专用汽车轻量化设计-1

zhaojianguo

1 引言
　　近些年，随着人们对环保、安全、效率和审美等方面要求的不断提高，专用汽车的个性化特点越来越明显。为了满足用户日益增长的个性化需求，专用汽车在个性化造型方面已显得尤为重要。另一方面，《汽车产业发展政策》和《在全国开展车辆超载、超限治理工作的实施方案》的出台，为加快专用汽车轻量化给予了政策支持和动力。因此，加强专用汽车在造型和轻量化设计方面的研究，对我国专用汽车企业提高自身的设计水平，保持较高竞争力是至关重要的。
　　2 专用汽车造型设计的研究
　　2.1 专用汽车造型设计的重要性
　　专用汽车的设计过程是在载货汽车底盘或专用底盘上装置功能设备和专用车厢。因此新颖和优美的造型以及舒适精致的内饰是吸引客户的重要方面。在底盘、发动机变化不大的今天，专用汽车的造型是争取市场的关键之一。
　　在完成一种新型专用汽车全部设计的过程中，必须考虑专用汽车的艺术造型和产品功能的紧密结合。一个成功的造型设计，应该使专用汽车具有新颖美观的外形、良好的空气动力学性能、各部分的布置符合人机工程学的要求并适合于多种变型的结构和零部件分块。车身及其覆盖件应具有良好的冲压工艺性和焊接装配工艺性、合理的零部件形状和较高的材料利用率。随着社会的不断进步，人们对汽车的外观、舒适性、功能的完备性等要求都在不断的提高。由此可见，造型设计在专用汽车的开发过程中的重要性。
　　2.2 专用汽车造型时应注意的原则
　　2.2.1 和谐的美学原则
　　具有美感的造型应该是符合长期实践总结出来的美学基本原则，是外在形式美和内在科技美的统一体。优秀的造型设计应该是在美学基本原则基础上针对不同的用户进行设计的。其特别的设计思想，往往会推动实现其目标技术手段的新发展。“美”是专用汽车造型所追求的，只有能真正发挥产品的功能，才是真正的“美”。脱离了功能和结构的美，对于作为服务于社会的专用汽车来说，会因为实用价值低下，而在市场中失去竞争力。在构成车身造型美感的线、形体、色彩、质感等因素的变化中求统一，才能做到丰富而不杂乱，有规律而不单调。随着科学技术水平的发展，专用汽车的造型应追求时代性和社会性的“美”，即不但要考虑用户的爱好，也要有造型设计独创性的审美观。
　　2.2.2 良好的空气动力性
　　专用汽车应选择合理的外形以便减少空气阻力。近些年来，由于高速公路的发展，专用汽车(主要是专用运输车)在公路上行驶的速度也大大提高，人们希望这些汽车有良好的空气动力学性能，通过降低专用汽车的空气阻力来节约燃料。此外还期望减低它们在高速行驶时的空气动力性噪声，提高汽车在高速行驶时的操纵稳定性，减少飞溅至车窗和照明设备上的污水等。
　　2.2.3 良好的工艺性原则
　　专用汽车的车厢或驾驶室由许多大型覆盖件组成，在进行艺术造型时，应很好地考虑这些覆盖件的工艺合理性，并使零部件之间有良好的装配性。
　　2.2.4 行驶安全性原则
　　合理的布置前后保险杆，可以在撞车时保护乘客的安全；减少车身上的凸起，避免伤到行人。专用汽车驾驶室内必须有良好的视野，使驾驶员在进行某项任务操作时更加准确和方便。
　　2.2.5 人体工程学原则
　　在专用汽车造型设汁中，满足人体功能的要求很重要，保证操作者、乘员能够在舒适、方便的环境内高效及可靠地工作。

