热电技术在汽车上的应用综述

第一篇：热电技术在汽车上的应用综述

热电技术在汽车上的应用综述

【摘要】

热电技术利用热电材料可以直接将热能转化为电能进行发电，同时也可以将电能转化为热能进行加热或者制冷，是一种全同态能量转换方式，无需化学反应或流体介质。介绍了热电技术的基本原理，论述了热电装置在汽车尾气余热回收，减少汽车尾气中有害气体排放，新型汽车空调系统等方面的应用情况简述了热电技术在中国的发展情况 主题词:热电技术汽车应用

1、前言

能源短缺和环境污染问题成为了当前汽车工业发展的两大挑战。因而绿色环保技术的研究和应用越来越受到各个国家的关注和支持。成为当今世界汽车工业发展的主题热电技术是一种古老而又全新的绿色环保技术。该技术利用热电材料可以直接将热能转化为电能进行发电。同时也可以将电能转化为热能进行加热或者制冷。是一种全固态能量转换方式，无需化学反应或流体介质。热电设备在工作过程中具有性能稳定，无噪声，无磨损，体积小，质量轻，移动方便，使用寿命长等优点。

2热电效应的基本原理

热电效应包含了3个分别定义过的基本效应:赛贝克效应(Seebeckeffect)，帕尔贴效应(Pehiereffect)和汤姆孙效应(Thomsoneffect)，这3个效应奠定了热力学中热电理论的基础。也为热电转换材料的实际应用展示了广阔的前景。

赛贝克效应是1821年由德国科学家ThomasJohannSeebeck发现的，指的是在两种不同导体a，b或导电类型不同的半导体构成的回路中。当两个接点温度不同时。则两个接点间有电动势产生。且在回路中有电流通过。赛贝克效应可由赛贝克系数S出来表征。5lim.AV/At=(1)△￡—0u

式中。AV为电压降;为温度差。帕尔贴效应是由法国科学家JeanCharlesAthanasePehier在1834年发现的与赛贝克效应的现象正好相反。帕尔贴效应是指两种不同导体组成的回路的接点。当有电流通过时，在其中的一个接点处有吸热或放热的现象。如果改变电流的方向，吸放热也会也随之反向。在时间内产生的热量与流经的电流，成正比。即dQ=xrjdt(2)——1——

综述。式中，1『出为帕尔贴系数。1854年。英国科学家WilliamThomson发现当电流通过一个单一导体。且该导体中存在温度梯度，就会有可逆的热效应产生。该反应称为汤姆孙效应，产生的热为汤姆孙热汤姆孙热与通过的电流，经历的时间成正比。即dQ,dT,.,一-g-，各种半导体材料进行热电转换的效率是不同的。而且每种热电材料都有其适宜的工作温度范围，通常用刀这一无量纲值来描述材料的热电性能，其中为材料的平均温度，z为材料的优值系数(figureofmerit)，Z的定义如下:Z:s2叮04，式中，5为赛贝克系数;为电导率;A为热导率。提高材料的热电转换效率。关键是在于寻找高值的材料随着当今新材料合成技术的发展。以及用x射线衍射技术和计算机来研究化合物能带结构参数等新技术的出现。热电材料的研究日新月异。各种新材料层出不穷。

3热电技术在汽车工业中的应用

根据热电效应的基本原理。利用半导体材料加工成的热电模块可以实现发电，加热及制冷等功能，这些功能在汽车上得到广泛的应用。随着热电材料技术的发展。热电模块向着体积更小，效率更高方向发展美国Hi—Z公司是研发和生产热电模块的着名公司。

3.1热电发电机——汽车尾气余热回收

内燃机在工作中。燃油燃烧的总热量只有30%～45%用于汽车的动力输出。其中汽油机的输出功率一般只占燃油燃烧总热量的20%～30%。而柴油机输出功率一般占燃油燃烧总热量的30%～45%即至少一半以上的热量以废热的形式排出车外。这些热量包括循环冷却水带走的热量和汽车尾气带走的热量如果用热电发电机替代传统发电机。将这部分热能转化成电能储存在蓄电池内，汽车的燃油经济性将会得到明显的提高在混合动力汽车上安装热电发电机。同样可以回收这些热

能。转化成电能储存在动力电池内。从而进一步降低混合动力汽车的油耗传统汽车的汽车电源由蓄电池，发电机及其调节器组成。发电机通常可以提供1～2kW的电能给蓄电池及其它的汽车用电设备。发电机通过皮带与汽车发动机相连。在发动机低速运转时效率约是60%。发动机高速运转时效率约为30%。如果再考虑到发动机本身的效率。那么发动机及发电机组成的发电系统的综合发电效率非常低。约10%～15%。因此每产生1kW的电能大约需要10kW的化学能。而热电发电机不需要汽车发动机提供动力。通过回收汽车尾热。可以为汽车的电力系统提供足够电能，并且在提高了整车的燃油经济性的同时。减少了汽车尾气余热的对大气温室效应的影响。另外。热电发动机具有使用寿命长，低维护费用，性能稳定等很多传统发电机不具备的优点。早在1964年，美国，日本及欧洲很多国家就开始了利用热电发电机对汽车尾气余热回收的研究。1992年美国Hi—Z公司的J.C.Bass等研制的热电发电机由72个HZ13模块组成。每个HZ13模块功率是13W热电发电机总长为48.26cm，最大直径为22.86cm，总质量为13.6kg，最大功率是1068W。Bass等研制的热电发电机1998年日本Nissan汽车公司研究中心研制的热电发电机。同样由72块热电模块组成。每个模块可以输出功率1.2W该发电机整体外形是长方形。尺寸为440mmxl80mmx170mm。连接在排量为3L汽油机的排气管中部。在道路试验中。当汽车以60km/h的速度爬坡时。发电器可转换排气中1l%的热量。宝马汽车公司与美国BSST公司共同研制开发的一款热电发电机可以回收和转化汽车技术。综述。

