建立和實施,資源節約型、環境友好型社會建設步伐的加快，汽車節能已經成為汽車產業發展中的一項關鍵性研究課題，具體表現在國內物流整體向“高效率、高科技、高環保”方向發展。

汽車輕量化是社會整體水平提升、運輸效率提升的體現。減輕汽車自身重量是提高汽車燃油經濟性、降低汽車CO2排放的有效措施之一。尤其在卡車行業因為混合動力、電動和燃料電池等新能源汽車技術的應用困難重重和前景不明，故輕量化成為目前重卡行業節能減排最現實而又最有效的技術措施。

實現卡車的輕量化是一個優化車輛設計結構系統工程，它涉及整車、發動機、懸架等各個領域，甚至包括新材料以及新技術的應用。從基礎設計上通過優化結構及合理使用新材料、新技術，在不降低承載能力前提下實現的整體輕量化。

汽車車身約占汽車總重量的30%，空載情況下，約70%的油耗用在車身重量上。汽車重量每降低100公斤，每百公里就可節油0.6～1.0升。若汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高8%～10%；若滾動阻力減少10%，燃油效率可提高5%；若車橋、變速器等裝置的傳動效率提高10%，燃油效率可提高7%。因此，在中國式計重收費和“亂收費亂罰款超載治理”情況下，一輛輕量化卡車對于整車的燃油經濟性、車輛控制穩定性、碰撞安全性都有實際重要性，載貨車卡車輕量化已經形成發展大趨勢。

然而在此情況下，對有些卡車生產企業來說，所謂“輕量化”還是個偷換概念過程，如在技術還達不到要求的情況下，通過減少鋼板厚度、減少配件數量等等偷工減料，表面看是實現了輕量化，但卻越過了安全底線，更何談輕量化。與此同時，在亂罰款亂收費治理超載問題得不到解決的情況下，載貨車的輕量化必定要走入誤區。在市場競爭因素的綜合作用下，誰能夠在保障質量的前提下有效地降低卡車自重，實現輕量化，將是未來各大車企搶奪市場的制高點。

現從各卡車廠商推出的新產品來看，復合材料在整車所用材料中的比例逐漸提高，大量使用復合材料是必然的趨勢。在實現輕量化的設計途徑上，一是優化車輛結構，二是在優化產品結構的基礎上應用新材料。前者屬于低級階段，后者屬于高級階段。自重成為選車的主要的因素。即使價格稍高，自重輕的卡車也會成為客戶的首選。因為自重輕的卡車不僅拉得多跑得快還省油，所以更受歡迎。

一、輕型卡車輕量化發展趨勢

我國輕卡在產品 技術方面發展的趨勢主要在以下幾個方面：第一，節能技術，用車經濟性是客戶和國家最直接可獲利和可感知的性能；第二，安全性，包括主動安全和被動安全，這是必過的門檻；第三，低公害，包括排放標準要求的不斷提高，減振降噪等，也是必須過的門檻；第四，功能性，包括容載量，動力性，可靠性、耐久性，駕駛、裝卸、維修方便性，乘坐舒適性，這些都是競爭的因素；第五，電子控制、車聯網信息技術的應用；第六輕卡制造技術發展的主要趨勢為新材料應用、新工藝、新流程、新裝備、新工具等。

此外，從近三年可以看出：輕卡的增量結構將會發生明顯變化，輕卡正向高技術方向發展，新材料、輕量化、數字化、網絡智能化、舒適化、功能多元化、乘用車化和人性化方向發展，主要體現為低噪聲、安全可靠、皮實耐用、維修便捷、節能低排放、多功能以及新能源的使用。從輕卡產品發展趨勢上看：

1、在動力系統設計上，已普遍采用增壓中冷裝置與高壓共軌，優化改善了燃燒性能，使發動機的性能與燃料經濟性得到很大的提高，這提高了發動機與整車的匹配性，使得車輛的動力輸出更為強勁、加速性好，又符合了國家的對柴油機型發動機的排放標準。動力公司如康明斯、索菲姆、菲亞特、曼恩、納威斯達等發動機，均采用電控渦輪增壓高壓共軌發動機、燃油與燃燒優化、智能電控、排放處理、濾清系統五大等核心領先技術。

