第一篇：工程塑料在汽車上的應(yīng)用狀況

工程塑料在汽車上的應(yīng)用狀況

1、工程塑料在汽車動(dòng)力系統(tǒng)中的應(yīng)用

早已作為汽車內(nèi)飾件優(yōu)先選用材料并不斷擴(kuò)大應(yīng)用作汽車外飾件材料，現(xiàn)在又開始令人矚目的應(yīng)用于制造汽車發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)的功能部件，將來可能取代金屬制造汽車動(dòng)力系統(tǒng)的幾乎每一種零件?，F(xiàn)在，轎車、箱式汽車(面包車)、小卡車上使用的塑料，大約25%用于發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)，除了很久已經(jīng)改用塑料制造的翼子板內(nèi)襯和蓄電池殼體外，發(fā)動(dòng)機(jī)和燃油系統(tǒng)有越來越多的金屬件改用塑料制造。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩下(即發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi))進(jìn)氣歧管是最有可能用工程塑料和熱固性塑料包括聚苯硫醚、尼龍、聚醚整體塑料(BMC)和酚醛塑料制造的部件。首先實(shí)行商業(yè)化生產(chǎn)的塑料進(jìn)氣歧管，是德國富呂登伯格公司用聚酯BMC制造的歧管，其內(nèi)表面十分光滑，有助于空氣進(jìn)入，使得發(fā)動(dòng)機(jī)效率比用金屬歧管高15%，歧管重量減輕1kg。ICI公司先進(jìn)材料部采用專用級(jí)尼龍66，用其制造的進(jìn)氣歧管早在1990年使用與大批量生產(chǎn)的汽車上。通用電氣公司塑料部與CMI國際公司聯(lián)合研制供通用汽車公司和克萊斯勒公司使用塑料進(jìn)氣歧管，采用玻璃增強(qiáng)的PPS與尼龍和其他工程樹脂的合金。其他公司如拜耳公司赫斯特-塞拉尼斯公司、菲利浦公司的PPS，巴斯夫公司和杜邦公司的高性能尼龍，也被機(jī)械制造廠家考慮用作制造進(jìn)氣歧管的材料。

發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋罩是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)最適合用工程塑料注塑制造的部件之一。許多公司都主要選用增強(qiáng)乙烯基酯和酚醛樹脂模塑的熱固性塑料結(jié)構(gòu)，因其耐熱性高，防火安全性能好。不過有部分汽車設(shè)計(jì)師傾向于采用尼龍。

2、工程塑料在汽車照明技術(shù)中的應(yīng)用

在車前大燈塑料應(yīng)用方面，考慮到大燈玻璃的透明性、耐熱性、耐沖擊性以及易于成型性，多數(shù)采用表面涂覆硬膜的PC，從而進(jìn)一步提高了耐擦傷性和耐候性。德國拜耳公司和美國GE塑料公司合資的Exatec公司推出了具有杰出的耐候性和耐磨性的聚碳酸酯(PC)汽車窗系統(tǒng)Exatec500，并已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化[10]。前大燈反射鏡殼一般用BMC(團(tuán)狀模塑料)、PPS、PC、PBT等制成。

后排指示組合燈，其燈罩材料為PMMA，燈殼為填充PP，他們之間用熱熔膠粘劑粘接。隨著振動(dòng)焊接技術(shù)的發(fā)展，燈殼材料開始采用耐熱ABS。

世界領(lǐng)先的汽車車燈制造商法雷奧(Valeo)為該公司的自適應(yīng)前燈系統(tǒng)選擇了杜邦公司的Zytel HTN PPA塑料產(chǎn)品。這種車燈系統(tǒng)在大眾帕薩特和雪鐵龍C4等眾多車型上均有所應(yīng)用。該系統(tǒng)可以給司機(jī)提供更為清晰的夜間視野，從而加強(qiáng)安全性。這種自適應(yīng)前燈系統(tǒng)可以根據(jù)車輛的行駛速度和轉(zhuǎn)彎角度自動(dòng)改變燈光的強(qiáng)度和方向，從而使司機(jī)在夜間可以更清楚地看到道路彎曲的地方，夜間照明燈光強(qiáng)度的增高大大減小了司機(jī)在道路彎曲處及十字路口的駕駛壓力和疲勞狀況，這樣就提高了司機(jī)在各種天氣和路況下駕駛的舒適性。法雷奧設(shè)計(jì)的氙氣前燈適合中、高檔的駕駛速度，在道路彎曲處它可以把司機(jī)的視野距離擴(kuò)大1倍。杜邦公司在開發(fā)熱塑性塑料方面走在世界的前列，它開發(fā)的塑料可以用來代替金屬。隨著汽車制造商在追求更輕便的、燃油效率更高的汽車，杜邦的高強(qiáng)度、耐高溫的樹脂產(chǎn)品可以用來代替汽車上的金屬部件。用來代替法雷奧車燈系統(tǒng)中金屬部件的高強(qiáng)度、耐高溫的Zytel HTN PPA產(chǎn)品就是一個(gè)很好的例子。

工程塑料供應(yīng)商Solvay公司推出兩種用于高反射的汽車前燈的最佳材料。一種是聚砜UdelLTG-2000品級(jí)，使用溫度可達(dá)175℃，它比大多數(shù)高溫PC和PC/PEI合金更耐溫;一種是聚醚砜Radel LTG-3000，特別適合用于205℃的高溫，它比許多PEI品級(jí)具有更高耐溫性，耐沖擊性提高了50%，熔體流動(dòng)速率也增加了33%。Lanxess公司推出兩種聚對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBT)品級(jí):Pocan KU2-7003和TP006-004。它們可用于制造汽車前燈罩，替代耐高溫?zé)崴苄运芰先绻簿厶妓狨ズ途勖秧浚以趦r(jià)格上更有優(yōu)勢。兩種產(chǎn)品均具有優(yōu)異的表面性能，而且可以直接金屬化，不需底漆預(yù)處理，可以在160℃下使用。KU2-7003已經(jīng)用于雪鐵龍C2和C3汽車前燈。兩種品級(jí)加工時(shí)都不會(huì)釋放揮發(fā)性氣體，積垢非常少，這使金屬化的燈罩表面性能更好。兩種材料的流動(dòng)性都好，適合于制造大型和幾何形狀復(fù)雜的燈罩。此外，另一種用于燈罩的脫模性更好的Pocan也即將商品化。工程塑料在汽車裝飾件的應(yīng)用

汽車塑料件根據(jù)主要用途，大體分為功能件和結(jié)構(gòu)件兩種。而汽車的裝飾件大多為結(jié)構(gòu)件，工程塑料在汽車裝飾領(lǐng)域的應(yīng)用范圍最廣。隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，各種新型樹脂的出現(xiàn)以及通過合金、共混、復(fù)合等改性手段得到各種高性能材料已經(jīng)能夠滿足汽車行業(yè)對(duì)功能型塑料件和結(jié)構(gòu)型塑料件及其應(yīng)用材料提出的各種綜合性能指標(biāo)要求，塑料在汽車上的應(yīng)用范圍和用量將不斷增加。主要的汽車塑料裝飾件一般分為內(nèi)飾件和外飾件，其中內(nèi)飾件占整車塑料用量的56%，以往的汽車內(nèi)飾件較多的工程塑料有ABS、PUR和塑料合金等。主要的汽車塑料內(nèi)飾件有儀表板、內(nèi)板、頂柵、門內(nèi)手柄、裝飾條等。

目前使用的儀表板可分為硬質(zhì)儀表板和軟質(zhì)儀表板兩種。硬質(zhì)的一般在輕、小型貨車上使用，經(jīng)一次注射而成。這種儀表板尺寸很大，無蒙皮，表面質(zhì)量要求很高，對(duì)材料要求耐濕、剛性。由于多點(diǎn)注塑成型，易形成流痕和熔接痕，一般表面需經(jīng)涂裝才能使用。材料可用MPPO、ABS等。軟質(zhì)儀表板由表皮、骨架材料、緩沖材料等組成。骨架材料的選用不同廠家有所不同，有的采用硬紙板、木材，有的采用PC/ABS合金，還有采用鋼板作骨架材料，也有用ABS、GFAS等。表皮材料，如桑塔納、捷達(dá)、富康轎車等采用PVC/ABS合金片材，并帶皮紋，以骨架為內(nèi)模，用真空吸塑法將表皮材料敷在骨架上，形成一層既美觀又有良好手感的表面。

門內(nèi)板的構(gòu)造基本上類似于儀表板，由骨架、發(fā)泡材料和表皮構(gòu)成。以小紅旗轎車和奧迪轎車為例，門內(nèi)板的骨架部分由ABS注塑而成，再把襯有PU發(fā)泡材料的滌綸表皮以真空成型的方法，復(fù)合在骨架上形成一體。

頂棚由基材和表皮構(gòu)成?；囊筝p量、高剛性、尺寸穩(wěn)定、易成型等，一般使用熱塑性聚氨酯發(fā)泡內(nèi)材，PP發(fā)泡片材，玻璃纖維瓦楞紙，蜂窩狀塑料帶等。P表皮材料可用織物、無紡布、TPO、PVC等。

門內(nèi)手柄，不僅是啟閉門的功能件，而且也是裝飾件。一般以ABS、改性PP等材料制成。每扇門有上下2根門檻飾件，一般用ABS經(jīng)注射而成，帶皮紋。

為提高乘坐的舒適感，要求降低噪音。為此把消聲材料埋入到部件的襯里去，如儀表板、地毯、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋板、行李箱等，消聲材料有廢毛氈、發(fā)泡PU、玻璃纖維紙板等。由于車廂內(nèi)外溫差而造成側(cè)窗玻璃模糊，影響司機(jī)的視線，側(cè)窗防霜器孔中可噴出冷熱氣體，以消除側(cè)窗的模糊。桑塔納轎車的防霜器就是用PC/ABS制成。

汽車輕量化的關(guān)鍵在于汽車車身，用塑料制作車身覆蓋件可以一次成型，不需要進(jìn)行后處理和機(jī)械加工，可降低成本。塑料車身覆蓋件表面光滑、尺寸精確、質(zhì)量穩(wěn)定、NVH(噪聲、振動(dòng)、沖擊)指標(biāo)也比金屬覆蓋件小，所以汽車中頂蓋、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、汽車保險(xiǎn)杠、散熱器格柵、擋泥板、側(cè)防撞條、后導(dǎo)流板等大半都使用工程塑料配件。汽車外飾件散熱器格柵是為了發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻而設(shè)置的開口部件，位于車體最前面，往往把汽車的銘牌鑲嵌其間，是表現(xiàn)一輛轎車風(fēng)格的重要零件。目前轎車上一般用ABS或PC/ ABS合金，經(jīng)注塑成型制成。也有采用耐候性較好的ASA材料，注塑成型后，表面可不經(jīng)涂裝。最近已出現(xiàn)用聚酯彈性體做的格柵，在表面濺射金屬鉻后使用。車外門把手一般用POM制作，電鍍件采用PC/ABS合金，門鎖一般使用剛性好的POM，玻璃升降器的支承機(jī)構(gòu)及手搖把材料為POM，雨刷件的桿可用PBT或POM:球碗用POM車輪箍使用改性PA或PA/PPO再經(jīng)表面鍍鉻。汽車底盤件大多承受較大的負(fù)荷，不易塑料化。

目前塑料件僅限于汽車轉(zhuǎn)向制動(dòng)、傳動(dòng)懸掛系統(tǒng)中，大部分用在需要耐磨的運(yùn)動(dòng)件上，零件不大。但對(duì)材料要求具有高強(qiáng)度、耐磨擦性好，多用改性POM、PBT等材料制造。此外，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、水箱、油箱、電路系統(tǒng)等都大量的用到塑料制件。工程塑料在汽車安全化的應(yīng)用

汽車的安全性能是汽車的一項(xiàng)重要生產(chǎn)指標(biāo)，在汽車安全化發(fā)展進(jìn)程中，工程塑料起著舉足輕重的作用。

目前，國外中高檔轎車的保險(xiǎn)杠已采用PC/PBT合金制造，因?yàn)榇瞬牧喜粌H機(jī)械性能高，特別是沖擊強(qiáng)度比PP制保險(xiǎn)杠高出許多。如GE公司的Xenoy-XT適合于制作汽車保險(xiǎn)杠。它不僅能承受碰撞，保險(xiǎn)杠與車體組裝后一起涂裝(以使保險(xiǎn)杠與車體保持同一色澤)時(shí)，能耐155℃/30min的烘烤干燥。拜耳公司、巴斯夫公司也都有用于保險(xiǎn)杠的品種。巴斯夫的Ultrablend，不僅具有PBT的耐化學(xué)藥品性、耐油性及流動(dòng)性，又具有PC的低溫韌性，耐熱性及高的機(jī)械性能(尤其突出的高抗沖擊性)，已經(jīng)大量用于制造保險(xiǎn)杠。此外還有熱塑性彈性體TPE，它在常溫下具有橡膠特性，在高溫下能塑化成型，用通用的塑料機(jī)械可以加工成各種零件。

燃油箱是汽車中重要的安全部件之一，有單層或多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，要求其材質(zhì)具有耐寒、耐熱、耐蠕變、耐應(yīng)力開裂、耐老化、耐溶劑和耐化學(xué)藥品腐蝕等性能，以適應(yīng)抗沖擊、抗?jié)B漏、阻燃、防爆等方面的要求。

塑料功能件主要指發(fā)動(dòng)機(jī)部件及其罩下燃油進(jìn)氣系統(tǒng)和電器系統(tǒng)。雖然用塑料制作的發(fā)動(dòng)機(jī)部件比金屬部件成本低、質(zhì)量輕、噪聲小，但是要求塑料件必須能夠耐175℃的高溫、剛性高、尺寸穩(wěn)定性好、耐腐蝕。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)部件使用的塑料主要是尼龍66、PPS、聚酯等。目前，Rogers公司用玻纖增強(qiáng)酚醛塑料制成了發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸和油盤;BMW公司的六缸和四缸新型發(fā)動(dòng)機(jī)使用了全塑料進(jìn)氣裝置;Mann&Hummel公司使用35%的玻纖增強(qiáng)尼龍制造進(jìn)氣裝置。