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3 专用汽车轻量化研究
　　3.1 轻量化对专用汽车的重要性
　　国外有关试验资料表明，减轻车辆自身质量10%，可降低油耗5%～8%。汽车的发动机的功率主要消耗在克服汽车行驶阻力上。汽车行驶阻力由空气阻力、滚动阻力、加速阻力和爬坡阻力等组成。空气阻力主要与车身的形状、迎风面积等有关，特别在高速行驶时关系更大，但它与整车的总质量无关。而除空气阻力以外的滚动阻力、加速阻力和爬坡阻力均与整车的总质量成正比，所以减轻自身质量，是减少上述三种阻力的重要因素，也是降低燃油消耗的有效措施。
　　轻量化除了能使油耗降低以外，车辆性能也在提高。在同样的功率输出下，较轻的车重对于发动机来说就是较轻的负载，使汽车的操控稳定性也有所提高。
　　3.2 轻量化材料在专用汽车上的应用
　　专用汽车轻量化包括各部分结构的合理设计和轻量化材料的应用二大方面，本文着重对轻量化材料的应用进行说明；目前国内外专用汽车<主要为专用载货运输车)上应用较多的轻量化材料有铝合金、镁合金、高强度钢、塑料及复合材料等。各大汽车公司都已经将采用这些轻量化材料的多少作为衡量生产技术和新材料开发水平是否领先的标志。
　　随着我国专用汽车市场竞争国际化的日趋激烈，国产专用汽车要达到国外同类车水平，加大出口份额将是必然趋势，因而新型轻量化材料的扩大应用已是迫在眉睫。国产专用汽车由于质量较同等级的国外车大，质量利用系数差距也较大，因而更具开发潜力。现对轻量化材料的应用提出几点建议：
　　a.专用汽车的不少构件用材可多种选择，这就形成了一种竞争的格局。当前国内外高强度钢、铝合金和塑料在专用汽车车身外板、车架及车厢部分零部件等方面的竞争尤为突出。此种竞争必然推动各材料生产厂家提高工艺水平，降低成本，并推动汽车设计和制造工艺的进步。竞争机制的形成是推进专用汽车加速实现轻量化的动力。
　　b.由于种种原因，国产专用汽车应用轻量化材料进展较慢。目前载货汽车轻量化的主要目标点应在车身、前后保险杠、车厢、车架及装配在其上的各种支架、挡板等构件。因为这些构件比动力系统部件用材的性能要求低，易于实现用塑料、铝合金和高强度钢来代替。随着技术的不断进步，轻量化材料的品种、用量也会日益增多。镁合金、钛合金、超高强度钢、吸振与吸音夹层薄板及碳钎维复合材料等优质轻量化材料的应用前景令人充满期待。
　　c.国内一些专用汽车厂应制定减轻自质量的远景规划和近期目标，在具体实施时则应借鉴和学习国际先进汽车厂商的轻量化材料应用技术与研发手段。与此同时，尤为重要的是掌握新型材料的设计、成型、焊接、涂装等新技术。
　　d.减轻自身质量应满足三个基本条件：不能影响构件的强度和刚度；不能使成本负担过重；修复成本不能太高。设计人员在应用轻量化材料时，除了进行强度和刚度等的技术计算外，还应进行价值分析(即：价值＝功能/价格)。例如，一种厢式车需应用铝合金来取代钢制车厢，需获得多种资料(有关钢材与铝合金型材的售价、两者造价、燃油费、运价、预期运程、预期空载与满载比、预期使用寿命等)作为价值分析的基础，以此作性能成本的综合评价。
　　实现轻量化是衡量汽车工业技术成就的重要标志之一，也是业内人士长期追寻的技术课题。虽然目前我国轻量化材料的应用与国际先进水平尚有差距，但我们相信只要制定政策、明确目标、措施得力，国产专用汽车轻量化将会很快取得成果。
　　4 结束语
　　伴随着我国经济的发展，专用汽车工业市场和成熟，企业创新观念的培养和提高对专用汽车的发展意义重大。强调造型和轻量化设计是影响和推动企业技术创新，使专用汽车成为更符合美学和环保、高效的专用交通工具的关键。面对当前国内外激烈的竞争市场，我国专用汽车企业应当奋起直追，迎接挑战，采用新技术，开发新工艺，为我国的专用汽车工业树立良好的产品形象，在国际市场中保持持久竞争力做好充足的准备。