此外，重型發動機延伸至中輕卡，如中國重汽集團杭發公司首臺MC05發動機直列四缸、水冷、四沖程、增壓中冷、高壓共軌發動機。動力系統采用電控渦輪增壓成趨勢，是自主動力最強、重量最輕、體積最小的發動機，可滿足國Ⅳ排放標準，同時具備升級到歐Ⅴ、歐Ⅵ排放潛力的發動機，成為市場競爭的利器。如奇瑞開瑞綠卡搭載全新設計輕質量缸體、缸蓋的美國康明斯ISF2.8發動機，沒有缸套，最終形成的總成干重僅為214kg，并配上全鋁合金殼體的德國ZF變速箱，不僅重量輕，而且強度非常高。

2、駕駛室造型設計上，輕卡窄體、中體、寬體及雙排、排半、單排駕駛室更趨勢于乘用車化前臉造型更趨向于立體動感凌厲，整體顯得更加大氣厚重。前大燈組更加飽滿犀利，吸納歐美鋼性線條元素，轉角處保持日系車圓潤飽滿基因。緩沖裝置采用乘用車型或分斷式吸能緩沖保險杠。此外，整車可翻轉液壓駕駛室懸置、隔音、隔熱減震材料等細節品質上，都提供了堪比轎車的品質呈現。

3、功能性設計上，集成電子油門、助力轉向、離合助力、電動空調、電動車窗等轎車化舒適配置，靠攏乘用車標準。如液壓減震座椅、定速巡航等多項轎車化配置。ABS制動防抱死系統，感載比例閥加排氣蝶閥制動為標準配置設計，其優化獨立儲氣單元，包括干燥器，四回路保護閥，螺旋冷卻管，多彩色管路等系統。

4、車身車架設計上，在車型設計上，寬（窄）體駕駛室、長（短）軸矩、長（短）車身、加強型底盤、大動力、高速重載與車聯網等，已經成為輕卡研發的大趨勢與未來市場的主流產品。采用高強度的鉚接大梁和抗腐蝕車架等等，這些新設計可以有效增強車輛的輕量化和高速行駛中的穩定性與安全性。此外，摒棄傳統的鋼板材質，采用全新設計的竹膠板與鋼制外板相螺接的新式鋼制/膠木結構貨箱，在實現輕量化的同時也確保了承載力。

二、中重型卡車輕量化發展趨勢

1、采用單層車架大梁相比鋼板彈簧，車架的重量更大，有效減輕車架重量，將會大大的減輕整車的整備質量。隨著設計水平、制造工藝的提高，材料性能的提高，單層車架在標準載荷的工況下是完全可以勝任的。

2、采用變截面少片簧結構板簧變截面少片簧是由幾片縱向方向上變截面的板簧組成的，不但可以減輕重量，還可以通過減少板簧間的摩擦而提高駕乘的舒適性、延長使用壽命。另外采用橡膠懸掛或者空氣懸掛也可以減輕懸掛系統的重量。

3、使用復合材料駕駛室是采用復合材料最多的總成，尤其是外覆蓋件：前面板、包角板、翼子板、保險杠，甚至頂蓋，都使用了大量的復合材料。這樣一方面有效的減輕了整車重量，另外一方面由于復合材料成形性好，造型結構上較金屬沖壓件可以更復雜、更加美觀、尺寸更加精確。目前國產重卡仍偏好全鋼結構的駕駛室結構，這主要和中國重卡的惡劣工作環境有關。從近年來各重卡廠商推出的新產品來看，復合材料在整車所用材料中的比例逐漸提高，大量使用復合材料已成為一種必然發展趨勢。

4、使用鋁合金材料鋁合金比鋼材密度小，因此在一些復合材料無法替代的部位，使用鋁合金材料，包括鈑金件和鑄造件。鋁合金鈑金件最有代表性的就是油箱，油箱采用鋁合金材料，不但自重減輕，而且油箱內不易生銹，免除定期清洗的麻煩。車身也可以采用鋁合金代替冷軋鋼板。輪輞、發動機機體、變速器機體等，也可以大量采用鋁合金鑄造，可以在保證有足夠強度、剛度的同時，最大限度的減輕重量。