汽車塑料燃油箱的發(fā)展起步于歐洲，所以目前歐洲的制造商INERGY和KAUTEX TEXTRON公司一直是處于世界塑料燃油箱的領(lǐng)導(dǎo)者地位，并且市場占有率超過50%。隨著汽車塑料燃油箱在北美和日本汽車市場的蓬勃發(fā)展，當(dāng)?shù)厥袌銎鸩讲l(fā)展了一批知名塑料燃油箱的OEM—如TI AU-TOMOTIVE，VISTEON，ABC，日本YACHIYO和FTS公司等。2005年，全球乘用車產(chǎn)量大約在6200萬輛，塑料燃油箱的市場占有率約為68%，銷量為4200萬只，塑料燃油箱在世界范圍的市場占有率:歐洲和北美市場處于領(lǐng)先地位，2005年歐洲市場占有率達(dá)到95%，在北美市場占有率達(dá)到了80%，而亞洲市場占有率僅有26%。

汽車安全氣囊系統(tǒng)除了傳感器、微處理器、氣體發(fā)生器和氣囊等重要部件外，氣囊蓋板也是十分重要的一個(gè)部件。熱塑性彈性體是汽車安全氣囊蓋的主要使用材料。作為安全氣囊蓋板的熱塑性彈性體主要有聚烯烴共混型熱塑性彈性體(TPO、TPV)、聚氨酯型熱塑性彈性體(TPU)、聚酯型熱塑性彈性體(TPEE)。不同的級(jí)別車型，用不同的安全氣囊系統(tǒng)配置。從低檔車的只配主駕氣囊到高檔車的多個(gè)氣囊甚至十幾個(gè)氣囊，每臺(tái)車氣囊蓋板材料的使用差別很大。由于TPEE兼具橡膠的柔軟性、彈性和熱塑性塑料的剛性、易加工性，而且同其他熱塑性彈性體相比，耐熱性最高，所以在汽車領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用，作為安全氣囊蓋板材料顯示出獨(dú)特的優(yōu)越性。但近幾年來TPO技術(shù)的突破性發(fā)展，以其較高性價(jià)比的優(yōu)點(diǎn)使其在汽車安全氣囊蓋板中的使用越來越廣泛。

第二篇：工程塑料在飛機(jī)、汽車上的應(yīng)用

工程塑料在飛機(jī)、汽車上的應(yīng)用

工程塑料在飛機(jī)上的應(yīng)用

工程塑料作為質(zhì)量輕，耐沖擊，比強(qiáng)度大，電絕緣性能優(yōu)良，耐腐蝕，耐磨和成型工藝簡便的材料，工程塑料在飛機(jī)上的應(yīng)用極為廣泛，幾乎所有的工程塑料及其增強(qiáng)材料都可以在飛機(jī)上找到自己的合適位置，發(fā)揮作用。

（一）電氣零部件

飛機(jī)上使用工程塑料最早是為了利用其優(yōu)良的電絕緣性能，主要用于電機(jī)、電器、儀表、輸電系統(tǒng)等方便制造線圈骨架、接線板、插座、接插件、開關(guān)以及導(dǎo)線的絕緣層和保護(hù)套管等。例如，改性ABS塑料、聚碳酸酯PC、改性PP材料、改性POM材料和改性聚酰胺等用于制造電氣導(dǎo)管、調(diào)整器、連接器、各種開關(guān)等電器零部件；

（二）結(jié)構(gòu)件

用工程塑料代替金屬制造飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和各種附件上的結(jié)構(gòu)零件，包括自潤滑軸承、軸瓦、密封圈、擋圈、緊固件、儀表殼體、凸輪、滑輪、齒輪、襯套及各種墊片等，是擴(kuò)大工程塑料在飛機(jī)上應(yīng)用的一個(gè)重要方面。例如，聚醚醚酮可用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)的各種零件；聚酰胺和聚甲醛可用于制造飛機(jī)上使用的各種滑輪、凸輪。擋圈、齒輪等；玻纖增強(qiáng)聚酰胺塑料用于制造噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)尾噴管和雨鱗片等。

（三）內(nèi)部裝飾件 內(nèi)部裝飾件是塑料在飛機(jī)上應(yīng)用的另一重要方面，這些內(nèi)部裝飾件包括行李艙架、地板、襯墊、座椅、窗框、隔音絕熱材料和粘貼裝飾材料等，在客艙內(nèi)大面積使用裝飾壁板、天花板、儲(chǔ)物箱、分艙板等表面都粘貼有裝飾效果良好有具有阻燃性能的聚氯乙烯薄膜；ABS塑料主要應(yīng)用在座椅扶手、門內(nèi)側(cè)板、門內(nèi)飾件；聚碳酸酯主要應(yīng)用在窗框、書報(bào)架、廢物箱、座椅、旅客服務(wù)設(shè)施、小桌板、地毯鑲邊等；改性聚酰胺主要應(yīng)用在座椅靠背、彈性座墊、壁板、手提筐等。

（四）透明部件

透明件是指在飛機(jī)上用于觀察和采光的透明材料制件，包括風(fēng)擋、座艙蓋、機(jī)頭罩、形狀各異的舷窗、透明隔板、機(jī)內(nèi)的儀表面板、旅客采光燈罩和各種飛機(jī)的航行燈罩等。由于透明件是機(jī)身結(jié)構(gòu)的一部分，為保持機(jī)體有良好的氣動(dòng)外形，大多數(shù)透明件具有精確的曲面外形，在飛行中能承受氣動(dòng)載荷、增壓載荷和氣動(dòng)力加熱。因此，透明件既是結(jié)構(gòu)件又是功能件，是飛機(jī)上不可缺少的一個(gè)結(jié)構(gòu)組成部分。1，透明材料的分類及性能

用于制造透明件的透明材料按聚合物類型分為聚甲基丙烯酸甲酯（有機(jī)玻璃）PMMA和聚碳酸酯PC兩大類，PMMA為通用塑料，PC為工程塑料。

這類材料用于制造飛機(jī)的各種透明件以及用作玻璃-塑料復(fù)合透明材料的結(jié)構(gòu)層。飛機(jī)透明件有單層、雙層、層合三種結(jié)構(gòu)形式，后兩種結(jié)構(gòu)形式按其材料的組合方式又可分為玻璃-玻璃、玻璃-有機(jī)玻璃、玻璃-聚碳酸酯、有機(jī)玻璃-聚碳酸酯物種類型。2，透明材料的要求

航空透明材料制成的飛機(jī)透明件要求具有良好的光學(xué)性能、足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、耐磨性和使用壽命，以及使用可靠和維護(hù)方便等特點(diǎn)，由于現(xiàn)代飛機(jī)性能不能提高，工作條件更加苛刻，透明件不僅要求承受座艙內(nèi)外壓差所造成的結(jié)構(gòu)載荷，同時(shí)還要承受高速飛行氣動(dòng)加熱及各種飛行條件下瞬時(shí)或長時(shí)間的熱影響，另外，對(duì)于風(fēng)擋還有防水和防霧的要求，以及能夠抵御飛鳥的撞擊等。對(duì)于飛機(jī)的風(fēng)擋、艙蓋等關(guān)鍵部位，在光學(xué)性能和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的設(shè)計(jì)上必須有較大的安全系數(shù)，制造時(shí)要有嚴(yán)格的篇品質(zhì)管理體系，從而確保飛機(jī)透明件的安全可靠。3，透明材料在飛機(jī)上的應(yīng)用

在飛機(jī)上透明材料主要用于制造擋風(fēng)、座艙蓋和觀察窗等透明件。大型客機(jī)和轟炸機(jī)透明件數(shù)量較多，除駕駛室內(nèi)的各種用途的風(fēng)擋外，在客機(jī)上還有大量旅客觀察窗，在轟炸機(jī)上還有后機(jī)身段觀察窗、射擊側(cè)窗等。工程塑料在汽車上的應(yīng)用

隨著汽車生產(chǎn)量的逐年增加，汽車專用塑料材料的用量也在不斷增加，車用改性塑料材料的技術(shù)也在不斷創(chuàng)新，車用塑料材料主要以節(jié)能、環(huán)保和質(zhì)輕為主，因此，節(jié)約能源已成為汽車制造業(yè)所關(guān)注的重點(diǎn)。汽車的小型化和輕量化是節(jié)約能源的有效措施。

汽車輕量化的措施是要選用輕質(zhì)材料，輕質(zhì)材料有塑料、鋁合金、高強(qiáng)度鋼等，其中塑料是首選材料，這是因?yàn)樗芰喜粌H可使汽車輕量化，而且也是提高汽車造型的美觀與設(shè)計(jì)的靈活性，降低零部件加工、裝配和維修費(fèi)用的有效途徑。隨著汽車塑料化趨勢成型，汽車專用塑料材料的應(yīng)用得到進(jìn)一步提高。

車用塑料中，熱塑性塑料占有相當(dāng)高的比例，主要是聚丙烯PP的用量最大，其次是ABS、PC/ABS合金材料等材料，與通用塑料相比，工程塑料在強(qiáng)度、剛性、內(nèi)熱性、耐沖擊性和尺寸穩(wěn)定性等方便具有優(yōu)勢，所以，近年來工程塑料在汽車上的 應(yīng)用日益增多，主要用作保險(xiǎn)杠、燃油箱、儀表板、車身板、車門、車燈罩、燃油管、散熱器以及發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)部件等。

除上述主要汽車部件外，還有許多汽車零部件用工程塑料制造，如，汽缸蓋、墊圈、真空管、手柄、操縱桿、固定支架等可用玻纖在那個(gè)氣尼龍制造；水泵葉輪、排氣閥、油門踏板、開關(guān)、軸套、齒輪、滑塊、鎖定裝置固定墊片等可用聚甲醛（POM）制造；轉(zhuǎn)向盤開關(guān)殼體、煙灰盒蓋、車門鎖桿按鈕、儀表板開關(guān)飾板、車門頭道密封壓板、儀表板插片、啟動(dòng)拉索手柄、空調(diào)出風(fēng)口、百葉窗、后視鏡內(nèi)蓋、拉手蓋板、散熱器格柵、除霜器碰嘴、雜物箱、刮水器等可用ABS材料制造。

在節(jié)能環(huán)保、以塑代剛的趨勢下，汽車用塑料原材料的應(yīng)用推廣將持續(xù)推進(jìn)。在技術(shù)不斷創(chuàng)新、材料品質(zhì)和工藝持續(xù)提升下，汽車用改性塑料材料將進(jìn)一步得到提升，車用改性塑料材料也將邁向大規(guī)模推廣應(yīng)用。

第三篇：輕量化在汽車上的應(yīng)用

輕量化在汽車上的應(yīng)用

一、輕量化”是新能源汽車發(fā)展方向之一

■ 輕量化是新能源汽車發(fā)展方向

汽車輕量化設(shè)計(jì)，不僅帶來油耗降低，更能促進(jìn)綜合性能的全面提升?？萍疾坎块L萬鋼強(qiáng)調(diào)了“輕量化”是中國電動(dòng)汽車的發(fā)展方向之一。

德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)與能源部委托德國工程師協(xié)會(huì)（VDI）編制的2015年《德國輕量化現(xiàn)狀盤點(diǎn)》研究報(bào)告中指出，輕量化對(duì)汽車制造業(yè)等許多行業(yè)意義深遠(yuǎn)，它決定了德國工業(yè)在未來的全球市場中是否能以創(chuàng)新、高能效和資源節(jié)約型的產(chǎn)品取得統(tǒng)治地位。

研究表明，在市區(qū)的運(yùn)行工況下，平均車重1600kg的電動(dòng)車如果減重20%，能量消耗可以減少15%。如果采用增加電池來增加行駛里程，成本往往會(huì)非常高。

有關(guān)專家認(rèn)為，在電池技術(shù)短期內(nèi)難有重大突破的情況下，電動(dòng)汽車迫切需要采用輕量化技術(shù)來降低重量，以減輕電池增重的壓力。

■ 新能源汽車輕量化設(shè)計(jì)有多種趨勢

新能源汽車企業(yè)正在做輕量化設(shè)計(jì)，北汽、長安走在前列，奇瑞、江淮、吉利等也都非常重視。目前正在探討新能源汽車輕量化的路線，比如，整車包括車身輕量化、全新架構(gòu)底盤輕量化、電池系統(tǒng)輕量化以及車身內(nèi)外飾與電子電器等；材料方面包括復(fù)合材料及成形工藝、輕質(zhì)鋁合金及成形工藝、高強(qiáng)度鋼及成形工藝、輕質(zhì)鎂合金及成形工藝等。

未來新能源汽車輕量化將車身高強(qiáng)鋼化和全鋁車身兩條路線并行，2020年先進(jìn)高強(qiáng)鋼比例達(dá)到國際先進(jìn)水平和應(yīng)用全鋁車身。

汽車車身輕量化的發(fā)展趨勢是混合多材料設(shè)計(jì)。碳纖維混合材料車身不僅能夠承重，而且更安全。至于目前存在的成本高問題，碳纖維成本居高不下，主要是工藝成本高，未來批量生產(chǎn)，成本有望下降。

汽車對(duì)材料的成本要求很高，因此碳纖維在汽車輕量化中的應(yīng)用，首先要解決成本問題。

■ 仍有問題急需解決

相比傳統(tǒng)汽車，新能源汽車車身結(jié)構(gòu)不一樣，高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金在新能源汽車上應(yīng)用較多。由于新能源汽車是未來發(fā)展趨勢，國家十分重視其輕量化。

與傳統(tǒng)節(jié)能汽車的輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有所區(qū)別的是，新能源汽車的輕量化技術(shù)手段、電動(dòng)汽車整車重量、續(xù)航能力與重量設(shè)計(jì)都需要重新研究。需根據(jù)不同車型，設(shè)計(jì)輕量化方案，這是企業(yè)所面臨的重要挑戰(zhàn)之一。

碳纖維復(fù)合材料NVH（減振降噪）水平如何提高是輕量化設(shè)計(jì)過程中所面臨的挑戰(zhàn)和問題。隨著輕量化技術(shù)應(yīng)用越來越多，多材料的輕量化技術(shù)路徑成為必然的趨勢，因而連接技術(shù)也成為輕量化技術(shù)應(yīng)用過程中的重點(diǎn)技術(shù)。

