汽車輕量化技術(shù)及其應(yīng)用一、輕量化技術(shù)二、輕量化目標定義（設(shè)定）三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）四、未來的發(fā)展展望一、輕量化技術(shù)二、輕量化目標定義（設(shè)定）三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）四、未來的發(fā)展展望輕量化

-

共同關(guān)注的議題能車身輕量化主動安全與被動安全性車身材料成本降低車身制造工藝成本降低顧客舒適感知程度車身結(jié)構(gòu)設(shè)計平臺化一、輕量化技術(shù)輕量化的必要性一、輕量化技術(shù)輕量化的必要性一、輕量化技術(shù)汽車輕量化推動材料、工藝及設(shè)計輕量化推動著：新的材料、新的工藝以及結(jié)構(gòu)設(shè)計的進步一、輕量化技術(shù)汽車輕量化推動新材料的應(yīng)用單一鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)鎂鋁合金車身結(jié)構(gòu)件尼龍玻纖增強材料全鋁車身＞

202520101995?車身結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展趨勢技術(shù)多材料設(shè)計高強度鋼結(jié)構(gòu)PP長玻纖增強材料全鋁車身框架碳纖維復(fù)合材料?？復(fù)合無骨架車身?塑代鋼應(yīng)用車身結(jié)構(gòu)件GMT玻氈復(fù)合塑料超高強鋼變厚度鋼板熱壓成形液壓成形激光拼焊板年代---

汽車的多材料設(shè)計一、輕量化技術(shù)重量與安全一、輕量化技術(shù)視頻 –1969vs

20091969

Chevrolet

–

整備質(zhì)量

1517kg2009

Chevrolet

–

整備質(zhì)量

1549kg一、輕量化技術(shù)汽車產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展方向節(jié)能●環(huán)保凈化排氣減少CO2回收利用減小環(huán)境壓力輕量化安全●舒適安全設(shè)計信息、通訊操控、便捷電子化輕量化作為一門綜合學(xué)科，促進了現(xiàn)代汽車設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，其與材料、安全、耐久、結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造技術(shù)、連接技術(shù)、NVH、操穩(wěn)等核心技術(shù)緊密結(jié)合，輕量化的出現(xiàn)減緩了汽車重量的增長速度。未來汽車設(shè)計的核心技術(shù)之一一、輕量化技術(shù)12一、輕量化技術(shù)二、輕量化目標定義（設(shè)定）三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）四、未來的發(fā)展展望熊飛2013-12-17世界鋼鐵協(xié)會模型,

Width

M

f

(

PVA

)PVA

Length分析：優(yōu)點：（1）可以快速的進行重量目標的初始測算；缺點：需要對數(shù)據(jù)源進行分類篩選，產(chǎn)生一次誤差；沒有考慮車型具體情況，不具備通用性，產(chǎn)生二次誤差；結(jié)論： 不采用二、輕量化目標定義（設(shè)定）菲亞特公司模型,

Height

,

WidthM

f

(

PVA

)PVA

Length分析：優(yōu)點：可以快速的對標桿車市場競爭力重量水平進行評判；可以快速的對開發(fā)車型重量目標進行粗略設(shè)定；缺點：重量目標設(shè)定取決于標桿、競品車型的選定，誤差比較大；不能定量的對開發(fā)車型目標值給出；結(jié)論： 不采用二、輕量化目標定義（設(shè)定）1.

白車身面密度重量模型M

f(Wheelbase,Track(F&

R))分析：優(yōu)點：（1）可以衡量白車身輕量化水平；缺點：（1）沒有考慮整車具體情況，不具備通用性，誤差較大；結(jié)論： 不采用二、輕量化目標定義（設(shè)定）體積密度重量模型M

f(Length,Width,Height

)分析：優(yōu)點：可以快速的進行重量目標的初始測算；數(shù)據(jù)源的大量引用，具備一定通用性；缺點：（1）沒有考慮車型的具體形狀情況，如掏空系數(shù)，因此，有一定誤差，但是有借鑒性；結(jié)論： 借鑒、修正、采用二、輕量化目標定義（設(shè)定）PT

(

1

k )

VV

kVＶ

-

等效體積；K

-

體積因子；ＶＴ

-

整車總體積；ＶＰ

-

成員倉體積；輕量化設(shè)計重量模型借鑒蓮花公司體積經(jīng)驗公式，確立等效體積重量模型,

導(dǎo)出等效體積公式：二、輕量化目標定義（設(shè)定）建立等效體積重量模型

{

f（V）}原理：M(V

)

f(V

)二、輕量化目標定義（設(shè)定）根據(jù)修正參數(shù)公式，建立重量設(shè)計模型計算器，如下：建立修正參數(shù)公式M

(V

)

f

(V

)