5、使用高強度鋼材使用高強度鋼板，可以減薄鋼板厚度，從而減輕重量。歐美重卡，重卡使用的鋼材幾乎100%是高強鋼。以前國產重卡采用高強度鋼板的比例較少，最近幾年逐漸廣泛使用，甚至自卸車的車廂都開始使用高強度鋼板，以提高廂體強度、減輕自重。

6、使用拼焊板駕駛室由鋼板沖壓焊接而成，由于各部位的結構和受力情況不同，因此不同部位的鈑金件也會采用不同牌號的鋼板，一輛重卡的駕駛室可能采用幾十種不同牌號、不同厚度的鋼板。然而隨著CAE技術的發展，經過模擬實驗和分析，可以計算出同一個鈑金件的不同部位的受力情況，為了減輕一些零件局部的不必要厚度，激光拼焊技術應運而生。激光拼焊技術是將經不同表面處理、不同鋼種、不同厚度的兩塊或多塊鋼板通過激光焊接方法，自由組合成為一塊鋼板。

7、采用鑄造件。傳統的沖焊結構零件，由于材料和制造工藝的限制，各部位只能是等厚度的，為了確保零件的整體強度和剛度，沖焊件往往都比較厚重。結構件可以通過有限元軟件進行CAE分析，對結構進行優化，根據各部位的受力情況設計成復雜的變厚度、變截面的結構，在保證有足夠強度的前提下最大限度的削減不必要的局部厚度，從而大大減輕零件重量。

8、采用真空輪胎和超寬輪胎。采用真空胎和超寬輪胎也能在一定程度上降低自重。與傳統輪胎相比，真空胎不但減少了內胎，輪輞的結構也相應減少了，整車全部換成真空胎，行駛阻力小，能夠在一定程度上降低油耗。重卡的驅動輪一般都用雙輪胎，如果改為超寬單輪胎，不但能夠減少輪胎數量，還能減少輪輞的數量。另外超寬單輪胎的接地面積不比雙輪胎小，除了能夠降低自重外，還可以提高行駛穩定性、避免雙輪胎的“吃胎”現象。此外，真空胎在輪胎穿孔的情況下，胎壓不會急劇下降，完全能繼續行駛，大大提高了高速行駛的安全性，而新式鋼制/膠木結構貨箱具有耐磨、耐腐蝕、減震和抗震功能，對于外來碰撞所造成的變形能自動修復，運送精密儀器和易碎貨物更安全。

9、整合零件功能、減少零件數量整合所有零件功能、將多個零部件集成，實現零部件的多功能，減少零件數量，使其結構更加緊湊，也可以在一定程度上減輕整車重量。例如：將油箱和工作臺踏板結合，將油箱與SCR的尿素罐結合等。

五、實現汽車輕量化的途徑

今天汽車賴以“生存”的汽油燃料提取自石油，它的儲量正在日益減少，但人們也未必會因此在燃油上花費高價，因為到2025年，汽車的平均燃效將達到50英里/加侖。

不過，汽車本身的油耗并不會自動下降，這都是靠著工程師開發的新技術而實現。那么，提升汽車燃效或者說降低油耗的方式有哪些？目前看來，輕量化是最有效的手段之一，據悉，汽車每減輕10%的重量將降低油耗6-7%。

汽車行業在輕量化技術上的進展也是有目共睹，從30年前一輛普通轎車的4500磅（2041千克）的平均重量降低至現在的3000磅（1361千克）左右。“輕量化”只是一個寬泛的概念，它設計到結構、材料、布局等等方面，本文將總結5項能夠讓汽車變得更輕的技術。

1、輪轂電機

汽車中最占重量的是什么部件？毋庸置疑，顯然是發動機。發動機缸體、活塞、曲軸等各種組件均由剛強度材料制成。它們需要經受住發動機運行時的高壓與高溫。而其缺陷在于這些組件的重量非常大，一輛普通乘用車的發動機至少重幾百磅。

當汽車行駛時，發動機的轉動能量由變速箱傳遞兩個或四個車輪上，實現這個過程則還需要傳動軸以及更多的零部件，同樣會增加汽車的重量。

而若采用輪轂電機的布局，則可以省去動力總成中的大部分組件，例如發動機與變速箱。輪轂電機直接安裝在車輪內部。米其林和汽車公司Venturi在2010年合作推出了一款VenturiVolage概念車，其中就采用了輪轂電機方案，米其林將其稱為主動輪系統（Active Wheel System）。該系統的強大之處在于，車輪內不僅有電機，甚至連電子制動系統、主動懸架系統也都包含在內。