新能源汽車輕量化設(shè)計(jì)需要開發(fā)高集成度的電動(dòng)一體化底盤產(chǎn)品技術(shù)，高度集成電池系統(tǒng)、高效高集成電驅(qū)動(dòng)總成、主動(dòng)懸架系統(tǒng)、線控轉(zhuǎn)向/制動(dòng)系統(tǒng)、集成控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整車操縱穩(wěn)定性、電池組安全防護(hù)、底盤系統(tǒng)的輕量化研究應(yīng)用。新能源汽車企業(yè)也需要系統(tǒng)規(guī)劃，圍繞整車輕量化開展整車輕量化目標(biāo)制定，分解和組織行業(yè)資源針對(duì)輕量化應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)。

二、專用汽車輕量化制作采用鋁合金材料的優(yōu)勢

目前在專用汽車上應(yīng)用較多的輕量化材料有鋁合金、鎂合金、高強(qiáng)度鋼、塑料及復(fù)合材料等。各大汽車公司都已經(jīng)將采用這些輕量化材料的多少作為衡量汽車生產(chǎn)技術(shù)和新材料開發(fā)水平是否領(lǐng)先的重要標(biāo)志。

鋁合金：與鋼相比，鋁合金具有質(zhì)量輕、耐腐蝕性好、易于加工等特點(diǎn)，但成本較高，是近20年來在載貨汽車上使用最多的輕量化材料。

鎂合金：與鋼鐵相比，鎂合金密度小，易于加工，壓鑄經(jīng)濟(jì)，其最大的特點(diǎn)是阻尼減振性和抗凹性好。鎂合金在上世紀(jì)40年代就被一些公司采用。鎂合金在應(yīng)用上比鋁合金發(fā)展慢，主要原因是其鑄造性差、后處理工藝復(fù)雜、成本較高。當(dāng)前世界上每輛汽車的鎂合金平均用量僅2.4KG。隨著研制材料技術(shù)水平的提高，其應(yīng)用速度不斷加快。

塑料及復(fù)合材料：汽車塑料制品一般分為內(nèi)飾件、外飾件和功能件等，目前世界主要汽車用塑料件的內(nèi)飾化已基本完成。玻璃纖維增強(qiáng)塑料等新產(chǎn)品已隨著新技術(shù)的成熟而逐步擴(kuò)大應(yīng)用，主要用于車身內(nèi)裝件和功能件。

高鋼度鋼：在輕量化材料中，與鋁合金、塑料相比，高強(qiáng)度鋼具有以下特點(diǎn)。價(jià)格低，基本上可以利用原有生產(chǎn)線；其彈性模量高、剛性好、耐沖擊性好及較高的疲勞強(qiáng)度，有些高強(qiáng)度鋼的抗拉強(qiáng)度為普通鋼的2～3倍；耐腐性差。

相比之下，鋁合金在專用汽車輕量化新材料中更加具有以下優(yōu)勢：

1、整備質(zhì)量低。鋁的密度低，只有2.7g/cm3，是同體積鋼的1/3重量。鋁合金材料在運(yùn)輸車上的應(yīng)用，極大的減輕了其自重。如御捷馬公司生產(chǎn)的13m鉚接式鋁合金廂式半掛車，與同類鋼制材料半掛車相比自重減輕約3t，一個(gè)45m3的鋁制半掛罐車，其自重可以減輕5t多。

2、耐腐蝕、壽命長。鋁合金具有較好的耐腐蝕性。用鋁合金制造的(廂)罐體，內(nèi)部不需要涂任何防護(hù)層就可以運(yùn)輸各種液體和貨物，從而保證了油品的清潔，減少了對(duì)貨物的污染。根據(jù)歐美國家的經(jīng)驗(yàn)，一般鋁合金運(yùn)輸車輛的壽命周期一般在1520年，比普通鋼制車輛壽命長510年。同時(shí)，由于鋁合金耐腐蝕性好，可長期保持表面美觀，車輛實(shí)際使用和維護(hù)成本較低。而普通鋼制材料車輛特別是拉煤半掛車，新車投入使用不久，就會(huì)出現(xiàn)銹蝕“溜黃湯”現(xiàn)象，每年審驗(yàn)時(shí)都要做噴漆整容處理，增加了使用維護(hù)成本，還給環(huán)境造成一定的污染。

3、燃油經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)歐洲鋁業(yè)協(xié)會(huì)有關(guān)的研究報(bào)告，車輛每輕100kg，百公里油耗可降低0.6L，每節(jié)約1L燃油可減少CO2排放2.3kg。如果一部運(yùn)輸車減重3t，年行駛12萬km，按一半的空載里程計(jì)算，每年可節(jié)省燃油10800L，可減少CO2排放量24.84t，充分顯現(xiàn)出對(duì)能源的節(jié)約和環(huán)境保護(hù)的優(yōu)勢。

4、有效承載增加經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)我國頒發(fā)的道路安全法規(guī)定，交通運(yùn)輸車輛車貨總質(zhì)量不得超過55t。為了取得更好的經(jīng)濟(jì)效益，車輛輕量化，增加有效承載能力尤其重要。假如一輛運(yùn)輸車輛將自身減輕的3t重量，有效的轉(zhuǎn)化為增加了3t貨物，每年還是按12萬km計(jì)算，按噸公里運(yùn)輸成本0.5元，可為用戶增加收入90000元/年，經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。

5、回收價(jià)值高。由于鋁合金具有較高的耐腐蝕性，在車輛達(dá)到強(qiáng)制報(bào)廢年限，車體并沒有很大的損傷，車體回收價(jià)值是原鋁的85%以上。也就是說，一輛鋁合金罐式運(yùn)輸車如果用鋁材料5t，車輛報(bào)廢回收至少可達(dá)8萬元，具有較高的再利用附加值。而普通鋼制運(yùn)輸車，車輛強(qiáng)制報(bào)廢后，由于材料的耐腐蝕程度差，其車輛殘值和再利用價(jià)值很低。

6、加工工藝成熟。鋁合金也是除鋼鐵之外第二大廣泛應(yīng)用的金屬，加工工藝已經(jīng)日趨成熟。MIG、TIG、電阻焊等焊接方法都可以用來焊接鋁合金。同時(shí)，鋁合金也可以進(jìn)行彎曲、沖壓和深拉加工。易于鉚接工藝手段加工，強(qiáng)度和承載能力優(yōu)于碳鋼材料。

二、鋁合金專用汽車產(chǎn)品系列及其特點(diǎn)

鋁合金專用汽車產(chǎn)品主要有：鋁合金廂式運(yùn)輸半掛車、鋁合金翼開啟廂式運(yùn)輸車、鋁合金化工罐式車及冷藏保溫車等系列產(chǎn)品。鋁合金專用汽車造型美觀，耐腐蝕，壽命長。

1、鉚接鋁合金廂式車產(chǎn)品特點(diǎn)。無縱梁承載式車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；采用鉚接工藝制作；廂體選用鋁合金板材，耐腐蝕，壽命長；頂板為半透明玻璃鋼板；采用空氣懸架和無內(nèi)胎輪胎。

2、鋁合金廂式車產(chǎn)品設(shè)計(jì)特點(diǎn)。上、下邊梁：采用高強(qiáng)度鋁合金擠壓成型材料。車身及外蒙皮：均采用鋁合金材料，外蒙皮選用高強(qiáng)度預(yù)涂漆鋁合金板，省去了現(xiàn)場的噴漆工序，有效的保護(hù)了現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境和員工的身體健康。車頂：頂弓為鋁合金或高強(qiáng)度熱鍍鋅型材，設(shè)計(jì)為封閉結(jié)構(gòu)，具有防下沉特性；頂蒙皮為整張半透明玻璃板，便于廂內(nèi)采光，節(jié)約能源。行走部分：選用空氣懸架，無內(nèi)胎真空胎，運(yùn)輸過程中可以有效的降低對(duì)貨物、輪胎、公路路面和車輛部件的損傷。整車：充分體現(xiàn)了重量輕、節(jié)能環(huán)保、材料可回收在利用的優(yōu)勢。

3、鋁合金翼開啟廂式車產(chǎn)品特點(diǎn)。側(cè)欄板為鋁合金型材，插鉚接工藝制作；側(cè)翼選用鋁合金瓦楞板；側(cè)翼可開啟約90°，裝卸效率高；手動(dòng)或遙控液壓控制，操作方便。

4、鋁合金罐式運(yùn)輸車產(chǎn)品特點(diǎn)。擁有國內(nèi)先進(jìn)的罐體成型工藝裝備和焊接生產(chǎn)線，選用優(yōu)質(zhì)鋁合金材料焊接而成。罐體全部采用高強(qiáng)度鋁合金板焊接而成；罐體附件均使用鋁合金材料；整備質(zhì)量低，比同類罐車輕約2t；耐腐蝕，壽命長；罐體內(nèi)部清潔度高。

5、冷藏保溫車產(chǎn)品特點(diǎn)。廂體采用德國技術(shù)和生產(chǎn)工藝，選用高性能硬質(zhì)聚氨酯保溫板，經(jīng)過復(fù)合熱壓成型，板內(nèi)無任何金屬骨架，整體強(qiáng)度高、保溫性能好。廂體包邊、頂角均采用用鋁合金型材；廂內(nèi)可選裝鋁合金導(dǎo)軌和通風(fēng)槽；整備質(zhì)量輕，48英尺冷藏半掛車比同類產(chǎn)品輕2.8t。輕型冷藏車和微型保溫車則作為短途分配性運(yùn)輸?shù)闹饕ぞ叨玫娇焖俚陌l(fā)展。廂體結(jié)構(gòu)向合理化方向發(fā)展，新材料將會(huì)不斷的被利用。主要是聚氨酯發(fā)泡材料和鋁板，體現(xiàn)了冷藏保溫汽車所用材料的輕量化。

以上鋁合金運(yùn)輸車輛，從產(chǎn)品的制造結(jié)構(gòu)形式來分，主要分為鉚接式和焊接式兩大類。一是鉚接式：以廂式車為主，包括翼開啟廂式車、鋁合金廂式半掛車等。此類車輛根據(jù)車型的不同，所采用鋁合金材料的比例也不盡相同，低的30%～40%，高的可達(dá)70%～80%。二是焊接式：以罐式車、半掛車為主，包括單車罐、半掛罐車、普通半掛車等。此類車輛制作主要以焊接形式為主，所采用鋁合金材料的比例較高，部分產(chǎn)品所用原材料中鋁合金所占比例可達(dá)90%以上。

雖然目前鋁合金罐車進(jìn)入市場的數(shù)量還不是太多，但已初步得到了用戶的接受，部分企業(yè)還拿到了國內(nèi)外客戶的小批量訂單。從目前罐式車的需求形勢看，鋁合金罐式車正在逐步得到用戶的接受和認(rèn)可，預(yù)計(jì)幾年內(nèi)，將會(huì)呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢，也會(huì)展現(xiàn)出有著較大的發(fā)展空間。

三、推廣使用鋁合金專用汽車意義重大

專用汽車輕量化對(duì)節(jié)能減排意義重大。從能源角度講，汽車燃油消耗在我國石油消耗中所占比例日益增大，有資料顯示，目前我國進(jìn)口的原油的近30%被汽車消耗掉，而今后汽車消耗原油量的比例將升至50%。汽車燃油消耗量增多主要有以下兩方面的原因：一是我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，帶動(dòng)了汽車消費(fèi)和保有量的大幅攀升；二是由于我國汽車技術(shù)水平相對(duì)落后，單車燃油消耗明顯高于國外，目前生產(chǎn)汽車的平均耗油量大約為國外汽車高20%～30%，而擺在我們面前的現(xiàn)實(shí)部題是，我國石油資源和產(chǎn)量有限，無法滿足國內(nèi)的能源消耗，近幾年我國石油進(jìn)口量逐年增多，對(duì)外依存度已超過40%，因此提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性，從總體上控制汽車的燃油消耗，保護(hù)國家資源具有很重要的意義。

根據(jù)國外的有關(guān)資料，車輛減輕自重10%，可降低油耗5%～8%，對(duì)于載貨車來說，減輕自重還提高了有效載荷的質(zhì)量，即增加了裝載利用系數(shù)，可提高運(yùn)輸效率，在降低運(yùn)輸成本，這相對(duì)來說也是降低了燃油費(fèi)用。推廣汽車輕量化是我國汽車工業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急，對(duì)解決我國能源短缺，道路超載、運(yùn)輸效率低下具有很重要的意義。

汽車輕量化實(shí)質(zhì)上就是零部件輕量化。采用鍛造鋁合金車輪，可以很大程度減輕車的自重。比如，一輛拖掛40噸的重卡和半掛車運(yùn)輸系統(tǒng)，一共有22個(gè)車輪，加上前后備胎共有24個(gè)。以目前我們經(jīng)常用的鋼質(zhì)車輪計(jì)算，如果換成鍛造鋁合金車輪，重量可減輕近600kg。不僅如此，由于鋁合金材料具有散熱好和防止輪胎橡膠老化的特點(diǎn)，裝上鍛造鋁合金車輪的卡車、客車、掛車可節(jié)省26%的輪胎消耗。由此可見，節(jié)能減排的效果多么明顯。

近幾年，鋁合金罐車已呈現(xiàn)出一定的發(fā)展勢頭。國內(nèi)部分改裝企業(yè)采用鋁合金材料，研發(fā)了不同車型和不同用途的鋁合金罐式專用車。車型包括利用二類底盤改裝的單車鋁合金罐體、半鋁和全鋁半掛罐車等?；居猛竞w了加油車、運(yùn)油車、化工液體運(yùn)輸車和散裝物料運(yùn)輸車等車型。

專用汽車制造材料輕量化是當(dāng)今汽車技術(shù)發(fā)展的方向世界各國的汽車企業(yè)圍繞節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保、降低成本以及提高動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、安全性和舒適性等等基本性能，開展了新技術(shù)、新材料、新工藝、新產(chǎn)品的研究開發(fā)工作，其核心就是汽車輕量化。其主要意義表現(xiàn)在：一是降低燃燒消耗，增加汽車有效載荷，節(jié)省牽引動(dòng)力，降低汽車運(yùn)行費(fèi)用。二是減少車輛對(duì)道路的損失，減少道路維護(hù)工作量。三是提高車輛的啟動(dòng)加速度及制動(dòng)減速度，提高汽車的運(yùn)行速度及曲線通過速度。

