发展趋势
汽车轻量化是一个完整的概念,是指汽车在保持原有的行驶安全性、耐撞性、抗震性以及舒适性等性能不降低,且汽车本身造价不被提高的前提下,有目标地减轻汽车自身的重量。汽车轻量化是设计、材料和先进的加工成形技术的优势集成。可见汽车轻量化实际上是汽车性能提高、重量降低、结构优化、价格合理四方面相结合的一个系统工程。
1、国内外同行业研究现状
近年来,随着汽车工业的迅猛发展以及人们生活水平的提高,汽车保有量急剧增加,对能源的依存度也越来越高,节能和环保已经成为世界汽车工业目前发展面临的两大难题。研究表明,降低汽车重量能够有效降低油耗以及排放,整车质量每下降10%,油耗下降6%~8%,排放下降4%~10%,轻量化已经成为汽车工业的一个重要发展方向。德国、美国、日本等汽车制造大国纷纷加强轻量化在汽车领域的应用,并取得了较好效果。
轻量化已经成为汽车工业发展的必然趋势。各国纷纷收紧汽车能耗及排放政策能源与环境危机加速了各国政府对汽车能耗和排放的严格控制,日本从1966年就开始加强对汽车排放的控制,其2005年开始实施
的长期限制标准被誉为世界上最严格的尾气限制标准。2009年5月,美国奥巴马政府也宣布了限制汽车温室气体排放和油耗的新
法规,要求在2016年新车平均燃油经济性要在2007年水平基础上提高42%。此外,韩国也计划于2020年继续收紧对于汽车排放的控制法规。轻量化设计将成为目前改善汽车能耗和排放的必要途径之一。详见下表:
表:部分国家汽车燃油经济性/温室气体排放标准
各国政府高度重视汽车轻量化技术研究。美国政府早在1993年就提出了新一代汽车合作计划(PNGV)
,其中整车轻量化应用技术是其中主要的技术路线,2002年又提出了自由合作汽车研究(CAR)计划,轻量化也是核心的技术路线之一。2005年欧盟第六框架计划之下也开展了超轻车身联合研发项目(SuperLIGHT—CAR)研发项目,目的是减少轿车质量、节约燃油和减少CO2排放,实现车身减重30%。此外,世界钢铁联盟也先后开展了超轻量化钢汽车车身项目、超轻量化钢先进汽车项目等,加强汽车轻量化相关技术攻关。
与国外汽车轻量化技术发展相比,国内轻量化发展起步较晚,但是这一技术已成为我国诸多学术研究的热门之一。近年来,我国也取得了不少关于汽车轻量化技术方面的成果。在“九五”与“十五”期间,一批新材料项目入选了国家高新技术项目和国家科技部攻关重
大项目,有力地促进了我国汽车轻量化技术的发展。2007年在中国科技部等政府部门的支持下,由汽车工程学会牵头,组建了汽车轻量化技术创新联盟,足见国家对汽车轻量化技术的重视。
轻量化技术经过多年的发展,形成了车身结构、轻量化材料使用、先进制造工艺到材料回收再利用等技术手段。其中以轻量化材料和先进制造工艺的效果尤为显著,在汽车上应用铝合金、镁合金、碳纤维和工程塑料等。比如说发达国家轿车铝材料量平均已达到133kg,铝化率已为12%;而国内车辆铝材料量不到60kg,铝化率才不到5%。国内外轻量化技术差距还是比较明显的。在电气部分主要体现在线束方面,近年来铝导线、细径化越来越受到线束厂与汽车生产商的重视。国外厂商主要有德尔福、
李尔、失崎、住友、古河等,国内上海德尔福派克正扶持北京福斯研发铝导线。古河为一汽丰田陆地巡洋舰生产的门线束和驾驶室内线束,部分回路采用了铝导线。李尔已为通用、宝马、Audi等部分车型的线束局部采用了铝导线。德尔福为丰田普锐斯车的电机到逆变器回路采用了 15mm2的铝导线。
2.轻量化载货汽车的未来发展趋势
