汽车结构的轻量化设计方法综述李传博ValueEngineering0引言随着快速增长的汽车保有量，一方面，汽车作为方便、快捷的交通工具改善了人们的生活和工作方式；另一方面，却加剧了能源消耗，带来尾气、噪声等环境污染以及交通安全危害。汽车产业面临着节能、安全和环保的巨大压力。针对上述问题，解决的重要途径是在对动力系统进行改进的同时积极开发和寻找替代能源及相关技术。但受技术难度、开发周期和市场份额等问题制约，仅靠这一途径很难满足国家和市场的要求；另一个重要途径是整车轻量化。有关研究数据表明，若车桥、变速器等机构的传动效率提高10%，燃油效率可提高7%；若汽车整车质量降低10%，燃油效率可提高6%～8%[1，2]。车身占整个汽车制造成本60%，占汽车总重量的30~40%，空载情况下，70%的油耗将用于车身质量上[3]。图1展现了日本统计的乘用车自重与油耗之间关系。显而易见，当车辆的自重从1500kg下降到1010kg时，每升燃油平均行驶的里程由10km上升到17.5km，即每减重101kg，每升油可多行驶1.5km，也就是说在此区间内，燃油的经济性提高了5.7％－10％。1车身结构轻量化设计的研究内容和方法车身结构轻量化设计研究，主要从三个方面进行：一是结构优化或创新，改进车身结构，使零部件薄壁化、中空化、小型化和复合化[6]，采用CAD/CAE/CAM/CAPP数字化设计和制造技术提高零部件开发质量；二是采用先进的车身制造工艺，如激光拼焊、中高温成形、滚压或液压成形等；三是采用轻质高强度材料[7]。宝马汽车轻量化设计方案就是综合运用各种技术在保证汽车性能前提下，最大限度的减轻汽车重量，如图2所示。2轻量化材料在汽车结构轻量化中的应用2.1高强度钢板高强度钢板材料在强度、塑性、抗冲击能力、回收使用及低成本方面具有综合优势。高强度钢板的明显优点是在车身结构设计上采用更薄的钢板，并获得相同的强度，在钢板厚度分别减小0.05、0.10和0.15mm时可以使车身分别减重6%、12%和18%[8]。因此，在高强度钢板比传统钢在价钱上更贵的情况下，减轻了重量可使得两者实际成本相近。未来十年，高强度钢在汽车中的应用会大幅度增加。2.2铝合金比强度和比刚度十分优良的铝金属基复合材料研究开发的成功，是汽车轻量化的进一步发展的一个很好途径。据统计2022年每辆轿车的平均铝使用量与11018年相比增长53％，上升到130kg。铝材的强度和刚度虽然是比钢材小很多，通过框架结构设计及采用更厚的板材也可以补偿这个不足，车身空间框架结构质量在使用铝材后下降47％，与此同时采用改进的断面形式将使车身汽车结构的轻量化设计方法综述TheReviewofDesignMethodsforLightweightofAutomobileStructure李传博①LiChuanbo；谢然②XieRan；郭琳②GuoLin（①商洛学院城乡发展与管理工程系，商洛736000；②广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广州510640）（①UrbanandRuralDevelopmentandProjectManagementDepartmentofShangluoUniversity，Shangluo736000，China；②GuangzhouAutomobileGroupCo.，Ltd.GACAutomotiveEngineeringInstitute，Guangzhou510640，China）摘要：汽车结构轻量化对降低汽车排放和油耗具有重要意义。文章介绍了汽车结构轻量化的几个代表性研究项目；对高强度钢板、铝镁合金及塑料等轻质高强度材料在车身结构轻量化中的应用进行了阐述；围绕新材料的先进成形工艺，如激光拼焊板、液压和气压成形，热冲压工艺等成形工艺，以及自冲铆接等先进连接工艺进行了分析；同时还介绍了有关的汽车结构优化和创新设计方法。最后对汽车结构轻量化设计方法的发展动向进行了展望。Abstract:Lightweightofautomobilestructureisimportantforvehicleemissionsreductionandfuelconsumption.Itcanberealizedbyusinglightweight-high-strengthmaterials,relativeadvancedformingprocessforautomobilestructureparts,connectiontechnologyandstructureoptimizationorotherinnovationmethods.Thisdescribesafewrepresentativeresearchprojectsonautomotivestructurallightweight;elaboratestheuseofhighstrengthsteel,aluminum-magnesiumalloy,plasticsandotherlightweight-high-strengthmate...