隨著全球能源和環(huán)境壓力的不斷加大，追求汽車輕量化將成為汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢，鋁鎂合金將是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的首選材料。歐美等發(fā)達(dá)國家鋁制專用車的開發(fā)和應(yīng)用已有30多年的歷史，目前鋁制運(yùn)輸掛車的普及率已經(jīng)達(dá)70%。其他專用車輛，如工程車、載貨車等也較普遍的采用鋁鎂合金材料，技術(shù)已經(jīng)成熟，并向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、多樣化發(fā)展。

盡管近十年來，我國鋁合金專用車得到不斷的發(fā)展，但總體上仍尚處于起步階段。目前，我國半掛車(廂式半掛車、倉柵半掛車、平板半掛車)社會(huì)保有量約300萬多輛，專用車企業(yè)雖有部分品種的鋁合金專用車進(jìn)入市場，也得到了市場的接受，其鋁合金運(yùn)輸車產(chǎn)品的市場份額仍然非常小。鋁合金專用車在歐美發(fā)達(dá)國家已相當(dāng)普及，但在我國鋁制專用車之所以產(chǎn)銷量小，發(fā)展緩慢，制約的主要因素有以下幾個(gè)方面。

(1)成本高、價(jià)格高。以13m 3軸倉柵半掛車為例對(duì)比分析，普通鋼制材料的半掛車價(jià)格約為8萬～9萬元，而鋁合金材料的整車價(jià)格約為19萬～20萬元，兩者相差10多萬元，差距較大，用戶接受起來有一定的難度。

(2)運(yùn)輸市場的不確定性。近幾年，隨著國家對(duì)超限超載車輛治理的不斷加強(qiáng)，超載現(xiàn)象已明顯好轉(zhuǎn)，但超載現(xiàn)象仍時(shí)常存在，加之用戶對(duì)新材料、新產(chǎn)品的接受需要一個(gè)過程，對(duì)采用鋁合金材料的運(yùn)輸車輛的強(qiáng)度和承載能力存在疑問和顧慮。

(3)產(chǎn)業(yè)政策的影響。由于鋁合金專用車和普通鋼制專用車在市場價(jià)格上差異較大，鋁合金運(yùn)輸車輛要想求得快速發(fā)展，需要國家產(chǎn)業(yè)政策的扶持。據(jù)說國家已在研究和制定輕量化運(yùn)輸車輛的產(chǎn)業(yè)扶持政策，這對(duì)專用車行業(yè)將是個(gè)利好消息。

四、鋁合金專用車具有非常廣闊的發(fā)展與應(yīng)用前景

今后一個(gè)時(shí)期，科技進(jìn)步更將日新月異，生產(chǎn)要素流動(dòng)和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的速度將趨于良性循環(huán)，國內(nèi)國際兩個(gè)市場、兩種資源的相互補(bǔ)充，將為新材料、新產(chǎn)品的發(fā)展提供有利的內(nèi)外部環(huán)境。國內(nèi)市場隨著國民經(jīng)濟(jì)總量構(gòu)成變化，市場對(duì)專用汽車品種的需求格局將相應(yīng)改變。

目前，我國每年新增和更新半掛車數(shù)量30萬輛，假設(shè)其中50%為鋁制半掛車，每輛車平均用鋁3t，再加上相關(guān)的掛車鋁制配件，僅此一項(xiàng)每年的用鋁量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過50萬t，必將拉動(dòng)鋁加工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。由此可以看出，今后專用車制造業(yè)將成為拉動(dòng)鋁材料產(chǎn)業(yè)不可缺少的支柱性行業(yè)。

當(dāng)前，世界汽車工業(yè)正面臨越來越嚴(yán)峻的三大課題：能源、環(huán)保和安全。減輕汽車自重以降低能耗，減少環(huán)境污染，提高汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性，節(jié)約有限資源已成為各大汽車廠最為關(guān)注的焦點(diǎn)。新型鋁合金專用汽車將具有強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭。

汽車輕量化正是節(jié)約能源的最有效途徑，汽車輕量化的主要途徑有：(1)優(yōu)化車型結(jié)構(gòu)，提升整車結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，降低耗材用量。(2)采用輕質(zhì)材料，如鋁合金、陶瓷、塑料、碳纖維復(fù)合材料等。(3)采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。如采用有限元分析、局部加強(qiáng)設(shè)計(jì)等。(4)采用承載式車身，減薄車身板料厚度等。其中，當(dāng)前汽車輕量化采取主要措施之一就是材料輕質(zhì)化，而鋁鎂合金的大量使用，又是實(shí)現(xiàn)車輛輕量化最有效的途徑。

根據(jù)歐美專用車市場發(fā)展歷史經(jīng)驗(yàn)來看，鋁合金運(yùn)輸車將是今后中國運(yùn)輸車輛發(fā)展的必然趨勢。國內(nèi)鋁合金專用汽車今后將向以下幾個(gè)方面發(fā)展：

1、全鋁化。運(yùn)輸車輛整體全鋁化，主要車身和廂(罐)體采用鋁合金的比例將達(dá)到90%以上，鋁制車輛配件的比例也將不斷提高，如半掛車的鋁合金底盤、輪輞、支腿等。

2、多品種、多車型。鋁制車輛的車型、品種將不斷豐富，首先將涵蓋罐式車、廂式車系列，并逐步向工程車、載貨車、特種車等產(chǎn)品延伸。

3、專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。鋁合金運(yùn)輸車輛的生產(chǎn)廠家在今后一個(gè)時(shí)期將會(huì)逐漸增多，在市場逐步穩(wěn)定后，將逐步形成一批專業(yè)化生產(chǎn)企業(yè)，其車型也將向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化方向發(fā)展，并最終形成以專業(yè)化生產(chǎn)廠家為中心的產(chǎn)業(yè)基地。

三、如何實(shí)現(xiàn)汽車50%的輕量化

1.提高鋼板的強(qiáng)度

為了減輕車身質(zhì)量，首先提高現(xiàn)有材料的強(qiáng)度，然后才能減少其使用量，其中之一的措施是提高車身骨架中的高強(qiáng)度鋼板的強(qiáng)度。在高強(qiáng)度鋼板中，目前車身骨架中使用最多的是冷沖壓加工的440MPa級(jí)和590MPa級(jí)鋼板。也有少部分廠家使用780MPa級(jí)和980MPa級(jí)高強(qiáng)度鋼板。如果采用冷沖壓方式，使用了1.2GPa級(jí)鋼板；如果采用熱沖壓和冷拉延方式，使用了1.5GPa級(jí)的鋼板。

日產(chǎn)汽車公司的戰(zhàn)略曾經(jīng)指出“盡可能地使用鋼鐵件”，于是在北美銷售的Infiniti Q50(日本名稱為skyline)大部分使用了高強(qiáng)度鋼板，見圖1。為了保護(hù)碰撞時(shí)乘客的安全，高強(qiáng)度鋼板主要應(yīng)用于中間支柱、側(cè)頂蓋等，它們都是1.2GPa級(jí)的冷沖壓件，見圖2，并且達(dá)到了與980MPa級(jí)鋼板同等水平的加工性(延展性)，目前已經(jīng)在中間支柱那樣的車身骨架中得以實(shí)現(xiàn)。此外，Q50車還在車身骨架中的其它部位使用了780～980MPa級(jí)、440～590MPa級(jí)高強(qiáng)度鋼板，與過去相比，車身質(zhì)量減輕了11kg。

圖1 日產(chǎn)Infiniti Q50

圖2 高強(qiáng)度鋼板的使用部位 某鋼鐵公司的技術(shù)人員說：“把現(xiàn)在的熱沖壓加工的1.5GPa鋼板變成冷沖壓加工將是未來的目標(biāo)”。面向2025年，據(jù)說在2022～2023年期間可以實(shí)現(xiàn)1.5GPa級(jí)冷沖壓模式，2025年以后實(shí)現(xiàn)1.8GPa熱沖壓加工模式。

2.鐵和鋁合金的復(fù)合使用

僅靠提高鋼鐵的強(qiáng)度，車身輕量化已達(dá)到了極限。未來考慮鐵和鋁合金的同時(shí)合理應(yīng)用(也就是多種材料的同時(shí)運(yùn)用)。德國戴姆勒汽車公司的新車型“奔馳C級(jí)”，白車身表面積中約48%(換算成質(zhì)量約24%)使用了鋁合金。前后面罩、翼子板、車門和頂蓋都是鋁合金件，而車身骨架采用熱沖壓和冷沖壓加工的高強(qiáng)度鋼板或者冷沖壓加工的普通鋼板，見圖3。

圖3 C級(jí)車鋁合金使用部位

對(duì)于C級(jí)車來說，強(qiáng)度要求高的骨架需要使用高強(qiáng)度鋼板，除外板外，其它部位使用鋁合金。如果使用鋁合金，其位置必須遠(yuǎn)離汽車的重心，或者是車體的上部使用。

這種高強(qiáng)度鋼板和鋁合金的復(fù)合使用將在2020年以后得以實(shí)現(xiàn)，主要應(yīng)用于C級(jí)中型車和D級(jí)以上大型車。豐田汽車公司2017年以后，計(jì)劃在“凌志”車上使用鋁合金。某有色金屬公司的技術(shù)人員說：“2025年前車身上部將全部使用鋁合金材料”。

2025年以后，一部分平臺(tái)也將使用鋁合金。雖然車身骨架一般都使用高強(qiáng)度鋼板，但是為了吸收碰撞能量，平臺(tái)的前后部位也將使用鋁合金。

3.使用熱可塑CFRP(碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料)

盡管同時(shí)復(fù)合使用了鋼鐵和鋁合金，但是車身的進(jìn)一步輕量化還是有極限的。如果輕量化30%，通過復(fù)合使用鐵和鋁合金可以實(shí)現(xiàn)；如果輕量化50%，必須使用更輕的高強(qiáng)度材料，只有復(fù)合使用鐵、鋁合金和CFRP才能實(shí)現(xiàn)。

德國寶馬汽車公司2014年4月在日本發(fā)布了一款電動(dòng)汽車i3，售價(jià)500萬日元，首次采用了CFRP，主要應(yīng)用部位在車身上部，稱為“生活模塊”；鋁合金主要應(yīng)用于車身下部，稱為“驅(qū)動(dòng)模塊”，見圖4。

圖4 寶馬汽車公司i3車體構(gòu)造

通過鋁合金和CFRP的有效組合，與同級(jí)別的汽油車相比，減輕質(zhì)量大約140kg。據(jù)說，2020年以后500萬日元級(jí)別的車將采用CFRP。

但是，要想把CFRP做成零部件，i3車盡管使用了RTM(樹脂傳遞模塑成型)技術(shù)，成形時(shí)間也需要花5分鐘以上。目的是把熱固化性好的環(huán)氧樹脂應(yīng)用于樹脂粘結(jié)劑中去。要想在量產(chǎn)車中運(yùn)用，成形時(shí)間必須控制在1分鐘左右。

為了使CFRP部件在1分鐘內(nèi)完全成形，必須在粘結(jié)劑樹脂中使用熱可塑性樹脂。帝人公司與通用汽車公司共同開發(fā)了熱可塑性CFRP，并把該CFRP用于試制的汽車骨架上，見圖5。粘結(jié)劑樹脂中含有PA(聚酰胺)和PP(聚丙烯)樹脂。

圖5 熱可塑性CFRP試制車

關(guān)于1分鐘可使熱可塑性CFRP成形的技術(shù)，以東京大學(xué)項(xiàng)目組為主也展開了研究；與此同時(shí)，在日本NEDO(新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu))的推進(jìn)項(xiàng)目中，成立了以三菱纖維公司和東洋紡織組為主的項(xiàng)目組和以東萊(TORAY)公司為主的項(xiàng)目組，正在開發(fā)連續(xù)與非連續(xù)的碳纖維毛坯。

名古屋大學(xué)針對(duì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)部的研究項(xiàng)目，成立了“國際復(fù)合材料研究中心”，以2020年進(jìn)入實(shí)際運(yùn)用為目標(biāo)展開研究。熱可塑性CFRP可以運(yùn)用于貨箱隔板、地板、側(cè)圍板和發(fā)動(dòng)機(jī)等結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的部件中，據(jù)說2020年以后這些部件將被實(shí)際運(yùn)用。

4.生產(chǎn)線下線涂裝

CFRP以外的樹脂部件以輕型車和微型車為主正在普及使用。大發(fā)汽車公司2014年6月發(fā)布的新車型COPEN的車身外板由13個(gè)樹脂部件構(gòu)成，其中，頂蓋和后車窗除外，其它的11個(gè)部件可以更換，見圖6。這些部件都是下線后涂裝的，然后用螺栓固定在車體上。

圖6 COPEN車樹脂外板件

馬自達(dá)汽車公司與三菱化學(xué)公司共同開發(fā)了生物工程塑料，不需要涂裝就可以用于外裝部件上。生物材料的自然著色效果超過了涂裝之后的ABS傳統(tǒng)樹脂的質(zhì)感(可以深層次調(diào)色，并且光滑性如鏡面一樣)，見圖7。該公司采用該樹脂制作的內(nèi)裝和外裝部件將在2015年發(fā)布的新款運(yùn)動(dòng)跑車(ROADSTER)中采用，隨后依次在量產(chǎn)車上采用。

圖7 由生物材料制作的樹脂中間支柱

2020年以后如果普及使用下線涂裝樹脂和本身不需要涂裝的樹脂的話，外板涂裝工藝就會(huì)從汽車裝配線上消失。另外，2025年如果實(shí)現(xiàn)了汽車無人駕駛的話，由于首先解決了汽車之間不會(huì)碰撞的問題，所以車身骨架結(jié)構(gòu)將變得更加簡單。

四、國產(chǎn)載重卡車輕量化發(fā)展趨勢淺析

卡車行業(yè)因?yàn)榛旌蟿?dòng)力、電動(dòng)和燃料電池等新能源汽車技術(shù)的應(yīng)用困難重重和前景不明，故輕量化成為目前重卡行業(yè)節(jié)能減排最現(xiàn)實(shí)而又最有效的技術(shù)措施。

隨著中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展及城市化進(jìn)程的加快，低碳生活的逐步樹立和深入人心，節(jié)能減排、綠色環(huán)保政策法規(guī)的逐步建立和實(shí)施,資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)步伐的加快，汽車節(jié)能已經(jīng)成為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的一項(xiàng)關(guān)鍵性研究課題，具體表現(xiàn)在國內(nèi)物流整體向“高效率、高科技、高環(huán)?！狈较虬l(fā)展。