2、塑料材質

塑料在我們日常生活中隨處可見。現在，研究者正在通過各種方法令塑料的應用變得更廣泛，同時使其強度變得更高以在更極端的環境下適用。美國Polimotor研制的塑料發動機材質比傳統全金屬發動機重量要輕30%。

除了發動機以外，我們還能在汽車內飾中見到它，例如車內飾板、中控臺面板甚至是車外的前后保險杠、側裙、側視鏡外罩等。

全世界每年約有250萬噸的塑料水瓶被遺棄，現代QarmaQ概念車的車身則是從這些廢棄塑料瓶中進行提取而得。將來某一天，當你看到一輛由塑料制成的汽車時請不要驚訝。

3、碳纖維

碳纖維對于汽車行業來說并不陌生，它一開始應用于航天飛機中，接著在賽車中應用，令他們再賽道上擁有更靈活的身姿。而現在，我們在一些高端汽車中也已經能見到它們的身影，例如寶馬i3。

這類材料的強度與鋼材相同，但重量僅為其一半，為鋁材的70%。其結構與玻璃纖維類似，但強度卻遠遠高于后者。

那么為何我們目前僅能在極少數的車中看到這類材料呢？原因是成本過高，具體表現為生產周期長、生產工藝復雜。

雷克薩斯、寶馬、三菱等眾多車企如今都在進行廣泛的研究，試圖找出降低碳纖維生產成本的方法，使其能夠真正令汽車受益。寶馬集團多年前就在其車輛上應用了復合材料和碳纖維織物。M系列車型的屋頂采用了赫氏公司的HexForce? NC2?碳纖維增強材料，擁有無卷曲產品專利制造技術，該技術使用單向帶滿足產品所需的強度和剛度。雷克薩斯的工程師將來自豐田汽車公司的傳統編織方式轉變為精密的三維碳纖維編織法，既有利于更精確的質量控制，又為此項工程技術在未來產品中的應用打下了堅實基礎。

4、小型化汽車電池

對于混合動力甚至純電動車來說，有什么辦法能夠對其進行減重呢？許多車企的做法是從提供驅動能量的電池著手。最早的時候，人們利用鉛酸電池為電動車供電，原因在于它的電極材料容易獲得，制造簡便。隨著技術進步，鎳氫電池誕生，它相比鉛酸電池來的更輕，并且容量也更大，在混動車中有廣泛應用。

而隨著燃效與環保法規收緊，車企希望通過電動車來達到最新的標準，那么，即便鎳氫電池的大容量也已無法達標。鎳氫電池的能量密度與相對應重量的石化燃料能量密度無法比擬。

此時鋰電池的身影逐漸映入工程師的眼簾，其由于高能量密度的特性被視為更有潛力的電池種類。不過其缺點在于，長時間暴露在高溫下容易起火甚至爆炸。雖然發生此類情景的概率不高，但在汽車這類產品中，一次起火事故足以阻礙其發展。

美國麻省理工學院的研究者正在試圖通過替換電極材料來提升鋰電池的穩定性。從目前看來，鋰電池仍會在很長一段時間內作為電動車的首選動力源。

5、線控系統

提到電氣化車輛（electric vehicle），人們自然而然就會想到依靠電機驅動車輪。而電氣化車輛的另一層含義在于傳統車內機械系統被電子線束系統所替代，電子線束系統比傳統機械部件要輕的多。汽車行業提出的“x-by-wire”指的就是線控傳動、線控制動、線控轉向等系統的總稱。除了能夠減輕重量之外，線控系統的最大優勢在于可以提升操控精確度。

線控技術最先用于戰斗機，一度成為了F16戰斗機的標配。隨后逐漸沿用至商用飛機，最后也出現在了汽車上。

線控系統占據車內的空間更小，意味著設計是有更多的設計自由度，車艙內的空間也能更寬裕。

然而，并不是每個人都喜歡電氣化程度更高的系統，他們擔心汽車會像今天的電腦一樣發生軟件錯誤。實際上，這樣的擔心是多余的，因為即便是機械系統，它同樣有其特定的問題，例如磨損、腐蝕、斷裂等等。隨著時間的推移與應用率的提高，人們最終會接受這項目前來說還有些“不靠譜”的技術。