(

Benchmark

)重量設(shè)計模型創(chuàng)建二、輕量化目標定義（設(shè)定）一、輕量化技術(shù)二、輕量化目標定義（設(shè)定）三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）四、未來的發(fā)展展望三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）（案例）非金屬材料在汽車輕量化上的應(yīng)用開發(fā)，概況起來可以劃分為四個方向①"以塑代鋼"輕量化設(shè)計開發(fā)②模塊化、集成化設(shè)計開發(fā)③結(jié)構(gòu)優(yōu)化輕量化設(shè)計開發(fā)④材料的輕量化新應(yīng)用②③材料的輕模塊化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化量化新應(yīng)集成化設(shè)計開發(fā)輕量化設(shè)計開發(fā)用①"以塑代鋼"輕量化設(shè)計開發(fā)④二、非金屬材料的輕量化開發(fā)①“以塑代鋼”輕量化設(shè)計開發(fā)塑料后橫梁的開發(fā)第一代設(shè)計方案：金屬橫梁，280VK，重量為9.9kg;第二代設(shè)計方案：金屬橫梁，340/590DP，重量為3.9kg;最新設(shè)計方案：塑料復(fù)合材料橫梁，重量僅為2kg;能夠?qū)崿F(xiàn)50%的減重效果；能夠滿足安全性能要求;三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）①“以塑代鋼”輕量化設(shè)計開發(fā)不同材料的設(shè)計MaterialTotal

MassNo.of

components–

GMT~3.15

kg=

6MaterialTotal

MassNo.of

components–

PC/PBT~1.8

kg=

1HighlyengineeredgeometryofPC/PBT

BeamPC/PBTbeamfittedinexisting

spacePC/PBTbeambracketsmountedatexisting

locationsReducedtoolingcost–Singlepiecenoside

coresReducedassemblycost–1

componentReducedweightby

16%三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）①“以塑代鋼”輕量化設(shè)計開發(fā)PC/PBT后橫梁開發(fā)重量~

1.81

Kg主截面3.8MMPC/PBT三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）①“以塑代鋼”輕量化設(shè)計開發(fā)性能驗證GB

20072-2006法規(guī)分析，滿足性能要求三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）①“以塑代鋼”輕量化設(shè)計開發(fā)性能驗證GB

20072-2006法規(guī)分析，滿足性能要求三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）①“以塑代鋼”輕量化設(shè)計開發(fā)性能驗證MaxForce~61

kNNosignificantdamagetorear

floorECER42&RCAR三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）發(fā)動機罩外板B180H1

0.7發(fā)動機罩內(nèi)板DC040.7采用CF復(fù)合材料開發(fā)，能夠?qū)崿F(xiàn)50%減重。①“以塑代鋼”輕量化設(shè)計開發(fā)塑料發(fā)動機艙蓋（前瞻開發(fā)）傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）電池支架結(jié)構(gòu)圖（前側(cè)視圖）電池支架結(jié)構(gòu)圖（后側(cè)視圖）①“以塑代鋼”輕量化設(shè)計開發(fā)電池托架的輕量化技術(shù)開發(fā)：右圖為某車型的電池支架三維視圖，紅圈是焊點，金屬支座有有翻邊，用于增強剛度。，側(cè)邊有焊點。沒有偏心受力出現(xiàn)。綠色件(DC01)為電池固定板，厚度為1.2mm；黃色和灰色件為金屬托盤，黃色件(B250P1)厚度為1.5mm，灰色件厚度為2mm。三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）31①

改進前電池支架結(jié)構(gòu)圖（sabic托板）下面為電池支架三維視圖，紅圈是焊點，藍圈是螺栓連接。如果塑料托板剛度不夠，就會導(dǎo)致偏心受力出現(xiàn)。綠色件為電池固定板（DC0件），厚度為1.2mm；灰色件為sabic托盤，灰色件(SABIC)厚度為3.5mm。電池支架結(jié)構(gòu)圖（前側(cè)視圖）受力位置受力位置電池支架結(jié)構(gòu)圖（側(cè)視圖）三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）32有限元模型①

改進前電池支架計算結(jié)果（sabic托板）強度計算結(jié)果模態(tài)計算結(jié)果垂向彎曲模態(tài)（HZ）縱向彎曲模態(tài)（HZ）塑料支架23度模態(tài)23.1131.05塑料支架80度模態(tài)20.8926.93塑料支架120度模態(tài)19.224.25X方向6g（MPa） Y方向6g（MPa） Z方向6g（MPa）電池固定板