汽車輕量化是社會(huì)整體水平提升、運(yùn)輸效率提升的體現(xiàn)。減輕汽車自身重量是提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性、降低汽車CO2排放的有效措施之一。尤其在卡車行業(yè)因?yàn)榛旌蟿?dòng)力、電動(dòng)和燃料電池等新能源汽車技術(shù)的應(yīng)用困難重重和前景不明，故輕量化成為目前重卡行業(yè)節(jié)能減排最現(xiàn)實(shí)而又最有效的技術(shù)措施。

實(shí)現(xiàn)卡車的輕量化是一個(gè)優(yōu)化車輛設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)工程，它涉及整車、發(fā)動(dòng)機(jī)、懸架等各個(gè)領(lǐng)域，甚至包括新材料以及新技術(shù)的應(yīng)用。從基礎(chǔ)設(shè)計(jì)上通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)及合理使用新材料、新技術(shù)，在不降低承載能力前提下實(shí)現(xiàn)的整體輕量化。

汽車車身約占汽車總重量的30%，空載情況下，約70%的油耗用在車身重量上。汽車重量每降低100公斤，每百公里就可節(jié)油0.6～1.0升。若汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高8%～10%；若滾動(dòng)阻力減少10%，燃油效率可提高5%；若車橋、變速器等裝置的傳動(dòng)效率提高10%，燃油效率可提高7%。因此，在中國式計(jì)重收費(fèi)和“亂收費(fèi)亂罰款超載治理”情況下，一輛輕量化卡車對(duì)于整車的燃油經(jīng)濟(jì)性、車輛控制穩(wěn)定性、碰撞安全性都有實(shí)際重要性，載貨車卡車輕量化已經(jīng)形成發(fā)展大趨勢。

然而在此情況下，對(duì)有些卡車生產(chǎn)企業(yè)來說，所謂“輕量化”還是個(gè)偷換概念過程，如在技術(shù)還達(dá)不到要求的情況下，通過減少鋼板厚度、減少配件數(shù)量等等偷工減料，表面看是實(shí)現(xiàn)了輕量化，但卻越過了安全底線，更何談輕量化。與此同時(shí)，在亂罰款亂收費(fèi)治理超載問題得不到解決的情況下，載貨車的輕量化必定要走入誤區(qū)。在市場競爭因素的綜合作用下，誰能夠在保障質(zhì)量的前提下有效地降低卡車自重，實(shí)現(xiàn)輕量化，將是未來各大車企搶奪市場的制高點(diǎn)。

現(xiàn)從各卡車廠商推出的新產(chǎn)品來看，復(fù)合材料在整車所用材料中的比例逐漸提高，大量使用復(fù)合材料是必然的趨勢。在實(shí)現(xiàn)輕量化的設(shè)計(jì)途徑上，一是優(yōu)化車輛結(jié)構(gòu)，二是在優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上應(yīng)用新材料。前者屬于低級(jí)階段，后者屬于高級(jí)階段。自重成為選車的主要的因素。即使價(jià)格稍高，自重輕的卡車也會(huì)成為客戶的首選。因?yàn)樽灾剌p的卡車不僅拉得多跑得快還省油，所以更受歡迎。

一、輕型卡車輕量化發(fā)展趨勢

我國輕卡在產(chǎn)品 技術(shù)方面發(fā)展的趨勢主要在以下幾個(gè)方面：第一，節(jié)能技術(shù)，用車經(jīng)濟(jì)性是客戶和國家最直接可獲利和可感知的性能；第二，安全性，包括主動(dòng)安全和被動(dòng)安全，這是必過的門檻；第三，低公害，包括排放標(biāo)準(zhǔn)要求的不斷提高，減振降噪等，也是必須過的門檻；第四，功能性，包括容載量，動(dòng)力性，可靠性、耐久性，駕駛、裝卸、維修方便性，乘坐舒適性，這些都是競爭的因素；第五，電子控制、車聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的應(yīng)用；第六輕卡制造技術(shù)發(fā)展的主要趨勢為新材料應(yīng)用、新工藝、新流程、新裝備、新工具等。

此外，從近三年可以看出：輕卡的增量結(jié)構(gòu)將會(huì)發(fā)生明顯變化，輕卡正向高技術(shù)方向發(fā)展，新材料、輕量化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)智能化、舒適化、功能多元化、乘用車化和人性化方向發(fā)展，主要體現(xiàn)為低噪聲、安全可靠、皮實(shí)耐用、維修便捷、節(jié)能低排放、多功能以及新能源的使用。從輕卡產(chǎn)品發(fā)展趨勢上看：

1、在動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，已普遍采用增壓中冷裝置與高壓共軌，優(yōu)化改善了燃燒性能，使發(fā)動(dòng)機(jī)的性能與燃料經(jīng)濟(jì)性得到很大的提高，這提高了發(fā)動(dòng)機(jī)與整車的匹配性，使得車輛的動(dòng)力輸出更為強(qiáng)勁、加速性好，又符合了國家的對(duì)柴油機(jī)型發(fā)動(dòng)機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)。動(dòng)力公司如康明斯、索菲姆、菲亞特、曼恩、納威斯達(dá)等發(fā)動(dòng)機(jī)，均采用電控渦輪增壓高壓共軌發(fā)動(dòng)機(jī)、燃油與燃燒優(yōu)化、智能電控、排放處理、濾清系統(tǒng)五大等核心領(lǐng)先技術(shù)。

此外，重型發(fā)動(dòng)機(jī)延伸至中輕卡，如中國重汽集團(tuán)杭發(fā)公司首臺(tái)MC05發(fā)動(dòng)機(jī)直列四缸、水冷、四沖程、增壓中冷、高壓共軌發(fā)動(dòng)機(jī)。動(dòng)力系統(tǒng)采用電控渦輪增壓成趨勢，是自主動(dòng)力最強(qiáng)、重量最輕、體積最小的發(fā)動(dòng)機(jī)，可滿足國Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)具備升級(jí)到歐Ⅴ、歐Ⅵ排放潛力的發(fā)動(dòng)機(jī)，成為市場競爭的利器。如奇瑞開瑞綠卡搭載全新設(shè)計(jì)輕質(zhì)量缸體、缸蓋的美國康明斯ISF2.8發(fā)動(dòng)機(jī)，沒有缸套，最終形成的總成干重僅為214kg，并配上全鋁合金殼體的德國ZF變速箱，不僅重量輕，而且強(qiáng)度非常高。

2、駕駛室造型設(shè)計(jì)上，輕卡窄體、中體、寬體及雙排、排半、單排駕駛室更趨勢于乘用車化前臉造型更趨向于立體動(dòng)感凌厲，整體顯得更加大氣厚重。前大燈組更加飽滿犀利，吸納歐美鋼性線條元素，轉(zhuǎn)角處保持日系車圓潤飽滿基因。緩沖裝置采用乘用車型或分?jǐn)嗍轿芫彌_保險(xiǎn)杠。此外，整車可翻轉(zhuǎn)液壓駕駛室懸置、隔音、隔熱減震材料等細(xì)節(jié)品質(zhì)上，都提供了堪比轎車的品質(zhì)呈現(xiàn)。

3、功能性設(shè)計(jì)上，集成電子油門、助力轉(zhuǎn)向、離合助力、電動(dòng)空調(diào)、電動(dòng)車窗等轎車化舒適配置，靠攏乘用車標(biāo)準(zhǔn)。如液壓減震座椅、定速巡航等多項(xiàng)轎車化配置。ABS制動(dòng)防抱死系統(tǒng)，感載比例閥加排氣蝶閥制動(dòng)為標(biāo)準(zhǔn)配置設(shè)計(jì)，其優(yōu)化獨(dú)立儲(chǔ)氣單元，包括干燥器，四回路保護(hù)閥，螺旋冷卻管，多彩色管路等系統(tǒng)。

4、車身車架設(shè)計(jì)上，在車型設(shè)計(jì)上，寬（窄）體駕駛室、長（短）軸矩、長（短）車身、加強(qiáng)型底盤、大動(dòng)力、高速重載與車聯(lián)網(wǎng)等，已經(jīng)成為輕卡研發(fā)的大趨勢與未來市場的主流產(chǎn)品。采用高強(qiáng)度的鉚接大梁和抗腐蝕車架等等，這些新設(shè)計(jì)可以有效增強(qiáng)車輛的輕量化和高速行駛中的穩(wěn)定性與安全性。此外，摒棄傳統(tǒng)的鋼板材質(zhì)，采用全新設(shè)計(jì)的竹膠板與鋼制外板相螺接的新式鋼制/膠木結(jié)構(gòu)貨箱，在實(shí)現(xiàn)輕量化的同時(shí)也確保了承載力。

二、中重型卡車輕量化發(fā)展趨勢

1、采用單層車架大梁相比鋼板彈簧，車架的重量更大，有效減輕車架重量，將會(huì)大大的減輕整車的整備質(zhì)量。隨著設(shè)計(jì)水平、制造工藝的提高，材料性能的提高，單層車架在標(biāo)準(zhǔn)載荷的工況下是完全可以勝任的。

2、采用變截面少片簧結(jié)構(gòu)板簧變截面少片簧是由幾片縱向方向上變截面的板簧組成的，不但可以減輕重量，還可以通過減少板簧間的摩擦而提高駕乘的舒適性、延長使用壽命。另外采用橡膠懸掛或者空氣懸掛也可以減輕懸掛系統(tǒng)的重量。

3、使用復(fù)合材料駕駛室是采用復(fù)合材料最多的總成，尤其是外覆蓋件：前面板、包角板、翼子板、保險(xiǎn)杠，甚至頂蓋，都使用了大量的復(fù)合材料。這樣一方面有效的減輕了整車重量，另外一方面由于復(fù)合材料成形性好，造型結(jié)構(gòu)上較金屬?zèng)_壓件可以更復(fù)雜、更加美觀、尺寸更加精確。目前國產(chǎn)重卡仍偏好全鋼結(jié)構(gòu)的駕駛室結(jié)構(gòu)，這主要和中國重卡的惡劣工作環(huán)境有關(guān)。從近年來各重卡廠商推出的新產(chǎn)品來看，復(fù)合材料在整車所用材料中的比例逐漸提高，大量使用復(fù)合材料已成為一種必然發(fā)展趨勢。

4、使用鋁合金材料鋁合金比鋼材密度小，因此在一些復(fù)合材料無法替代的部位，使用鋁合金材料，包括鈑金件和鑄造件。鋁合金鈑金件最有代表性的就是油箱，油箱采用鋁合金材料，不但自重減輕，而且油箱內(nèi)不易生銹，免除定期清洗的麻煩。車身也可以采用鋁合金代替冷軋鋼板。輪輞、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體、變速器機(jī)體等，也可以大量采用鋁合金鑄造，可以在保證有足夠強(qiáng)度、剛度的同時(shí)，最大限度的減輕重量。

5、使用高強(qiáng)度鋼材使用高強(qiáng)度鋼板，可以減薄鋼板厚度，從而減輕重量。歐美重卡，重卡使用的鋼材幾乎100%是高強(qiáng)鋼。以前國產(chǎn)重卡采用高強(qiáng)度鋼板的比例較少，最近幾年逐漸廣泛使用，甚至自卸車的車廂都開始使用高強(qiáng)度鋼板，以提高廂體強(qiáng)度、減輕自重。

6、使用拼焊板駕駛室由鋼板沖壓焊接而成，由于各部位的結(jié)構(gòu)和受力情況不同，因此不同部位的鈑金件也會(huì)采用不同牌號(hào)的鋼板，一輛重卡的駕駛室可能采用幾十種不同牌號(hào)、不同厚度的鋼板。然而隨著CAE技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)過模擬實(shí)驗(yàn)和分析，可以計(jì)算出同一個(gè)鈑金件的不同部位的受力情況，為了減輕一些零件局部的不必要厚度，激光拼焊技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。激光拼焊技術(shù)是將經(jīng)不同表面處理、不同鋼種、不同厚度的兩塊或多塊鋼板通過激光焊接方法，自由組合成為一塊鋼板。

7、采用鑄造件。傳統(tǒng)的沖焊結(jié)構(gòu)零件，由于材料和制造工藝的限制，各部位只能是等厚度的，為了確保零件的整體強(qiáng)度和剛度，沖焊件往往都比較厚重。結(jié)構(gòu)件可以通過有限元軟件進(jìn)行CAE分析，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)各部位的受力情況設(shè)計(jì)成復(fù)雜的變厚度、變截面的結(jié)構(gòu)，在保證有足夠強(qiáng)度的前提下最大限度的削減不必要的局部厚度，從而大大減輕零件重量。

8、采用真空輪胎和超寬輪胎。采用真空胎和超寬輪胎也能在一定程度上降低自重。與傳統(tǒng)輪胎相比，真空胎不但減少了內(nèi)胎，輪輞的結(jié)構(gòu)也相應(yīng)減少了，整車全部換成真空胎，行駛阻力小，能夠在一定程度上降低油耗。重卡的驅(qū)動(dòng)輪一般都用雙輪胎，如果改為超寬單輪胎，不但能夠減少輪胎數(shù)量，還能減少輪輞的數(shù)量。另外超寬單輪胎的接地面積不比雙輪胎小，除了能夠降低自重外，還可以提高行駛穩(wěn)定性、避免雙輪胎的“吃胎”現(xiàn)象。此外，真空胎在輪胎穿孔的情況下，胎壓不會(huì)急劇下降，完全能繼續(xù)行駛，大大提高了高速行駛的安全性，而新式鋼制/膠木結(jié)構(gòu)貨箱具有耐磨、耐腐蝕、減震和抗震功能，對(duì)于外來碰撞所造成的變形能自動(dòng)修復(fù)，運(yùn)送精密儀器和易碎貨物更安全。

9、整合零件功能、減少零件數(shù)量整合所有零件功能、將多個(gè)零部件集成，實(shí)現(xiàn)零部件的多功能，減少零件數(shù)量，使其結(jié)構(gòu)更加緊湊，也可以在一定程度上減輕整車重量。例如：將油箱和工作臺(tái)踏板結(jié)合，將油箱與SCR的尿素罐結(jié)合等。