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汽车轻量化使塑料作为原材料在汽车零部件领域被广泛采用，从内装件到外装件以及结构件，塑料制件的身影随处可见。目前，发达国家已将汽车用塑料量的多少，作为衡量汽车设计和制造水平的一个重要标志
　　从现代汽车使用的材料看，无论是外装饰件、内装饰件，还是功能与结构件，到处都可以看到塑料制件的身影。在近日举办的2007国际塑料橡胶展上，记者注意到，为有效降低能耗，目前塑料材料在汽车业的应用范围已不仅仅局限于汽车内饰、坐椅、车灯等零部件，而是已扩展到油箱、翼子板、风扇叶片等结构件。更重要的是，随着“以塑代钢”成为汽车设计和制造水平的重要标志，它为塑料工业提供了更加广阔的发展前景。
　　汽车轻量化“相中”塑料汽车工业的发展与塑料工业的发展密不可分。近年来汽车轻量化成为降低汽车排放、提高燃烧效率的有效措施，也是汽车材料发展的主要方向，它使塑料在汽车中的用量迅速上升。目前发达国家已将汽车用塑料量的多少作为衡量汽车设计和制造水平的一个重要标志。
　　统计显示，汽车一般部件重量每减轻1％，可节油1％；运动部件每减轻1％，可节油2％。国外汽车自身质量同过去相比，已减轻20％—26％。预计在未来的10年内，轿车自身的重量还将继续减轻20％。而塑料等轻量化材料的开发与应用，在汽车的轻量化过程中发挥着重大作用。
　　中国汽车工业协会的一位工程师告诉记者，汽车材料应用塑料的最大优势是减轻车体的重量。一般塑料的比重在0.9—1.5，纤维增强复合材料的比重也不会超过2.0，而金属材料的比重，A3钢为7.6，黄铜为8.4，铝为2.7。这就使得塑料材料成为汽车轻量化的首选用材。从现代汽车使用的材料看，无论是外装饰件、内装饰件，还是功能与结构件，到处都可以看到塑料制件的影子。外装饰件的应用特点是“以塑代钢”，减轻汽车自重，主要部件有保险杠、挡泥板、车轮罩、导流板等；内装饰件的主要部件有仪表板、车门内板、副仪表板、杂物箱盖、坐椅、后护板等；功能与结构件主要有油箱、散热器水室、空气过滤器罩、风扇叶片等。
　　汽车轻量化，使包括聚丙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、热固性复合材料、ABS、尼龙和聚乙烯等在内的塑材市场得以迅速放大。近两年，车用塑料的最大品种--聚丙烯，每年以2.2%—2.8%的速度加快增长。预计到2020年，发达国家汽车平均用塑料量将达到500千克/辆以上。
　　“以塑代钢”国外先行一步汽车业“以塑代钢”的趋势在2007国际塑料橡胶展会上得以充分体现。据记者观察，诸多国外塑料生产企业都将其与汽车有关的业务作为推广重点，并展示其用塑料材料制造的汽车零部件产品。如，GE塑料集团采用树脂和最新复合材料技术生产的车用塑料产品，美国首诺公司用工程塑料制成的进气歧管，德国朗盛集团研发的车用塑料零部件……GE塑料集团有关人士表示，使用新型材料后，Volt的翼子板、车窗、仪表板和方向盘等部件的重量都减轻30%—50%。

