汽車車身輕量化設計理念探究

胡越鵬

新疆維吾爾自治區汽車產品質量監督檢驗站 新疆 烏魯木齊 830000

引言

節能、環保是現今全球共同努力的目標，目的就是盡最大的努力保護生態環境以及所剩無幾的可再生能源，這就促使了各個行業的創新與改革。對于汽車行業來說，傳統汽車排放尾氣會對環境造成極強的污染，隨著節能、環保的全面推進，節能減排是現今對汽車行業的基本要求。除了新能源汽車研發，汽車行業輕量化設計也能夠達到節能減排的目的。當汽車的車體重量變輕之后，動力性會顯著提升，對于燃料的消耗就會大幅度降低，以達到節能減排的目的。汽車輕量化設計不僅能夠節能減排，同時還能有效的縮短制動距離，安全性大幅度提升。并且輕量化設計之后汽車產生的震動以及噪音都相對較小，整體的穩定性也會相對提升，基于這些優勢，汽車車身輕量化設計是現今汽車行業的研究重點，因此深入研究汽車車身輕量化設計理念具有極高的現實意義。

1 汽車車身輕量化設計理念

為了實現汽車車身輕量化設計的目標，在設計的時候可以從兩個角度切入，一方面是在汽車設計初期就將輕量化設計理念融入其中，使得輕量化設計理念貫穿于整個設計過程之中，設計出具有創新型的輕量化車身。另一方面則是對汽車現在的車身進行優化，基于輕量化的原則對車身進行改進，以實現車身輕量化的目標。設計者在盡可能滿足輕量化車身目標的同時，也要保證車身高度、安全性等等滿足法律以及設計標準，不能為了一味的追求輕量化而忽視其他結構的質量，使得汽車車身整體的安全性較差，存在極大的安全隱患[1]。在設計輕量化車身的時候利用CAE技術對車身進行優化，在原車身的基礎之上進行輕量化的改型，為了盡可能的降低改造成本，不到必要情況不對模具進行修改，同時還要以車身結構零件的厚度作為基礎變量而進行相應的設計與優化。

2 汽車車身輕量化設計應用材料

2.1 輕質材料

常用的輕質材料主要有三種，即鋁及鋁合金、鎂及鎂臺金以及塑料及非金屬復合材料[2]。其中鋁及鋁合金的許多優點都適用于汽車輕量化設計。在相同的力學性能之下，鋁比鋼減少質量60%，并且鋁更容易回收。當發生碰撞的時候，鋁對于能量的吸收也要遠高于鋼。鋁合金材料是在鋁的基礎之上添加了鎂、硅等合金元素，以期進一步強化鋁的強度，同時為汽車輕量化設計提供有效的依據。鎂的密度是鋁的2/3，汽車制造中應用鎂可以使得車體的重量比鋁制更輕，減重可以達到15%～20%。鎂的優勢主要有五個方面，第一，鎂的質量更輕，在眾多結構材料中，鎂的重量是最輕的。第二，鎂的強度要遠高于鋁合金和鋼，能夠承受更多的負荷以及沖擊力。第三，鎂具有極高的鑄造性以及穩定性，不僅更容易加工，同時廢品率相對較低，進一步降低生產升本。第四，鎂的阻尼系數相對較高，減震量元高于鋁合金和鋼。車殼使用鎂可以起到降低噪音的目的。座椅、輪圈應用魅可以達到減少震動的目的，以提高汽車的穩定性以及安全性。第五，鎂屬于100%的可循環利用原料。塑料及非金屬復合材料是另一類重要的非金屬車用輕質材料，不僅可以減輕零部件40%的質量，還能降低40%左右的采購成本，基于這些原因塑料及非金屬復合材料在汽車輕量化設計中也得到了更為廣泛的應用。

2.2 高強度鋼鐵材料

在ULSAB的定義當中，高強度鋼指的就是屈服強度在201～550Mpa的鋼，屈服強度在550Mpa的剛被稱為超強度鋼，更為先進高強度鋼的屈服強度介于高強度鋼以及超強度鋼的強度范圍之內。高強度鋼的主要特性在于低溫韌性先結果對良好，并且具有極強的成形性以及焊接性。最開始汽車車身中使用的鋼只是普通的鋼鐵，隨著汽車行業以及科學技術的不斷發展，最初的鋼逐漸被高強度的鋼所代替，以此來提高汽車的性能與安全。不同的鋼板厚度，汽車的減重也各不相同。有相關研究證實，0.05mm、0.10mm以及0.15mm厚度的鋼板，汽車減重分別是6%，12%以及18%[3]。鋼板強度越強的鋼鐵鋼板厚度約小，由此也可以使得汽車車身越輕，為了實現汽車車身輕量化設計，可以從增強鋼鐵強度的角度切入。但是鋼鐵的強度也要是以，強度過高的鋼鐵成形性相對較小，并且回彈也非常大，因此不能一味的追求高強度，要注重鋼鐵的整體特性。

3 結語

為實現汽車輕量化的目標，除了對汽車的車體結構進行優化與改進意外，還可以采用更多的新型的材料。對于車體結構優化方面，當汽車輕量化理念出現的時候，眾多研究學者就開始針對車體結構優化展開深入研究，經過長時間的研究，不僅形成了相對成熟的研究體系，車體結構優化也相對完善，改進的空間相對狹窄，而在于新型材料應用方面，隨著科學技術的不斷發展，各種新型的材料逐漸的被研發出來，并且應用于汽車車體的設計當中，不僅開拓了汽車輕量化設計的研究方向，同時能夠進一步推動汽車行業的發展。輕量化材料的應用對于汽車輕量化設計具有非常重要的意義，不僅影響汽車輕量化效果，同時還會影響到汽車的安全性和穩定性。隨著汽車輕量化逐漸成為企業行業的主流發展趨勢，眾多研究學者也應該將研究方向致力于新型輕量化材料的研究，使得新型輕量化材料逐漸凸顯出多元化的特征，以推動汽車輕量化設計的發展，最終實現節能減排的核心目標。