塑料托盤

電池固定板

塑料托盤

電池固定板

塑料托盤塑料支架23度最大應(yīng)力 827 63.42 374.7 58.72 607.1 30.48塑料支架80度最大應(yīng)力 887.2 59.25 457.2 55.13 655.9 27.65塑料支架120度最大應(yīng)力 934.8 56.5 526.2 52.16 694.7 25.77結(jié)論：1、塑料托盤滿足低于材料許用應(yīng)力，滿足要求。2、塑料支架的電池固定板與金屬支架的電池固定板在各工況下相比，應(yīng)力增加比例比較高，不滿足要求。3、塑料支架的電池固定板與金屬支架的電池固定板相比，垂向和橫向彎曲模態(tài)降低較多，不滿足要求。4、造成這個現(xiàn)象的原因是，塑料支架的z向彎曲剛度不夠，和約束點不夠。改進方向：進一步改進塑料托盤結(jié)構(gòu)；增加支撐點。三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）33①

改進后電池支架結(jié)構(gòu)圖（sabic托板）考慮到垂向剛度不夠在原有托板上，對原基礎(chǔ)上進行進行加筋（紫色部分），紅圈部位加螺栓。由于120度最為惡劣，所以按照120度進行分析。Sabic托板上視圖Sabic托板下視圖三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）X方向6g（MPa） Y方向6g（MPa） Z方向6g（MPa）電池固定板 塑料托盤 電池固定板 塑料托盤 電池固定板 塑料托盤塑料支架23度最大應(yīng)力 827 63.42 374.7 58.72 607.1 30.48塑料支架80度最大應(yīng)力 887.2 59.25 457.2 55.13 655.9 27.65塑料支架120度最大應(yīng)力 934.8 56.5 526.2 52.16 694.7 25.77金屬支架最大應(yīng)力599.8 / 158.3 / 476.9 /塑料支架120度改進后 591.9 18.83 116.0 13.61 355.9 13.84垂向彎曲模態(tài)（HZ） 縱向彎曲模態(tài)（HZ）塑料支架23度模態(tài) 23.11 31.05塑料支架80度模態(tài) 20.89 26.93塑料支架120度模態(tài) 19.2 24.25金屬支架模態(tài)25.62 35.83塑料支架120度改進后 24.44 42.55重量(KG)改進前塑料支架 0.4085金屬支架1.636改進后塑料支架 0.4413結(jié)果匯總結(jié)果：1、改進前sabic在23度，80度，120度溫度條件下，與原金屬托板相比，模態(tài)和強度都降低比較多。2、改進后在120度下，模態(tài)和強度都比原金屬支架略微有所改善。34三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）②③材料的輕模塊化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化量化新應(yīng)集成化設(shè)計開發(fā)輕量化設(shè)計開發(fā)用①"以塑代鋼"輕量化設(shè)計開發(fā)④三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）②

模塊化、集成化設(shè)計開發(fā)前端模塊的輕量化開發(fā)20082011模塊化輕量化效果全金屬結(jié)構(gòu)，超過15個零件組成嵌件金屬框架加上塑料復(fù)合材料包覆，零件減少2013 2014全塑框架，局部金屬增強，集成功能少全塑框架，局部金屬嵌件增強，集成化設(shè)計三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）②

模塊化、集成化設(shè)計開發(fā)不同結(jié)構(gòu)前端模塊的輕量化效果金屬框架塑料復(fù)合結(jié)模塊化前端結(jié)構(gòu)集成化模塊前端結(jié)構(gòu)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)10%的減重效果；減少了零件數(shù)量；采用PA材料，成本相對偏高；能夠?qū)崿F(xiàn)20%的減重效果；模塊化設(shè)計，減少了零件數(shù)量；采用PP-LFT材料，成本較低；能夠?qū)崿F(xiàn)30%的減重效果；模塊化、集成化設(shè)計，大量較少零件；采用PP-LFT材料，成本低；三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）②

模塊化、集成化設(shè)計開發(fā)靜剛度CAE分析X軸方向Y軸方向Z軸方向二、非金屬材料的輕量化開發(fā)②

模塊化、集成化設(shè)計開發(fā)安裝點動剛度CAE分析二、非金屬材料的輕量化開發(fā)②③材料的輕模塊化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化量化新應(yīng)集成化設(shè)計開發(fā)輕量化設(shè)計開發(fā)用①"以塑代鋼"輕量化設(shè)計開發(fā)④三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）③

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計開發(fā)三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）③

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計開發(fā)保險杠的薄壁化開發(fā)常規(guī)的設(shè)計為3.0MM壁厚；采用普通的PP滑石粉材料；單件重量4~5kg*;馬自達CX-5采用2.5MM壁厚采用2.0MM壁厚三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）43③

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計開發(fā)薄壁化開發(fā)面臨的挑戰(zhàn)面臨的主要挑戰(zhàn)減薄后產(chǎn)品的成型問題；減薄后可能導(dǎo)致產(chǎn)品的剛性下降；減薄后導(dǎo)致的產(chǎn)品強度降低。實施技術(shù)方案