六、現在是發展汽車輕量化最好時代 需要車企共同努力 從汽車設計本身而言，無論是設計、材料、工藝還是制造環節，都在強調輕量化，現在是發展輕量化最好的時代。汽車輕量化是汽車全產業鏈共同的事情，需要汽車企業努力，還需要行業聯盟和政府的支持。

不久前，我國的千噸級T700碳纖維試生產線開始運轉，長期以來高度依賴進口的高性能碳纖維在我國實現了自主化制備，其產品不僅有望替代進口，而且生產成本具有國際競爭力，大規模國內商業運用在即。如此，包括碳纖維在內的高性能纖維對汽車等運輸工具的減排降耗的貢獻或許將得以實現。

近年來，各大車企爭相布局新能源汽車，行業競爭日益激烈。而對汽車實現輕量化，將有助于部分企業取得先發優勢。要實現輕量化，高強度鋼、鋁合金、鎂合金、工程塑料、復合材料等都是目前比較好的選擇，而作為節能和新能源汽車的核心技術，每項材料又各有優勢與技術難點。

輕量化最好的發展時代

從汽車設計本身而言，無論是設計、材料、工藝還是制造環節，都在強調輕量化，現在是發展輕量化最好的時代。輕量化在這個時代提出來，有很多根本性的原因。經過100多年的發展，汽車行業面臨的問題和挑戰非常多，包括動力性能、經濟性、油耗、環保等問題，而輕量化好像“萬金油”，其優點能夠覆蓋到汽車凸顯的這些問題。

在現有蓄電池性能無法取得根本性突破的前提下，僅有的改善車輛續航里程的手段，只能是減重。

最近一項實驗證明，如果一臺總重量為1550千克的新能源汽車續航里程為186公里，若將其非蓄能部件盡可能輕量化，能將總重量減少到1011千克，其續航里程可直接提高到275.5公里，已經較為令人滿意。

2011～2015年歐洲車身會議的數據顯示，車輛的輕量化系數由2011年的3.29下降到了2015年的2.33。5年時間輕量化系數降低了30%，說明汽車輕量化已經得到很大的提升和改善，而且輕量化已經成為汽車主機廠迫切的需求。

汽車追求輕量化不僅僅是為了減重，更為了考慮產品的功能和成本，輕量化跟成本、性能開發是一樣的，離不開這些屬性的關聯，輕量化要綜合考慮。

這體現在除了新材料本身的生產，使用過程也要考慮新的結構、優化汽車制造工藝。新材料的使用目的除了減重，還要保障汽車其他性能的優化。

如果把高強鋼等級提升了，材料變得很薄，使用時模態就變差了，只有通過改變結構截面才能滿足要求。

不只是減重

輕量化單靠這樣簡單的評價肯定是不夠的。將油耗、動力性能加入綜合競爭力評價后，你就發現絕對重量輕不意味著這輛車更有競爭力。這也是目前如果把輕量化作為一個系統工程來開發所面臨的問題，因為輕量化沒辦法獨立出來考慮，這是目前最大的挑戰。

作為由眾多零部件組成的器械，汽車的NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）都有專門的團隊來研究。要把輕量化做得更好、更完善，就要將其作為汽車的性能開發結構來對待。這樣輕量化的標準就成為不是我要減重多少，而是在車型開發、應用的時候要考慮這個車的重量能做到什么狀態，同時滿足汽車的其他性能要求。

要確定輕量化達到的目標很難。整車重量目標制定很關鍵，一般分為以下幾種：體積密度法、尺寸推算法、統計分析法、競爭力分析法、挑戰法和油耗反推法。

目標確立之后，就是將輕量化開發作為一項屬性開發，強調的是正向開發的思路。輕量化正向開發主要包括兩條線，第一條線是重量管理，另外就是技術開發。只有兩條線結合在一起做，車型開發的輕量化才能做得更加理想。如果將兩條線的職能分開的話，你會發現這個工作推進起來非常困難。