随着汽车的产量和保有量日渐提高,汽车行业已经成为中国的支柱产业,在为生活提供方便的同时也带来了油耗及污染等问题。《BP 世界能源统计2016》的数据表明,2015年全球探明石油储量减少了24亿桶(1桶=158.98L),总数约1.6976万亿桶,全球探明的石油产量为9167万桶/d,按照这一数字,全球石油储量可以满足全球50.7年的生产需要。就目前形势看来,我国的石油年消费量仅次于美国,
汽车碳纤维列居第2位占14.4%,而石油产量仅占4.9%.我国的原油进口也是呈现增长趋势,2014年3.092亿t,2015年3.358亿t。石油净进口增长9.6%%达到737万桶/d,创历史最高水平。截止到2013年,数据显示汽车用燃油消耗的占燃油消耗的55%。通过美国环保局(EPA)于2005年的统计可知,交通运输行业产生的温室气体仅次于电力工业。由此可知,汽车行业的节能减排既可以缓解中国的石油压力,同时也对环境保护有重大的意义。菲亚特公司在2011年的车身工程战略研讨会上发布了其分析结果,认为车辆(乘用车)减轻质量10%,可降低油耗3.5%~6.0%,在燃油汽车的4种节能手段中排
第2位。同时,美国的路特斯公司证明,簧载质量下降,汽车的行驶平稳性和舒适性都得到明显的提高。由此可以看出,汽车轻量化在汽车燃油经济性、安全性、平稳性、舒适性、降低制造成本等方面均起到重要作用。因此,汽车轻量化已成为汽车产业提高自主品牌汽车的开发能力和产品竞争力的重要途径。2016年,中国汽车工程学会组织逾500位行业专家研究编制的《节能与新能源汽车技术路线图》正式对外发布,描绘了我国汽车产业技术未来15年的发展蓝图,轻量化成为七大技术路线图之一。《中国制造2025》中轻量化也被列为节能与新能源汽车发展目标的核心技术,所以,走在汽车轻量化前沿的企业才具备更大的市场竞争优势,汽车轻量化势在必行。
3、汽车轻量化的目的和意义
有试验表明,汽车质量每减轻10%,油耗下降6%~8%,排放量下降4%。同时汽车轻量化直接提高汽车的比功率,使汽车的动力性能提
高。因此,汽车轻量化技术是有效降低油耗、减少排放和提升安全性的重要技术措施之一。
汽车轻量化对於降低油耗、减少排放起着至关重要的作用,目前已经成为国内外汽车工业界的研究热点。汽车轻量化主要采取材料轻量化与结构轻量化相结合的方式,而汽车零部件的各种先进成型技术也是轻量化的核心内容之一。
汽车轻量化对汽车节油、降低排放、改善性能、汽车产业健康发展都具有重要意义,是现代汽车工业技术发展的方向。在对整车轻量化设计的同时要综合考虑到高动力输出、低噪声、低振动以及良好的操控性和高的可靠性。通过对汽车结构和形状的设计优化,应用先进的加工技术和轻量化材料来实现整车的降重。汽车轻量化一定要在控制成本的前提下实现整体的设计要求,只有实现规模生产,这些新型轻量化材料及其加工技术的生产成本才能符合材料生产企业的效益要求要提高中国汽车轻量化技术水平,当务之急是集成全国轻量化技术优势,开展产、学、研、用大联合。从汽车轻量化技术发展的战略高度出发,建立资源共享的汽车轻量化技术科技创新平台,推进产、学、研、用的合作与交流,促进汽车轻量化技术成果的转化;制定汽车轻量化技术重要产品和检测方法等规范及标准;建立高水平的相关产业技术人才培养基地和提供技术谘询的服务机构等,中国汽车工业要做大做强并积极参与国际竞争,其自主研发、突破技术瓶颈及掌握核心技术是必由之路。
汽车轻量化,并非没有技术含量的简单降低汽车重量,事实上诸
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