提高材料熔體指數(shù)，增加流動性，由現(xiàn)行標準提高到30g/10min以上，解決可能充不滿、注射壓力大、注射溫度高等問題；

提高材料模量，通過技術(shù)分析，適當?shù)奶岣邚澢Ａ?，可以解決因減薄帶來的強度和剛度下降問題。制品剛性與材料彎曲模量、壁厚的關(guān)系三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）③

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計開發(fā)成形分析填充時間6.25S最大壓力48.76MPa最大鎖模壓力1554.7T熔接痕三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）③

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計開發(fā)薄壁化保險杠產(chǎn)品采用2.8MM壁厚開發(fā)已經(jīng)完成零件開發(fā)與驗證，性能滿足要求2.5MM壁厚設(shè)計；高剛性PP材料；單件減重10~15%，總計減重0.8kg;成本降低；三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）46落錘沖擊應(yīng)用結(jié)構(gòu)膠

無結(jié)構(gòu)膠結(jié)構(gòu)膠的優(yōu)勢：吸能+應(yīng)力分散③

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計開發(fā)結(jié)構(gòu)膠的輕量化應(yīng)用開發(fā)結(jié)構(gòu)膠應(yīng)用對車身性能的貢獻：剛度提高：一般8-15%；模態(tài)提升：一般1-3赫茲；疲勞性能提高：一般100-1000%；耐沖撞性提高；減少焊點；解決復(fù)合材料、鎂鋁合金等異種材料的連接問題；能夠?qū)崿F(xiàn)車身的減重；三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）③

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計開發(fā)結(jié)構(gòu)膠的輕量化開發(fā)三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）③

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計開發(fā)結(jié)構(gòu)膠的輕量化應(yīng)用開發(fā)1 5

4Case1

1 2 613 98 10Case2=Case1+ 1 123Case3=Case2+14No.PART

NAMEScheme(MATand

Thickness)Lighten-WeightValue(kg)1Hingepillarouter(LH,RH)1.5mm→1.4mm0.4722Apillarouter(LH

,RH)1.5mm→1.4mm0.163Sillouter(LH

,RH)1.5mm→1.4mm0.6944Sillinnermiddle(LH

,RH)1.5mm→1.4mm0.5485Sillinnerfront(LH

,RH)DC01/1.5→B340-590DP/1.20.286Sillinnerrear(LH

,RH)1.5mm→1.4mm0.2287Roofsiderailouter(LH

,RH)1.5mm→1.4mm0.148Rearwheelcoverouter(LH

,RH)0.8mm→0.7mm0.8489Cpillarinner(LH

,RH)0.8mm→0.7mm0.44210Rearfloorconnect

bracket(LH

,RH)0.8mm→0.7mm0.1811Drain

channel0.8mm→0.7mm0.472Totallighten-Weight

Mass_Case_014.22kg↓12FrontFloorthesecondYaxisail(LH

,RH)1.8mm→1.6mm0.32413Luggage

frame1.5mm→1.2mm0.598Totallighten-Weight

Mass_Case_025.142↓14Sillouter(LH

,RH)1.4mm→1.2mm1.4Totallighten-Weight

Mass_case_036.542kg↓49Left

B-PillarLeft

B-PillarLeft

B-PillarLeft

B-PillarRight

B-PillarRight

B-PillarRight

B-PillarRight

B-PillarBASE

MODELSTRUCTURE

GLUELIGHTEN-WEIGHT_Case_01LIGHTEN-WEIGHT_Case_02BASE

MODELSTRUCTURE

GLUELIGHTEN-WEIGHT_Case_01LIGHTEN-WEIGHT_Case_02AccelerationPeak42.343.143.942.636.736.437.336.0Avg

60~95ms32.133.533.532.728.429.129.129.0X-dirAcceleration(B-Pillar

Lower)③

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計開發(fā)安全性能分析X-dirAcceleration(B-Pillar

Lower)三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）③

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計開發(fā)剛度模態(tài)分析withstructure

gluewithoutstructure

glue三、輕量化技術(shù)及其應(yīng)用（案例分享）③

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計開發(fā)結(jié)構(gòu)膠的輕量化應(yīng)用開發(fā)BasicModel(Withoutglue

)Case_01Case_02Case_03TargetWith

glueWithoutglueWith

glueWithoutglueWith

glueWithoutglueBendingstiffness(N/mm)20,18920,151,

-0.19%19,400,

-3.9%20,142,-0.23%19,388,

-4%19,853,

-1.7%18,656,

-7.6%Torsion

s

tiffness(Nm/deg)26,21526,012,

-0.7%25,610,

-2.3%25,780,

-1.7%25,330,

-3.4%25,603,

-2.3%24,540,

-6.4%First

Bending(Hz)51.3151.48,0.3%51.16,

-0.29%51.19,

-0.23%50.93,

-0.74%51.