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事实上，汽车业“以塑代钢”已在国外先行一步。目前国外汽车的内饰件已基本实现塑料化，塑料在汽车中的应用范围正在由内装件向外装件、车身和结构件扩展。今后的重点发展方向是开发结构件、外装件用的增强塑料复合材料、高性能树脂材料与塑料，并对材料的可回收性予以高度关注。统计显示，全世界平均每辆汽车的塑料用量在2000年就已达105千克，约占汽车总重量的8％—12％。而发达国家汽车的单车塑料平均使用量为120千克，占汽车总重量的12％—20％。如奥迪A2型轿车，塑料件总重量已达220千克，占总用材的24.6％。目前，发达国家车用塑料已占塑料总消耗量的7％—8％，预计不久将达到10％—11％。
　　国内塑料业机会放大“以进气歧管为例，在欧洲使用塑料制造的进气歧管占其总量的60％，而这一数字在国内尚不足10％。从中可以看到巨大的市场契机和发展潜力。”巴斯夫（中国）有限公司塑料部市场发展主管黄奕如是说。
　　对于中国来说，塑料在汽车行业的应用尚处于初级阶段。目前，塑料等非金属材料在国产车上的应用状况还比不上进口车。在欧洲，车用塑料的重量占汽车自重的20％，平均每辆德国车使用塑料近300千克，占汽车总重量的22％。与国外相比，国产车的非金属材料用量仍然偏少。国产车的单车塑料平均使用量为78千克，塑料用量仅占汽车自重的5％—10％。
　　但是，随着近年来中国汽车工业的飞速壮大，也激活国内汽车塑料的需求。自1990年以来，我国汽车塑料消费量每年平均增幅达24.7%。业内人士称，塑料及其复合材料是重要的汽车轻质材料。它们不仅可以减轻零部件约40％的重量，还可以使采购成本降低40％左右。专家预计，未来几年，我国车用塑料的用量将大幅上升。到2010年，我国轿车塑料用量为34.9万吨，客车为8.8万吨，货车为9.7万吨，维修保养为18.8万吨。也就是说，由于塑料在减轻汽车重量方面的巨大优势，塑料将在国内汽车行业得到大量应用。而汽车轻量化以及“以塑代钢”的进一步推广，也为国内塑料工业带来新的发展机遇，同时更使得车用塑料产品的市场机会巨量放大。
　　尽管汽车工业的“以塑代钢”为国内塑料行业带来机遇，但有关专家表示，目前我国各类汽车塑料生产企业有1100多家，但是，尚缺乏生产汽车专用塑料的大型骨干企业，现有企业大多数生产规模小而分散，技术水平参差不齐，模具开发能力差，汽车塑料制品的质量难以保证，而塑料回收、再利用方面也才刚刚起步，与国外差距较大。与此同时，由于我国汽车专用塑料牌号少，产品性能不能满足选材要求，每年的进口车用塑料都在不断增加。国内塑料行业要胜出，急需重组，在加强技术研发的同时，提高行业整体实力。

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（一） 序言：

轮胎是汽车的重要部件之一，它直接与路面接触，和汽车悬架共同来缓和汽车行驶时所受到的冲击，保证汽车有良好的乘座舒适性和行驶平顺性；保证车轮和路面有良好的附着性，提高汽车的牵引性、制动性和通过性；承受着汽车的重量，轮胎在汽车上所起的重要作用越来越受到人们的重视。

很早以前轮胎是用木头、铁等材料制成，第一个空心轮子是1845年英国人罗伯特&#8226;汤姆逊发明的，他提出用压缩空气充入弹性囊，以缓和运动时的振动与冲击。尽管当时的轮胎是用皮革和涂胶帆布制成，然而这种轮胎已经显示出滚动阻力小的优点。根据这一原理，1888年约翰&#8226;邓录普制成了橡胶空心轮胎，随后托马斯又制造了带有气门开关的橡胶空心轮胎，可惜的是因为内层没有帆布，而不能保持一定的断面形状和断面宽。

1895年随着汽车的出现，充气轮胎得到广泛的发展，首批汽车轮胎样品是1895年在法国出现的，这是由平纹帆布制成的单管式轮胎，虽有胎面胶而无花纹。直到1908年至1912年间，轮胎才有了显著的变化，即胎面胶上有了提高使用性能的花纹，从而开拓了轮胎胎面花纹的历史，并增加了轮胎的断面宽度，允许采用较低的内压，以保证获得较好的缓冲性能。

1892年英国的伯利密尔发明了帘布，1910年用于生产，这一成就除改进了轮胎质量，扩大了轮胎品种外，还使外胎具备了模制的可能性。随着对轮胎质量要求的提高，帘布质量也得到改进，棉帘布由人造丝代替，50年代末人造丝又被强力性能更好、耐热性能更高的尼龙、聚酯帘线所代替，而且钢丝帘线随着子午线轮胎的发展，具有很强的竞争力。

1904年马特创造了炭黑补强橡胶，大规模用于补强胎面胶是在轮胎采用帘布之后，因为在这之前，帆布比胎面在轮胎使用中损坏得还要快，炭黑在胶料中的用量增长很快，30年代每100份生胶中使用的炭黑也不过20份左右，这时主要在胎面上采用炭黑，胎体不用，现在已达50份以上。胎面中掺用炭黑以前，轮胎大约只行驶6000km就磨光了，掺用炭黑后，轮胎的行驶里程很快就得到显著的提高。现在一组货车轮胎大约可行驶10万km，在好的路面上，甚至可达20万km。