輕量化涉及面太廣了。從嚴格意義上來說輕量化跟整車所有零部件，甚至一顆螺絲釘都有關聯性，所以輕量化不僅涉及技術的問題，還有各個部門之間理念認同等非技術的問題。

要把輕量化這個工作在車型開發中做好，就必須有全流程管理的理念，而不是簡單地制定一個目標、提幾個方案就解決問題了。

全產業鏈共同的事

隨著科技的發展，輕量化材料和技術層出不窮。

有業內人士指出，現在有鎂合金、碳纖維，未來還會有新的輕量化材料，但不論出現什么材料，這些輕量化材料都不會是孤軍奮戰，必然是以組合的形式出現，因為汽車未來的發展趨勢是多種材料混合使用。

實際上輕量化開發最離不開的核心，就是先進輕量化技術的開發。但是先進輕量化技術開發面臨的問題——成本風險、周期風險、質量風險——就像任何新的技術應用所面臨的巨大風險一樣。

一個新的技術開發后直接在車型上應用是我們所希望的。但是實際上，往往有很多技術開發完全依賴于車型來做的話，就很難做得下去。這需要汽車生產商要有獨立的平臺做輕量化的技術開發和應用。

從技術上來說，輕量化材料面臨如何彌補技術、生產缺陷的難題。比如能夠完全實現減重和性能雙重目標的鎂合金，卻在價格、便利生產、耐腐蝕等方面都比不過高強度鋼。

從環保角度講，如何實現更有效地回收利用，更好地滿足環保要求也很重要。盡管國內許多企業已經研發出性能優異的新材料汽車，但是要想向市場推廣，進入商業化，還需要進一步建立維修、回收和循環使用技術體系。

汽車輕量化是汽車全產業鏈共同的事情，需要汽車企業努力，還需要行業聯盟和政府的支持。對企業來說，雖然一些新技術在前期研究時投資巨大，但這種投資是必要的，因為有了先進的技術儲備，一旦時機來臨，就可掌握先機。

第五篇：工程塑料在飛機、汽車上的應用

工程塑料在飛機、汽車上的應用

工程塑料在飛機上的應用

工程塑料作為質量輕，耐沖擊，比強度大，電絕緣性能優良，耐腐蝕，耐磨和成型工藝簡便的材料，工程塑料在飛機上的應用極為廣泛，幾乎所有的工程塑料及其增強材料都可以在飛機上找到自己的合適位置，發揮作用。

（一）電氣零部件

飛機上使用工程塑料最早是為了利用其優良的電絕緣性能，主要用于電機、電器、儀表、輸電系統等方便制造線圈骨架、接線板、插座、接插件、開關以及導線的絕緣層和保護套管等。例如，改性ABS塑料、聚碳酸酯PC、改性PP材料、改性POM材料和改性聚酰胺等用于制造電氣導管、調整器、連接器、各種開關等電器零部件；

（二）結構件

用工程塑料代替金屬制造飛機發動機和各種附件上的結構零件，包括自潤滑軸承、軸瓦、密封圈、擋圈、緊固件、儀表殼體、凸輪、滑輪、齒輪、襯套及各種墊片等，是擴大工程塑料在飛機上應用的一個重要方面。例如，聚醚醚酮可用于制造發動機的各種零件；聚酰胺和聚甲醛可用于制造飛機上使用的各種滑輪、凸輪。擋圈、齒輪等；玻纖增強聚酰胺塑料用于制造噴氣發動機機尾噴管和雨鱗片等。

（三）內部裝飾件 內部裝飾件是塑料在飛機上應用的另一重要方面，這些內部裝飾件包括行李艙架、地板、襯墊、座椅、窗框、隔音絕熱材料和粘貼裝飾材料等，在客艙內大面積使用裝飾壁板、天花板、儲物箱、分艙板等表面都粘貼有裝飾效果良好有具有阻燃性能的聚氯乙烯薄膜；ABS塑料主要應用在座椅扶手、門內側板、門內飾件；聚碳酸酯主要應用在窗框、書報架、廢物箱、座椅、旅客服務設施、小桌板、地毯鑲邊等；改性聚酰胺主要應用在座椅靠背、彈性座墊、壁板、手提筐等。