五、實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的途徑

今天汽車賴以“生存”的汽油燃料提取自石油，它的儲(chǔ)量正在日益減少，但人們也未必會(huì)因此在燃油上花費(fèi)高價(jià)，因?yàn)榈?025年，汽車的平均燃效將達(dá)到50英里/加侖。

不過，汽車本身的油耗并不會(huì)自動(dòng)下降，這都是靠著工程師開發(fā)的新技術(shù)而實(shí)現(xiàn)。那么，提升汽車燃效或者說降低油耗的方式有哪些？目前看來，輕量化是最有效的手段之一，據(jù)悉，汽車每減輕10%的重量將降低油耗6-7%。

汽車行業(yè)在輕量化技術(shù)上的進(jìn)展也是有目共睹，從30年前一輛普通轎車的4500磅（2041千克）的平均重量降低至現(xiàn)在的3000磅（1361千克）左右?！拜p量化”只是一個(gè)寬泛的概念，它設(shè)計(jì)到結(jié)構(gòu)、材料、布局等等方面，本文將總結(jié)5項(xiàng)能夠讓汽車變得更輕的技術(shù)。

1、輪轂電機(jī)

汽車中最占重量的是什么部件？毋庸置疑，顯然是發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、活塞、曲軸等各種組件均由剛強(qiáng)度材料制成。它們需要經(jīng)受住發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的高壓與高溫。而其缺陷在于這些組件的重量非常大，一輛普通乘用車的發(fā)動(dòng)機(jī)至少重幾百磅。

當(dāng)汽車行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)能量由變速箱傳遞兩個(gè)或四個(gè)車輪上，實(shí)現(xiàn)這個(gè)過程則還需要傳動(dòng)軸以及更多的零部件，同樣會(huì)增加汽車的重量。

而若采用輪轂電機(jī)的布局，則可以省去動(dòng)力總成中的大部分組件，例如發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱。輪轂電機(jī)直接安裝在車輪內(nèi)部。米其林和汽車公司Venturi在2010年合作推出了一款VenturiVolage概念車，其中就采用了輪轂電機(jī)方案，米其林將其稱為主動(dòng)輪系統(tǒng)（Active Wheel System）。該系統(tǒng)的強(qiáng)大之處在于，車輪內(nèi)不僅有電機(jī)，甚至連電子制動(dòng)系統(tǒng)、主動(dòng)懸架系統(tǒng)也都包含在內(nèi)。

2、塑料材質(zhì)

塑料在我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見?，F(xiàn)在，研究者正在通過各種方法令塑料的應(yīng)用變得更廣泛，同時(shí)使其強(qiáng)度變得更高以在更極端的環(huán)境下適用。美國Polimotor研制的塑料發(fā)動(dòng)機(jī)材質(zhì)比傳統(tǒng)全金屬發(fā)動(dòng)機(jī)重量要輕30%。

除了發(fā)動(dòng)機(jī)以外，我們還能在汽車內(nèi)飾中見到它，例如車內(nèi)飾板、中控臺(tái)面板甚至是車外的前后保險(xiǎn)杠、側(cè)裙、側(cè)視鏡外罩等。

全世界每年約有250萬噸的塑料水瓶被遺棄，現(xiàn)代QarmaQ概念車的車身則是從這些廢棄塑料瓶中進(jìn)行提取而得。將來某一天，當(dāng)你看到一輛由塑料制成的汽車時(shí)請(qǐng)不要驚訝。

3、碳纖維

碳纖維對(duì)于汽車行業(yè)來說并不陌生，它一開始應(yīng)用于航天飛機(jī)中，接著在賽車中應(yīng)用，令他們?cè)儋惖郎蠐碛懈`活的身姿。而現(xiàn)在，我們?cè)谝恍└叨似囍幸惨呀?jīng)能見到它們的身影，例如寶馬i3。

這類材料的強(qiáng)度與鋼材相同，但重量僅為其一半，為鋁材的70%。其結(jié)構(gòu)與玻璃纖維類似，但強(qiáng)度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于后者。

那么為何我們目前僅能在極少數(shù)的車中看到這類材料呢？原因是成本過高，具體表現(xiàn)為生產(chǎn)周期長、生產(chǎn)工藝復(fù)雜。

雷克薩斯、寶馬、三菱等眾多車企如今都在進(jìn)行廣泛的研究，試圖找出降低碳纖維生產(chǎn)成本的方法，使其能夠真正令汽車受益。寶馬集團(tuán)多年前就在其車輛上應(yīng)用了復(fù)合材料和碳纖維織物。M系列車型的屋頂采用了赫氏公司的HexForce? NC2?碳纖維增強(qiáng)材料，擁有無卷曲產(chǎn)品專利制造技術(shù)，該技術(shù)使用單向帶滿足產(chǎn)品所需的強(qiáng)度和剛度。雷克薩斯的工程師將來自豐田汽車公司的傳統(tǒng)編織方式轉(zhuǎn)變?yōu)榫艿娜S碳纖維編織法，既有利于更精確的質(zhì)量控制，又為此項(xiàng)工程技術(shù)在未來產(chǎn)品中的應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4、小型化汽車電池

對(duì)于混合動(dòng)力甚至純電動(dòng)車來說，有什么辦法能夠?qū)ζ溥M(jìn)行減重呢？許多車企的做法是從提供驅(qū)動(dòng)能量的電池著手。最早的時(shí)候，人們利用鉛酸電池為電動(dòng)車供電，原因在于它的電極材料容易獲得，制造簡便。隨著技術(shù)進(jìn)步，鎳氫電池誕生，它相比鉛酸電池來的更輕，并且容量也更大，在混動(dòng)車中有廣泛應(yīng)用。

而隨著燃效與環(huán)保法規(guī)收緊，車企希望通過電動(dòng)車來達(dá)到最新的標(biāo)準(zhǔn)，那么，即便鎳氫電池的大容量也已無法達(dá)標(biāo)。鎳氫電池的能量密度與相對(duì)應(yīng)重量的石化燃料能量密度無法比擬。

此時(shí)鋰電池的身影逐漸映入工程師的眼簾，其由于高能量密度的特性被視為更有潛力的電池種類。不過其缺點(diǎn)在于，長時(shí)間暴露在高溫下容易起火甚至爆炸。雖然發(fā)生此類情景的概率不高，但在汽車這類產(chǎn)品中，一次起火事故足以阻礙其發(fā)展。

美國麻省理工學(xué)院的研究者正在試圖通過替換電極材料來提升鋰電池的穩(wěn)定性。從目前看來，鋰電池仍會(huì)在很長一段時(shí)間內(nèi)作為電動(dòng)車的首選動(dòng)力源。

5、線控系統(tǒng)

提到電氣化車輛（electric vehicle），人們自然而然就會(huì)想到依靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪。而電氣化車輛的另一層含義在于傳統(tǒng)車內(nèi)機(jī)械系統(tǒng)被電子線束系統(tǒng)所替代，電子線束系統(tǒng)比傳統(tǒng)機(jī)械部件要輕的多。汽車行業(yè)提出的“x-by-wire”指的就是線控傳動(dòng)、線控制動(dòng)、線控轉(zhuǎn)向等系統(tǒng)的總稱。除了能夠減輕重量之外，線控系統(tǒng)的最大優(yōu)勢在于可以提升操控精確度。

線控技術(shù)最先用于戰(zhàn)斗機(jī)，一度成為了F16戰(zhàn)斗機(jī)的標(biāo)配。隨后逐漸沿用至商用飛機(jī)，最后也出現(xiàn)在了汽車上。

線控系統(tǒng)占據(jù)車內(nèi)的空間更小，意味著設(shè)計(jì)是有更多的設(shè)計(jì)自由度，車艙內(nèi)的空間也能更寬裕。

然而，并不是每個(gè)人都喜歡電氣化程度更高的系統(tǒng)，他們擔(dān)心汽車會(huì)像今天的電腦一樣發(fā)生軟件錯(cuò)誤。實(shí)際上，這樣的擔(dān)心是多余的，因?yàn)榧幢闶菣C(jī)械系統(tǒng)，它同樣有其特定的問題，例如磨損、腐蝕、斷裂等等。隨著時(shí)間的推移與應(yīng)用率的提高，人們最終會(huì)接受這項(xiàng)目前來說還有些“不靠譜”的技術(shù)。

六、現(xiàn)在是發(fā)展汽車輕量化最好時(shí)代 需要車企共同努力 從汽車設(shè)計(jì)本身而言，無論是設(shè)計(jì)、材料、工藝還是制造環(huán)節(jié)，都在強(qiáng)調(diào)輕量化，現(xiàn)在是發(fā)展輕量化最好的時(shí)代。汽車輕量化是汽車全產(chǎn)業(yè)鏈共同的事情，需要汽車企業(yè)努力，還需要行業(yè)聯(lián)盟和政府的支持。

不久前，我國的千噸級(jí)T700碳纖維試生產(chǎn)線開始運(yùn)轉(zhuǎn)，長期以來高度依賴進(jìn)口的高性能碳纖維在我國實(shí)現(xiàn)了自主化制備，其產(chǎn)品不僅有望替代進(jìn)口，而且生產(chǎn)成本具有國際競爭力，大規(guī)模國內(nèi)商業(yè)運(yùn)用在即。如此，包括碳纖維在內(nèi)的高性能纖維對(duì)汽車等運(yùn)輸工具的減排降耗的貢獻(xiàn)或許將得以實(shí)現(xiàn)。

近年來，各大車企爭相布局新能源汽車，行業(yè)競爭日益激烈。而對(duì)汽車實(shí)現(xiàn)輕量化，將有助于部分企業(yè)取得先發(fā)優(yōu)勢。要實(shí)現(xiàn)輕量化，高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金、工程塑料、復(fù)合材料等都是目前比較好的選擇，而作為節(jié)能和新能源汽車的核心技術(shù)，每項(xiàng)材料又各有優(yōu)勢與技術(shù)難點(diǎn)。

輕量化最好的發(fā)展時(shí)代

從汽車設(shè)計(jì)本身而言，無論是設(shè)計(jì)、材料、工藝還是制造環(huán)節(jié)，都在強(qiáng)調(diào)輕量化，現(xiàn)在是發(fā)展輕量化最好的時(shí)代。輕量化在這個(gè)時(shí)代提出來，有很多根本性的原因。經(jīng)過100多年的發(fā)展，汽車行業(yè)面臨的問題和挑戰(zhàn)非常多，包括動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性、油耗、環(huán)保等問題，而輕量化好像“萬金油”，其優(yōu)點(diǎn)能夠覆蓋到汽車凸顯的這些問題。

在現(xiàn)有蓄電池性能無法取得根本性突破的前提下，僅有的改善車輛續(xù)航里程的手段，只能是減重。

最近一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)證明，如果一臺(tái)總重量為1550千克的新能源汽車?yán)m(xù)航里程為186公里，若將其非蓄能部件盡可能輕量化，能將總重量減少到1011千克，其續(xù)航里程可直接提高到275.5公里，已經(jīng)較為令人滿意。

2011～2015年歐洲車身會(huì)議的數(shù)據(jù)顯示，車輛的輕量化系數(shù)由2011年的3.29下降到了2015年的2.33。5年時(shí)間輕量化系數(shù)降低了30%，說明汽車輕量化已經(jīng)得到很大的提升和改善，而且輕量化已經(jīng)成為汽車主機(jī)廠迫切的需求。

汽車追求輕量化不僅僅是為了減重，更為了考慮產(chǎn)品的功能和成本，輕量化跟成本、性能開發(fā)是一樣的，離不開這些屬性的關(guān)聯(lián)，輕量化要綜合考慮。

這體現(xiàn)在除了新材料本身的生產(chǎn)，使用過程也要考慮新的結(jié)構(gòu)、優(yōu)化汽車制造工藝。新材料的使用目的除了減重，還要保障汽車其他性能的優(yōu)化。

如果把高強(qiáng)鋼等級(jí)提升了，材料變得很薄，使用時(shí)模態(tài)就變差了，只有通過改變結(jié)構(gòu)截面才能滿足要求。

不只是減重

輕量化單靠這樣簡單的評(píng)價(jià)肯定是不夠的。將油耗、動(dòng)力性能加入綜合競爭力評(píng)價(jià)后，你就發(fā)現(xiàn)絕對(duì)重量輕不意味著這輛車更有競爭力。這也是目前如果把輕量化作為一個(gè)系統(tǒng)工程來開發(fā)所面臨的問題，因?yàn)檩p量化沒辦法獨(dú)立出來考慮，這是目前最大的挑戰(zhàn)。

作為由眾多零部件組成的器械，汽車的NVH（噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度）都有專門的團(tuán)隊(duì)來研究。要把輕量化做得更好、更完善，就要將其作為汽車的性能開發(fā)結(jié)構(gòu)來對(duì)待。這樣輕量化的標(biāo)準(zhǔn)就成為不是我要減重多少，而是在車型開發(fā)、應(yīng)用的時(shí)候要考慮這個(gè)車的重量能做到什么狀態(tài)，同時(shí)滿足汽車的其他性能要求。

要確定輕量化達(dá)到的目標(biāo)很難。整車重量目標(biāo)制定很關(guān)鍵，一般分為以下幾種：體積密度法、尺寸推算法、統(tǒng)計(jì)分析法、競爭力分析法、挑戰(zhàn)法和油耗反推法。

目標(biāo)確立之后，就是將輕量化開發(fā)作為一項(xiàng)屬性開發(fā)，強(qiáng)調(diào)的是正向開發(fā)的思路。輕量化正向開發(fā)主要包括兩條線，第一條線是重量管理，另外就是技術(shù)開發(fā)。只有兩條線結(jié)合在一起做，車型開發(fā)的輕量化才能做得更加理想。如果將兩條線的職能分開的話，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)工作推進(jìn)起來非常困難。

輕量化涉及面太廣了。從嚴(yán)格意義上來說輕量化跟整車所有零部件，甚至一顆螺絲釘都有關(guān)聯(lián)性，所以輕量化不僅涉及技術(shù)的問題，還有各個(gè)部門之間理念認(rèn)同等非技術(shù)的問題。