1913-1926年，因发明了帘线和炭黑轮胎技术，为轮胎工业发展奠定了基础。轮胎外缘的标准化，制造工艺的逐渐完善，生产速度比以前提高了，轮胎的产量与日俱增。

随着汽车工业的发展，轮胎技术一直不断地改进与提高，如20年代初至30年代中期轿车胎由低压轮胎过渡到超低压轮胎；40年代开始轮胎逐步向宽轮辋过渡；40年代末无内胎轮胎的出现；50年代末低断面轮胎问世等等。许多新技术的出现都莫过于1948年法国米西林公司首创的子午线结构轮胎，这种轮胎由于使用寿命和使用性能的显著提高，特别是在行驶中可以节省燃料，而被誉为轮胎工业的革命，在这里简略介绍一下当今发展的主要几种轮胎特征。

子午线轮胎：这种轮胎的特点是帘布层帘线排列的方向与轮胎的子午断面一致(即胎冠角为零度)，由于帘线的这样排列，使帝线的强度能得到充分利用，子午线轮胎的帘布层数一般比普通的斜线胎约可减少40—50％。帘线在圆周方向只靠橡胶来联系。

子午线轮胎与普通斜线胎相比，具有弹性大，耐磨性好，可使轮胎使用寿命提高30—50％，滚动阻力小，可降低汽车油耗8％左右，附着性能好，缓冲性能好，承载能力大，不易穿刺等优点。缺点是：胎侧易裂口，由于侧面变形大，导致汽车侧向稳定性差，制造技术要求及成本高。

无内胎轮胎：无内胎轮胎与一般的轮胎不同之处在于没有内胎，空气直接压入外胎中，因此轮胎与轮辋间需有很好的密封。

无内胎轮胎在外观上和结构上与有内胎轮胎近似，所不同的是无内胎轮胎内壁上附加了一层厚约2—3mm的专门用来封气的橡胶密封层，它是用硫化的方法粘附上去的，当轮胎穿孔后，由于其本身处于压缩状态而紧裹着穿刺物，故能长期不漏气，即使将穿刺物拔出，也能暂时保持胎内气压。

无内胎轮胎胎圈上有若干道同心的环形槽，在胎内气压作用下，槽纹能可靠地使胎圈压紧在轮辋边缘上保证密封。安装无内胎轮胎的轮辋是不漏气的，它有着倾斜的底部和平匀的漆层。气门嘴直按固定在轮辋上，其间垫以密封用的橡胶衬垫。

无内胎轮胎有气密性好，散热好，结构简单，质量轻等优点。缺点是途中修理较为困难。宽断面轮胎：随着汽车车速的提高，要求降低整车重心，改善操纵性能，这就要求提高轮胎的侧向稳定性和对路面的附着性能，以确保高速状态下的行车安全，这样低断面轮胎的出现就成为必然趋势。轮胎的断面高(H)与断面宽(的比值(H／是代表轮胎结构特征的重要参数，称之为轮胎的高宽比，也有人称之为扁平比。从上世纪20年代开始，轿车轮胎的外径减小了25％，轮辋直径减小了35％，轮胎和轮辋的宽度增加了将近一倍，轮胎的高宽比不断减小，轿车达0．5，赛车达0．4，特别是宽宽的轮胎与高级轿车匹配，更为美观大方。
汽车轮胎生产发展的历史表明，前50年主要是解决如何提高轮胎的使用寿命问题，近年来，由于汽车制造和交通运输部门对轮胎的要求日益苛刻，轮胎研究的重点转到轮胎行驶性能、安全性能、舒适性能和经济性能上来，总之，轮胎的发展总趋势是“三化”，即子午线化、无内胎化、低断面化。目前，轿车轮胎已实现了这“三化”，货车轮胎正在向这个方面发展。

未完  待续

manlian1997

作报告呐？这种事都会说，先谈谈具体的操作和案例吧，分析的文章早有人做过了！