汽車底盤輕量化及應用

孔祥剛　劉陽

摘 要：隨著環境問題日益突出及汽車行業發展越來越迅速，輕量化問題已越來越被世人所關注，本文闡述了當前國內輕量化發展現狀及瓶頸問題，結構、材料以及工藝是當前實現輕量化的主要方式。我們會向先進國家及企業進行學習，堅持不懈，不斷去超越自我，為民族汽車工業發展貢獻一份力量。

關鍵詞：汽車；底盤；輕量化；應用

中圖分類號： U46 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）17-174-2

1 概述

隨著當前環境問題日益嚴峻，霧霾、全球變暖等問題日益突出，環境保護問題再一次被拿到聚光燈下。隨著汽車數量不斷增多，汽車行業與環境保護之間矛盾不斷加劇，此問題如不加以控制，終將成為汽車行業實現可持續發展的最大掣肘。那么如何降低車輛油耗，促進節能減排成為降低環境污染的重要途徑之一，也是促進汽車行業發展的有力手段。

汽車油耗的決定因素主要分以下幾個部分：汽車總質量、發動機排量、變速箱、輪胎以及駕駛習慣等。研究表明，汽車整車重量每降低10%，燃油效率可提高6%～8%；汽車每減重100kg，百公里油耗會降低0.3～0.6L，CO2排放量也會減少5 g/km；燃油消耗每減少1L，CO2排放量也會減少2.45kg[1]。因此，在保證汽車性能的前提下，降低汽車自重成為降低汽車油耗的有效手段之一。另外，輕量化不僅有利于降低油耗，還有利于提高加速性能、降低噪聲以及改善振動；由于質量降低，當發生碰撞時，車輛自身的慣性也會相應減小，能夠有效減短制動距離，提升安全性能，因此汽車輕量化正逐步成為行業發展的一個趨勢。

2 輕量化現狀及發展

目前，受到輕量化需求的影響，輕量化材料在國內也在經歷一次次破繭成蝶般的蛻變，車用高性能鋼板、鋁合金等已在汽車行業受到廣泛應用。如汽車變速器殼體目前多采用鍛造鋁合金，鍛鋁擺臂、控制臂乃至轉向節等也屢見不鮮。我們有幸見證國內輕量化技術的一次次騰飛，但不可否認的是，在技術、材料等關鍵環節，我們與歐美國家還存在很多難以跨越的鴻溝：

①任何一個研究機構想要獨立去開展項目并做出卓越成果都是非常困難的，輕量化技術涉及到多個學科的研究領域，需要各相關領域能夠相互交叉、融合，只有能夠實現各方面的互補，才能發揮出1+1>2的效果，然而現實與理想往往是存在差異的，在目前的研發體系下，各研發機構往往是獨自作戰，大家只關注單個技術的研發，很少去開展各技術間的交叉與融合，導致不能發揮出相互推動的作用。

②群龍無首則難成氣候，汽車輕量化技術涉及到眾多的共性技術和前沿技術，其核心技術的突破不可能由單個企業或科研機構獨立完成，必須要由國家級的研究機構對其關鍵、重大問題進行戰略性和前瞻性的部署，而目前我國還沒有此類機構的建立，輕量化發展之路尚需不斷開拓。

③只有把生產、學習、研究緊密結合起來，做到明確定位、合理分工，才能將輕量化技術做大做強。但我國目前基礎研究和技術開發研究不能做到有機結合，國內企業規模小而分散，造成輕量化技術開發能力薄弱，研發人才短缺，工藝水平落后。

3 輕量化技術及應用

輕量化不是指單純降低汽車重量，更不能為了所謂的輕量化而置安全于不顧，任何以犧牲安全性能為代價做到的輕量化都是失敗的，也是必須要杜絕的。輕量化應該是在確保汽車綜合性能指標的前提下，采用現代設計方法和有效手段對汽車結構進行優化設計，或使用新材料、新工藝，盡可能減輕汽車產品自重，以達成減重、節能減排、提升安全性能的綜合指標。因此，輕量化應該是新結構、新材料、新工藝在滿足性能要求的前提下的有機結合。

3.1 新結構

隨著計算機技術在設計研發領域的廣泛應用，結構分析不再局限于簡單結構的計算與校核，CAE/SE等計算機輔助分析手段越來越成熟，為我們的結構開發與改進提供了有力的數據支撐，使我們的改進不再是霧里看花，而是有據可依的，不在是僅憑借經驗對結構進行改進，我們的改進工作能夠更加有效地切中目標，做到我們理想的效果。如圖1所示結構，我們在設計過程中，能通過分析軟件，直觀了解結構強度不足位置，進行重點改進、加強。

3.2 新材料

目前，使用輕質材料是實現輕量化目標的最主要途徑之一。使用材料替代實現輕量化主要分為兩種情況，一種是使用密度較低的材料，比如鋁合金、鎂合金、鈦合金、塑料或多種復合材料等；另一種是使用高強度材料，從而減少材料用量，降低重量，比如使用高強度鋼材等。以鋁合金為例，鐵的密度為7.85g/cm3，而鋁的密度僅為2.7g/cm3，約為鐵密度的1/3，經優化對比，其減重效果可達到40%-50%。如圖2所示，某車型擺臂焊接總成重量約為4.42kg，采用鍛鋁結構后擺臂重量約為2.02kg，單臺用量為2，單臺減重約為4.8kg；圖3為某車型前轉向節，原重量約為5.0kg，采用鑄鋁結構后重量約為3.1kg，減重約1.9kg，單臺減重約為3.8kg。以上兩例鋁材質應用均起到明顯的減重效果。

3.3 新工藝

在進行產品設計開發時，我們應在保證產品結構及性能要求的前提下，盡量使用新的技術或工藝使結構及零部件中空、復合，以降低產品重量，實現輕量化目標。目前應用最廣泛的成型技術主要有激光拼焊、內高壓成形技術、熱壓成形、液壓成形、粉末冶金、發泡鋁成形等技術[2]。對于特定的某一車型，在性能相同的情況下，對通過這兩種方式分別生產的副車架從零件總成數量、模具費用、零件成本和零件重量等方面進行了對比，發現采用管材液壓成形方式生產的副車架的零件數量為2個，小于沖壓件總成的8個零件；在生產費用方面，采用管材液壓成形方式生產的副車架要比沖壓件減少60%，零件成本減少20%，而零件重量減少30%[3]。由此可以看出，新工藝的應用能夠在保證產品性能的情況下起到輕量化的作用。

4 結論

目前，輕量化技術在汽車行業正在慢慢崛起，隨著市場競爭加劇、環境保護以及能源危機等因素越來越重要，汽車行業對于輕量化的需求會越來越明顯，可以說，汽車行業的發展為輕量化技術的進步提供了平臺，而輕量化的進步又促進了汽車行業的騰飛。我國輕量化技術的基礎及發展比國外還有一段不小的差距，我們要堅持輕量化之路并堅定不移的走下去。

參 考 文 獻

[1] BENEDYK J C，Light metals in automotive applications，Light Metal Age，2000，10，34-35.

[2] 張宇，朱平，陳關龍.基于有限元法的轎車發動機罩板輕量化設計[J].上海交通大學學報，31-1466/U，

2006，40，01：143.

[3] 韓聰，管材內高壓成形多步法數值模擬[J].材料科學與工藝，23-1345/TB，2010，15，04：465.