要把輕量化這個(gè)工作在車型開發(fā)中做好，就必須有全流程管理的理念，而不是簡單地制定一個(gè)目標(biāo)、提幾個(gè)方案就解決問題了。

全產(chǎn)業(yè)鏈共同的事

隨著科技的發(fā)展，輕量化材料和技術(shù)層出不窮。

有業(yè)內(nèi)人士指出，現(xiàn)在有鎂合金、碳纖維，未來還會(huì)有新的輕量化材料，但不論出現(xiàn)什么材料，這些輕量化材料都不會(huì)是孤軍奮戰(zhàn)，必然是以組合的形式出現(xiàn)，因?yàn)槠囄磥淼陌l(fā)展趨勢是多種材料混合使用。

實(shí)際上輕量化開發(fā)最離不開的核心，就是先進(jìn)輕量化技術(shù)的開發(fā)。但是先進(jìn)輕量化技術(shù)開發(fā)面臨的問題——成本風(fēng)險(xiǎn)、周期風(fēng)險(xiǎn)、質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)——就像任何新的技術(shù)應(yīng)用所面臨的巨大風(fēng)險(xiǎn)一樣。

一個(gè)新的技術(shù)開發(fā)后直接在車型上應(yīng)用是我們所希望的。但是實(shí)際上，往往有很多技術(shù)開發(fā)完全依賴于車型來做的話，就很難做得下去。這需要汽車生產(chǎn)商要有獨(dú)立的平臺(tái)做輕量化的技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用。

從技術(shù)上來說，輕量化材料面臨如何彌補(bǔ)技術(shù)、生產(chǎn)缺陷的難題。比如能夠完全實(shí)現(xiàn)減重和性能雙重目標(biāo)的鎂合金，卻在價(jià)格、便利生產(chǎn)、耐腐蝕等方面都比不過高強(qiáng)度鋼。

從環(huán)保角度講，如何實(shí)現(xiàn)更有效地回收利用，更好地滿足環(huán)保要求也很重要。盡管國內(nèi)許多企業(yè)已經(jīng)研發(fā)出性能優(yōu)異的新材料汽車，但是要想向市場推廣，進(jìn)入商業(yè)化，還需要進(jìn)一步建立維修、回收和循環(huán)使用技術(shù)體系。

汽車輕量化是汽車全產(chǎn)業(yè)鏈共同的事情，需要汽車企業(yè)努力，還需要行業(yè)聯(lián)盟和政府的支持。對(duì)企業(yè)來說，雖然一些新技術(shù)在前期研究時(shí)投資巨大，但這種投資是必要的，因?yàn)橛辛讼冗M(jìn)的技術(shù)儲(chǔ)備，一旦時(shí)機(jī)來臨，就可掌握先機(jī)。

第四篇：氧化鋯陶瓷材料在汽車上的應(yīng)用

氧化鋯陶瓷材料在汽車上的應(yīng)用

一、陶瓷在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用

新型陶瓷是氧化鋯等無機(jī)非金屬燒結(jié)而成。氧化鋯陶瓷與以往使用的氧化鋁陶瓷相比，強(qiáng)度是其三倍以上，能耐1000攝氏度以上高溫，新材料推進(jìn)了汽車上新用途的開發(fā)。例如：要將柴油機(jī)的燃耗費(fèi)降低30%以上，可以說新型陶瓷是不可缺少的材料?，F(xiàn)在汽油機(jī)中，燃燒能量中的78%左右是在熱能和熱傳遞中損失掉的，柴油機(jī)熱效率為33%，與汽油機(jī)相比已十分優(yōu)越，然而仍有60%以上的熱能量損失掉。因此，為減少這部分損失，用隔熱性能好的陶瓷材料圍住燃燒室進(jìn)行隔熱，進(jìn)而用廢氣渦輪增壓器和動(dòng)力渦輪來回收排氣能量，有試驗(yàn)證明，這樣可把熱效率提高到48%。氧化鋯陶瓷零件 氧化鋯陶瓷零件 同時(shí)，由于新型陶瓷的使用，柴油機(jī)瞬間快速起動(dòng)將變得可能。采用新型陶瓷的渦輪增壓器，它比當(dāng)今超耐熱合金具有更優(yōu)越的耐熱性，而比重卻只有金屬渦輪的約三分之一。因此，新型陶瓷渦輪可以補(bǔ)償金屬渦輪動(dòng)態(tài)響應(yīng)低的缺點(diǎn)。

其他正在進(jìn)行研究的有：采用新型陶瓷的活塞銷和活塞環(huán)等運(yùn)動(dòng)部件。由于重量的減輕，發(fā)動(dòng)機(jī)效率可望得到提高。

二、特種敏感陶瓷在汽車傳感器上應(yīng)用

對(duì)汽車用傳感器的要求是能長久適用于汽車特有的惡劣環(huán)境(高溫、低溫、振動(dòng)、加速、潮濕、噪聲、廢氣)，并應(yīng)當(dāng)具有小型輕量，重復(fù)使用性好，輸出范圍廣等特點(diǎn)。陶瓷耐熱、耐蝕、耐磨及其潛在的優(yōu)良的電磁、光學(xué)機(jī)能，近年來隨著制造技術(shù)的進(jìn)步而得到充分利用，敏感陶瓷材料制成的傳感器完全能夠滿 足上述要求。

三、陶瓷在汽車制動(dòng)器上的應(yīng)用

陶瓷制動(dòng)器是在碳纖維制動(dòng)器的基礎(chǔ)上制造而成的。一塊碳纖維制動(dòng)碟最初由碳纖維和樹脂構(gòu)成，它被機(jī)器壓制成形，之后經(jīng)過加熱、碳化、加熱、冷卻等幾道工序制成陶瓷制動(dòng)器，陶瓷制動(dòng)器的碳硅化合物表面的硬度接近鉆石，碟片內(nèi)的碳纖維結(jié)構(gòu)使它堅(jiān)固耐沖擊，耐腐蝕，讓碟片極為耐磨。目前此類技術(shù)除了在F1賽車中應(yīng)用，在超級(jí)民用跑車中也有涉及，例如奔馳的CL55 AMG。

四、陶瓷在汽車減振器上的應(yīng)用高級(jí)

轎車的減振裝置是綜合利用敏感陶瓷正壓電效應(yīng)、逆壓電效應(yīng)和電致伸縮效應(yīng)研制成功的智能減振器。由于采用高靈敏度陶瓷元件，這種減振器具有識(shí)別路面且能做自我調(diào)節(jié)的功能，可以將轎車因粗糙路面引起的振動(dòng)降到最低限度。

五、陶瓷材料在汽車噴涂技術(shù)上的應(yīng)用

近年來，在航天技術(shù)中廣泛應(yīng)用的陶瓷薄膜噴涂技術(shù)開始應(yīng)用于汽車上。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是隔熱效果好、能承受高溫和高壓、工藝成熟、質(zhì)量穩(wěn)定。為達(dá)到低散熱的目標(biāo)，可對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室部件進(jìn)行陶瓷噴涂，如活塞頂噴的氧化鋯，缸套噴的氧化鋯。經(jīng)過這種處理的發(fā)動(dòng)機(jī)可以降低散熱損失、減輕發(fā)動(dòng)機(jī)自身質(zhì)量、減小發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸、減少燃油消耗量。

六、智能陶瓷材料在汽車中應(yīng)用

作為氧化鋯陶瓷產(chǎn)品分類的智能陶瓷材料，其中包括在汽車制造中使用的對(duì)環(huán)境敏感且能對(duì)環(huán)境變化作出靈敏反應(yīng)的材料，目前已成為材料科學(xué)及工程領(lǐng)域中研究的焦點(diǎn)。

汽車上使用的智能陶瓷產(chǎn)品，包括功能材料、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與反饋系統(tǒng)相結(jié)合的智能材料系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)。由于其綜合性功能的發(fā)揮，可使汽車產(chǎn)品在行駛時(shí)感知與響應(yīng)外界環(huán)境的變化，使汽車產(chǎn)品擁有自檢、自測、自診斷、自修復(fù)、自適應(yīng)等諸多性能。當(dāng)前有些功能陶瓷制品已具有智能化的功能，如半導(dǎo)體鈦酸鋇正溫度系數(shù)熱能電阻及氧化鋅變阻器，它們對(duì)于溫度和電壓具備自身診斷、候補(bǔ)保護(hù)與自身修復(fù)的功能，可以使材料本身擁有抵抗環(huán)境突然變化的能力，并可重復(fù)多次使用。在智能陶瓷系統(tǒng)中，壓電陶瓷是最重要的品類?，F(xiàn)在已經(jīng)普及使用及正擬開發(fā)研制的壓電類智能陶瓷制品及材料系統(tǒng)如下：

汽車減震裝置：利用智能陶瓷產(chǎn)品的正壓電效應(yīng)、逆壓電效應(yīng)研制出的智能減震器，具有識(shí)別路面并自我調(diào)節(jié)的功能，可將粗糙路面對(duì)汽車形成的震動(dòng)減到最低限度，整個(gè)感知與調(diào)節(jié)過程只需要20秒。另外，采用智能陶瓷材料制成的減震裝置還可以推廣應(yīng)用在汽車產(chǎn)品之外的領(lǐng)域，如使用到精密加工的穩(wěn)固工作平臺(tái)等。

汽車智能雨刷：利用鈦酸鋇陶瓷的壓阻效應(yīng)制成智能陶瓷雨刷，可以自動(dòng)感知雨量，自動(dòng)將雨刷調(diào)節(jié)到最佳速度。

汽車有源消聲陶瓷材料：由壓電陶瓷拾音器、諧振器、模擬聲線圈和數(shù)字信號(hào)處理集成電路組成的有源消聲陶瓷材料，可把汽車的震動(dòng)頻率降低到500赫茲以下。此外，還可以利用智能陶瓷材料開發(fā)出智能安全系統(tǒng)與智能傳輸系統(tǒng)，如在安全氣囊中，也使用了智能陶瓷元件?，F(xiàn)代智能陶瓷材料的開發(fā)研究與市場，已經(jīng)處在方興未艾時(shí)期，同時(shí)它的應(yīng)用已經(jīng)不僅限于汽車工業(yè)，而且對(duì)造船、建筑、機(jī)械、家電、航天、國防等工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響，將大大提高各類機(jī)械與電子產(chǎn)品的智能與自動(dòng)化水平。

總之，氧化鋯陶瓷是一種正在不斷開發(fā)中的陶瓷材料產(chǎn)品，但原料的制取、材料的評(píng)價(jià)和利用技術(shù)等許多方面都有尚待解決的課題。目前，氧化鋯陶瓷在汽車的應(yīng)用并不廣泛，其中的主要原因有：制造工藝復(fù)雜、要求高;因氧化鋯陶瓷對(duì)原材料要求比較嚴(yán)格、工藝難以掌握，使得各批制品的性能難以保持均勻一致;成本較高，可加工性差、脆性大、使用可靠性差。不過，人們有充分理由相信，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，在未來的汽車制造業(yè)中將會(huì)有更多的氧化鋯陶瓷、智能陶瓷制品被引入和采用到汽車上，而且一定會(huì)在汽車生·產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。

第五篇：熱電技術(shù)在汽車上的應(yīng)用綜述

熱電技術(shù)在汽車上的應(yīng)用綜述

【摘要】

熱電技術(shù)利用熱電材料可以直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行發(fā)電，同時(shí)也可以將電能轉(zhuǎn)化為熱能進(jìn)行加熱或者制冷，是一種全同態(tài)能量轉(zhuǎn)換方式，無需化學(xué)反應(yīng)或流體介質(zhì)。介紹了熱電技術(shù)的基本原理，論述了熱電裝置在汽車尾氣余熱回收，減少汽車尾氣中有害氣體排放，新型汽車空調(diào)系統(tǒng)等方面的應(yīng)用情況簡述了熱電技術(shù)在中國的發(fā)展情況 主題詞:熱電技術(shù)汽車應(yīng)用

1、前言

能源短缺和環(huán)境污染問題成為了當(dāng)前汽車工業(yè)發(fā)展的兩大挑戰(zhàn)。因而綠色環(huán)保技術(shù)的研究和應(yīng)用越來越受到各個(gè)國家的關(guān)注和支持。成為當(dāng)今世界汽車工業(yè)發(fā)展的主題熱電技術(shù)是一種古老而又全新的綠色環(huán)保技術(shù)。該技術(shù)利用熱電材料可以直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行發(fā)電。同時(shí)也可以將電能轉(zhuǎn)化為熱能進(jìn)行加熱或者制冷。是一種全固態(tài)能量轉(zhuǎn)換方式，無需化學(xué)反應(yīng)或流體介質(zhì)。熱電設(shè)備在工作過程中具有性能穩(wěn)定，無噪聲，無磨損，體積小，質(zhì)量輕，移動(dòng)方便，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。

2熱電效應(yīng)的基本原理

熱電效應(yīng)包含了3個(gè)分別定義過的基本效應(yīng):賽貝克效應(yīng)(Seebeckeffect)，帕爾貼效應(yīng)(Pehiereffect)和湯姆孫效應(yīng)(Thomsoneffect)，這3個(gè)效應(yīng)奠定了熱力學(xué)中熱電理論的基礎(chǔ)。也為熱電轉(zhuǎn)換材料的實(shí)際應(yīng)用展示了廣闊的前景。

賽貝克效應(yīng)是1821年由德國科學(xué)家ThomasJohannSeebeck發(fā)現(xiàn)的，指的是在兩種不同導(dǎo)體a，b或?qū)щ婎愋筒煌陌雽?dǎo)體構(gòu)成的回路中。當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)。則兩個(gè)接點(diǎn)間有電動(dòng)勢產(chǎn)生。且在回路中有電流通過。賽貝克效應(yīng)可由賽貝克系數(shù)S出來表征。5lim.AV/At=(1)△￡—0u

式中。AV為電壓降;為溫度差。帕爾貼效應(yīng)是由法國科學(xué)家JeanCharlesAthanasePehier在1834年發(fā)現(xiàn)的與賽貝克效應(yīng)的現(xiàn)象正好相反。帕爾貼效應(yīng)是指兩種不同導(dǎo)體組成的回路的接點(diǎn)。當(dāng)有電流通過時(shí)，在其中的一個(gè)接點(diǎn)處有吸熱或放熱的現(xiàn)象。如果改變電流的方向，吸放熱也會(huì)也隨之反向。在時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量與流經(jīng)的電流，成正比。即dQ=xrjdt(2)——1——