（四）透明部件

透明件是指在飛機上用于觀察和采光的透明材料制件，包括風擋、座艙蓋、機頭罩、形狀各異的舷窗、透明隔板、機內的儀表面板、旅客采光燈罩和各種飛機的航行燈罩等。由于透明件是機身結構的一部分，為保持機體有良好的氣動外形，大多數透明件具有精確的曲面外形，在飛行中能承受氣動載荷、增壓載荷和氣動力加熱。因此，透明件既是結構件又是功能件，是飛機上不可缺少的一個結構組成部分。1，透明材料的分類及性能

用于制造透明件的透明材料按聚合物類型分為聚甲基丙烯酸甲酯（有機玻璃）PMMA和聚碳酸酯PC兩大類，PMMA為通用塑料，PC為工程塑料。

這類材料用于制造飛機的各種透明件以及用作玻璃-塑料復合透明材料的結構層。飛機透明件有單層、雙層、層合三種結構形式，后兩種結構形式按其材料的組合方式又可分為玻璃-玻璃、玻璃-有機玻璃、玻璃-聚碳酸酯、有機玻璃-聚碳酸酯物種類型。2，透明材料的要求

航空透明材料制成的飛機透明件要求具有良好的光學性能、足夠的結構強度、耐磨性和使用壽命，以及使用可靠和維護方便等特點，由于現代飛機性能不能提高，工作條件更加苛刻，透明件不僅要求承受座艙內外壓差所造成的結構載荷，同時還要承受高速飛行氣動加熱及各種飛行條件下瞬時或長時間的熱影響，另外，對于風擋還有防水和防霧的要求，以及能夠抵御飛鳥的撞擊等。對于飛機的風擋、艙蓋等關鍵部位，在光學性能和結構強度的設計上必須有較大的安全系數，制造時要有嚴格的篇品質管理體系，從而確保飛機透明件的安全可靠。3，透明材料在飛機上的應用

在飛機上透明材料主要用于制造擋風、座艙蓋和觀察窗等透明件。大型客機和轟炸機透明件數量較多，除駕駛室內的各種用途的風擋外，在客機上還有大量旅客觀察窗，在轟炸機上還有后機身段觀察窗、射擊側窗等。工程塑料在汽車上的應用

隨著汽車生產量的逐年增加，汽車專用塑料材料的用量也在不斷增加，車用改性塑料材料的技術也在不斷創新，車用塑料材料主要以節能、環保和質輕為主，因此，節約能源已成為汽車制造業所關注的重點。汽車的小型化和輕量化是節約能源的有效措施。

汽車輕量化的措施是要選用輕質材料，輕質材料有塑料、鋁合金、高強度鋼等，其中塑料是首選材料，這是因為塑料不僅可使汽車輕量化，而且也是提高汽車造型的美觀與設計的靈活性，降低零部件加工、裝配和維修費用的有效途徑。隨著汽車塑料化趨勢成型，汽車專用塑料材料的應用得到進一步提高。

車用塑料中，熱塑性塑料占有相當高的比例，主要是聚丙烯PP的用量最大，其次是ABS、PC/ABS合金材料等材料，與通用塑料相比，工程塑料在強度、剛性、內熱性、耐沖擊性和尺寸穩定性等方便具有優勢，所以，近年來工程塑料在汽車上的 應用日益增多，主要用作保險杠、燃油箱、儀表板、車身板、車門、車燈罩、燃油管、散熱器以及發動機相關部件等。

除上述主要汽車部件外，還有許多汽車零部件用工程塑料制造，如，汽缸蓋、墊圈、真空管、手柄、操縱桿、固定支架等可用玻纖在那個氣尼龍制造；水泵葉輪、排氣閥、油門踏板、開關、軸套、齒輪、滑塊、鎖定裝置固定墊片等可用聚甲醛（POM）制造；轉向盤開關殼體、煙灰盒蓋、車門鎖桿按鈕、儀表板開關飾板、車門頭道密封壓板、儀表板插片、啟動拉索手柄、空調出風口、百葉窗、后視鏡內蓋、拉手蓋板、散熱器格柵、除霜器碰嘴、雜物箱、刮水器等可用ABS材料制造。

在節能環保、以塑代剛的趨勢下，汽車用塑料原材料的應用推廣將持續推進。在技術不斷創新、材料品質和工藝持續提升下，汽車用改性塑料材料將進一步得到提升，車用改性塑料材料也將邁向大規模推廣應用。