綜述。式中，1『出為帕爾貼系數(shù)。1854年。英國科學(xué)家WilliamThomson發(fā)現(xiàn)當(dāng)電流通過一個(gè)單一導(dǎo)體。且該導(dǎo)體中存在溫度梯度，就會(huì)有可逆的熱效應(yīng)產(chǎn)生。該反應(yīng)稱為湯姆孫效應(yīng)，產(chǎn)生的熱為湯姆孫熱湯姆孫熱與通過的電流，經(jīng)歷的時(shí)間成正比。即dQ,dT,.,一-g-，各種半導(dǎo)體材料進(jìn)行熱電轉(zhuǎn)換的效率是不同的。而且每種熱電材料都有其適宜的工作溫度范圍，通常用刀這一無量綱值來描述材料的熱電性能，其中為材料的平均溫度，z為材料的優(yōu)值系數(shù)(figureofmerit)，Z的定義如下:Z:s2叮04，式中，5為賽貝克系數(shù);為電導(dǎo)率;A為熱導(dǎo)率。提高材料的熱電轉(zhuǎn)換效率。關(guān)鍵是在于尋找高值的材料隨著當(dāng)今新材料合成技術(shù)的發(fā)展。以及用x射線衍射技術(shù)和計(jì)算機(jī)來研究化合物能帶結(jié)構(gòu)參數(shù)等新技術(shù)的出現(xiàn)。熱電材料的研究日新月異。各種新材料層出不窮。

3熱電技術(shù)在汽車工業(yè)中的應(yīng)用

根據(jù)熱電效應(yīng)的基本原理。利用半導(dǎo)體材料加工成的熱電模塊可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電，加熱及制冷等功能，這些功能在汽車上得到廣泛的應(yīng)用。隨著熱電材料技術(shù)的發(fā)展。熱電模塊向著體積更小，效率更高方向發(fā)展美國Hi—Z公司是研發(fā)和生產(chǎn)熱電模塊的著名公司。

3.1熱電發(fā)電機(jī)——汽車尾氣余熱回收

內(nèi)燃機(jī)在工作中。燃油燃燒的總熱量只有30%～45%用于汽車的動(dòng)力輸出。其中汽油機(jī)的輸出功率一般只占燃油燃燒總熱量的20%～30%。而柴油機(jī)輸出功率一般占燃油燃燒總熱量的30%～45%即至少一半以上的熱量以廢熱的形式排出車外。這些熱量包括循環(huán)冷卻水帶走的熱量和汽車尾氣帶走的熱量如果用熱電發(fā)電機(jī)替代傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)。將這部分熱能轉(zhuǎn)化成電能儲(chǔ)存在蓄電池內(nèi)，汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性將會(huì)得到明顯的提高在混合動(dòng)力汽車上安裝熱電發(fā)電機(jī)。同樣可以回收這些熱

能。轉(zhuǎn)化成電能儲(chǔ)存在動(dòng)力電池內(nèi)。從而進(jìn)一步降低混合動(dòng)力汽車的油耗傳統(tǒng)汽車的汽車電源由蓄電池，發(fā)電機(jī)及其調(diào)節(jié)器組成。發(fā)電機(jī)通?？梢蕴峁?～2kW的電能給蓄電池及其它的汽車用電設(shè)備。發(fā)電機(jī)通過皮帶與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)相連。在發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)效率約是60%。發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)效率約為30%。如果再考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)本身的效率。那么發(fā)動(dòng)機(jī)及發(fā)電機(jī)組成的發(fā)電系統(tǒng)的綜合發(fā)電效率非常低。約10%～15%。因此每產(chǎn)生1kW的電能大約需要10kW的化學(xué)能。而熱電發(fā)電機(jī)不需要汽車發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。通過回收汽車尾熱?？梢詾槠嚨碾娏ο到y(tǒng)提供足夠電能，并且在提高了整車的燃油經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)。減少了汽車尾氣余熱的對(duì)大氣溫室效應(yīng)的影響。另外。熱電發(fā)動(dòng)機(jī)具有使用壽命長，低維護(hù)費(fèi)用，性能穩(wěn)定等很多傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)不具備的優(yōu)點(diǎn)。早在1964年，美國，日本及歐洲很多國家就開始了利用熱電發(fā)電機(jī)對(duì)汽車尾氣余熱回收的研究。1992年美國Hi—Z公司的J.C.Bass等研制的熱電發(fā)電機(jī)由72個(gè)HZ13模塊組成。每個(gè)HZ13模塊功率是13W熱電發(fā)電機(jī)總長為48.26cm，最大直徑為22.86cm，總質(zhì)量為13.6kg，最大功率是1068W。Bass等研制的熱電發(fā)電機(jī)1998年日本Nissan汽車公司研究中心研制的熱電發(fā)電機(jī)。同樣由72塊熱電模塊組成。每個(gè)模塊可以輸出功率1.2W該發(fā)電機(jī)整體外形是長方形。尺寸為440mmxl80mmx170mm。連接在排量為3L汽油機(jī)的排氣管中部。在道路試驗(yàn)中。當(dāng)汽車以60km/h的速度爬坡時(shí)。發(fā)電器可轉(zhuǎn)換排氣中1l%的熱量。寶馬汽車公司與美國BSST公司共同研制開發(fā)的一款熱電發(fā)電機(jī)可以回收和轉(zhuǎn)化汽車技術(shù)。綜述。

5%的尾氣熱能。目前，寶馬汽車公司開始批量生產(chǎn)一款裝有熱電發(fā)電機(jī)的車型一一BMWX6ActiveHybrid。該車均耗油量僅為9.9U100kW隨著更高性能的熱電材料的出現(xiàn)及熱電發(fā)動(dòng)機(jī)成本的不斷降低。專家預(yù)測未來的發(fā)動(dòng)機(jī)將是現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)和熱電發(fā)電機(jī)的綜合性發(fā)動(dòng)機(jī)3BMW5系車上安裝的熱電發(fā)電機(jī) 3.2熱電模塊預(yù)加熱——減少汽車尾氣排放

隨著人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)。汽車排放法規(guī)越來越嚴(yán)格。而元催化器作為汽車尾氣污染處理的主要部件。存在著嚴(yán)重的不足汽年尾氣中的有害氣體主要有CO，HC和NO。這3種氣體通過j元催化反應(yīng)器中的凈化劑時(shí)。進(jìn)行氧化還原化學(xué)反應(yīng)。其中CO在高溫下氧化成無色，無毒的二氧化碳?xì)怏w，HC化合物在高溫下氧化

成水和二氧化碳?xì)怏wNO還原成氮?dú)夂脱鯕?。然而，i元催化反應(yīng)器的工作溫度是400～800℃，二作溫度是300℃。而在汽車?yán)淦饎?dòng)開始的2～3min內(nèi)。元催化反應(yīng)器內(nèi)尚未達(dá)到起始溫度。這期問排放的尾氣約占汽車排放尾氣總量的60%～80%t5¨1熱電反應(yīng)裝置可以在這段時(shí)間內(nèi)為三元催化反應(yīng)器加熱。使其迅速達(dá)到起始工作溫度，使得汽車在冷起動(dòng)時(shí)最大程度減少尾氣污染。同時(shí)。熱電反應(yīng)裝置也可以作為恒溫器來工作。保證三元催化反應(yīng)器的工作溫度恒定在最佳1二作溫度區(qū)間。對(duì)于混合動(dòng)力汽車來說。熱電反應(yīng)裝置的這種功效在減少汽車尾氣排放上尤為顯著這是因?yàn)榛旌蟿?dòng)力汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常需要起停。特別是在城市工況行駛時(shí)。_二元催化器經(jīng)常不能在最佳工作溫度區(qū)間工作另外。二三元催化器在恒定的溫度范圍內(nèi)工作。不僅可以減少汽車尾氣排放。也可以增加其使用年限。

3.3熱電制冷及加熱——新一代的汽車空調(diào)系統(tǒng)

從1927年第一臺(tái)單一供暖空調(diào)的出現(xiàn)到1977年的計(jì)算機(jī)控制汽車空調(diào)系統(tǒng)的研制。汽車空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)成為了汽車的基本配置然而。在給人們帶來舒適性的同時(shí)。汽車空調(diào)表現(xiàn)出了許多缺點(diǎn)和問題.a.汽車空調(diào)系統(tǒng)增加了發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)擔(dān)。降低了整車的動(dòng)力性。汽車空調(diào)系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)，冷凝器，蒸發(fā)器和膨脹閥等組成。這些部件增加了整車的質(zhì)量。又由于壓縮機(jī)的動(dòng)力來源于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)。使得汽車空調(diào)的使用降低了汽車的動(dòng)力性在高溫天氣下，一些小排量的汽車在長時(shí)間使用空調(diào)后甚至?xí)霈F(xiàn)“開鍋”現(xiàn)象 b.汽車空調(diào)中的制冷劑對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。目前的汽車空調(diào)制冷劑。多數(shù)以RI2和R134a為主，R12滲透性極強(qiáng)，無毒，常溫下無味。泄漏時(shí)不易被發(fā)現(xiàn)。R12中的氯分子對(duì)大氣中的臭氧層進(jìn)行破壞，對(duì)環(huán)境造成污染而R134a作為R12的替代產(chǎn)品，雖然對(duì)臭氧層沒有破壞作用。但其GWP值(全球變暖潛能值)卻高達(dá)1300，是全球溫室效應(yīng)的元兇之一，而且，它對(duì)現(xiàn)用冷凍潤滑油相容性差。對(duì)銅管有腐蝕性。易造成泄漏

c.由于能源危機(jī)，不可再生能源石油資源在未來的幾十年內(nèi)面臨枯竭。很多車輛采用代用燃料，如CNG，甲醇汽油，乙醇汽油等。由于代用燃料的特性原因，與燃燒汽油的發(fā)動(dòng)機(jī)相比。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性下降了很多，帶動(dòng)空調(diào)運(yùn)行比較困難。因此，傳統(tǒng)的壓縮機(jī)制冷汽車空調(diào)不再適用于這些代用燃料車輛。熱電空調(diào)系統(tǒng)

是根據(jù)帕爾貼效應(yīng)。采用半導(dǎo)體材料制造的空調(diào)系統(tǒng)。可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)制冷和制熱12t-2zl它不需要汽車發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力源。減輕了發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)擔(dān)增加了汽車的動(dòng)力性。而且對(duì)環(huán)境沒有污染。真正實(shí)現(xiàn)了“綠色空調(diào)”。熱電空調(diào)同時(shí)具有以下優(yōu)點(diǎn): a.可靠性高，維護(hù)方便: b.結(jié)構(gòu)緊湊，體積小;c.無噪聲，制冷速度快: d.工作電源與汽車電源通用

4是美國艾梅瑞岡公司的一款溫控座椅

fClimateControlSeat)。該款座椅采用熱電裝置，具 有既可加熱又可制冷的主動(dòng)控制功能，可同時(shí)滿足 不同乘客的各自溫度要求。是新一代的汽車空調(diào)系 統(tǒng)該溫控座椅自1999年首次推出。迄今為止已經(jīng) 銷售了超過1000萬套目前，包括豐田，福特，通 用，尼桑，捷豹/路虎，本田，現(xiàn)代和起亞的全球8大 汽車生產(chǎn)商選用了該款溫控座椅艾梅瑞岡公司的 溫控座椅系統(tǒng)成功替代了壓縮機(jī)制冷汽車空調(diào)系 統(tǒng)。成為未來汽車空調(diào)的發(fā)展方向 ————。綜述。

圖4美國艾梅瑞岡公司的溫控座椅 3。4其他方面的應(yīng)用

現(xiàn)代汽車在滿足動(dòng)力性，安全性及經(jīng)濟(jì)性等性 能的同時(shí)。更加注重車內(nèi)乘客的舒適性。根據(jù)熱電 制冷原理制成的車載冰箱能讓人在炎炎夏日里感到 一

絲清涼如圖5所示。由熱電模塊制成的車載加 熱制冷槽。加熱槽作為微型的熱水器，讓人們隨時(shí)可

以喝到一杯熱咖啡或者熱茶汽車上許多重要電子 部分的冷卻也是由熱電制冷模塊來完成。

4熱電技術(shù)在我國的研究情況

中國在熱電技術(shù)方面的研究起步比較晚。參與研究單位比較少，目前主要集中在浙江大學(xué)，清華大學(xué)，武漢工業(yè)大學(xué)等一些學(xué)校。而且主要是一些基礎(chǔ)理論的研究。但是，隨著能源危機(jī)及環(huán)境污染等社會(huì)問題的日益嚴(yán)重。我國對(duì)新能源技術(shù)開發(fā)和綠色環(huán)保技術(shù)的研制提升到了一個(gè)新的高度。如國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(亦稱973計(jì)劃)將熱電技術(shù):“高效能熱電材料與設(shè)備的基礎(chǔ)研究”列為專項(xiàng)計(jì)劃進(jìn)行研究在熱電材料理論研究的基礎(chǔ)上。我國部分科研單位已經(jīng)開始了熱電技術(shù)在汽車上實(shí)際應(yīng)用的研究。在國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃和上海汽車工業(yè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展基金的共同支持下。中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所與上海汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)研究中于2009年共同啟動(dòng)了熱電技術(shù)新項(xiàng)目。這個(gè)項(xiàng)目計(jì)劃開發(fā)一款功率為500W的熱電發(fā)動(dòng)機(jī)。并安裝在排量為2.5L的汽車上。預(yù)期目標(biāo)是提高8%～10%的汽車燃油經(jīng)濟(jì)性。5.結(jié)束語

綠色環(huán)保技術(shù)——熱電技術(shù)是解決能源危機(jī)，環(huán)境污染這兩大難題的重要途徑。是汽車工業(yè)新技術(shù)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。許多發(fā)達(dá)國家的汽車企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)都投入了大量人力及財(cái)力。在汽車尾氣余熱回收，汽車尾氣污染治理，新一代環(huán)保汽車空調(diào)等方面取得了一系列的實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。中國在熱電基礎(chǔ)理論研究的基礎(chǔ)上。也逐步開始了熱電技術(shù)在汽車工業(yè)中應(yīng)用的研究。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新型熱電材料zT值不斷提高，這一綠色技術(shù)將會(huì)給人們的生活和社會(huì)的發(fā)展帶來新的飛躍。