5%的尾气热能。目前，宝马汽车公司开始批量生产一款装有热电发电机的车型一一BMWX6ActiveHybrid。该车均耗油量仅为9.9U100kW随着更高性能的热电材料的出现及热电发动机成本的不断降低。专家预测未来的发动机将是现有发动机和热电发电机的综合性发动机3BMW5系车上安装的热电发电机 3.2热电模块预加热——减少汽车尾气排放

随着人们环保意识的加强。汽车排放法规越来越严格。而元催化器作为汽车尾气污染处理的主要部件。存在着严重的不足汽年尾气中的有害气体主要有CO，HC和NO。这3种气体通过j元催化反应器中的净化剂时。进行氧化还原化学反应。其中CO在高温下氧化成无色，无毒的二氧化碳气体，HC化合物在高温下氧化

成水和二氧化碳气体NO还原成氮气和氧气。然而，i元催化反应器的工作温度是400～800℃，二作温度是300℃。而在汽车冷起动开始的2～3min内。元催化反应器内尚未达到起始温度。这期问排放的尾气约占汽车排放尾气总量的60%～80%t5¨1热电反应装置可以在这段时间内为三元催化反应器加热。使其迅速达到起始工作温度，使得汽车在冷起动时最大程度减少尾气污染。同时。热电反应装置也可以作为恒温器来工作。保证三元催化反应器的工作温度恒定在最佳1二作温度区间。对于混合动力汽车来说。热电反应装置的这种功效在减少汽车尾气排放上尤为显着这是因为混合动力汽车的发动机经常需要起停。特别是在城市工况行驶时。_二元催化器经常不能在最佳工作温度区间工作另外。二三元催化器在恒定的温度范围内工作。不仅可以减少汽车尾气排放。也可以增加其使用年限。

3.3热电制冷及加热——新一代的汽车空调系统

从1927年第一台单一供暖空调的出现到1977年的计算机控制汽车空调系统的研制。汽车空调系统现在已经成为了汽车的基本配置然而。在给人们带来舒适性的同时。汽车空调表现出了许多缺点和问题.a.汽车空调系统增加了发动机负担。降低了整车的动力性。汽车空调系统主要由压缩机，冷凝器，蒸发器和膨胀阀等组成。这些部件增加了整车的质量。又由于压缩机的动力来源于汽车发动机。使得汽车空调的使用降低了汽车的动力性在高温天气下，一些小排量的汽车在长时间使用空调后甚至会出现“开锅”现象 b.汽车空调中的制冷剂对环境造成严重污染。目前的汽车空调制冷剂。多数以RI2和R134a为主，R12渗透性极强，无毒，常温下无味。泄漏时不易被发现。R12中的氯分子对大气中的臭氧层进行破坏，对环境造成污染而R134a作为R12的替代产品，虽然对臭氧层没有破坏作用。但其GWP值(全球变暖潜能值)却高达1300，是全球温室效应的元凶之一，而且，它对现用冷冻润滑油相容性差。对铜管有腐蚀性。易造成泄漏

c.由于能源危机，不可再生能源石油资源在未来的几十年内面临枯竭。很多车辆采用代用燃料，如CNG，甲醇汽油，乙醇汽油等。由于代用燃料的特性原因，与燃烧汽油的发动机相比。发动机的动力性下降了很多，带动空调运行比较困难。因此，传统的压缩机制冷汽车空调不再适用于这些代用燃料车辆。热电空调系统

是根据帕尔贴效应。采用半导体材料制造的空调系统。可以同时实现制冷和制热12t-2zl它不需要汽车发动机提供动力源。减轻了发动机的负担增加了汽车的动力性。而且对环境没有污染。真正实现了“绿色空调”。热电空调同时具有以下优点: a.可靠性高，维护方便: b.结构紧凑，体积小;c.无噪声，制冷速度快: d.工作电源与汽车电源通用

4是美国艾梅瑞冈公司的一款温控座椅

fClimateControlSeat)。该款座椅采用热电装置，具 有既可加热又可制冷的主动控制功能，可同时满足 不同乘客的各自温度要求。是新一代的汽车空调系 统该温控座椅自1999年首次推出。迄今为止已经 销售了超过1000万套目前，包括丰田，福特，通 用，尼桑，捷豹/路虎，本田，现代和起亚的全球8大 汽车生产商选用了该款温控座椅艾梅瑞冈公司的 温控座椅系统成功替代了压缩机制冷汽车空调系 统。成为未来汽车空调的发展方向 ————。综述。

图4美国艾梅瑞冈公司的温控座椅 3。4其他方面的应用

现代汽车在满足动力性，安全性及经济性等性 能的同时。更加注重车内乘客的舒适性。根据热电 制冷原理制成的车载冰箱能让人在炎炎夏日里感到 一

丝清凉如图5所示。由热电模块制成的车载加 热制冷槽。加热槽作为微型的热水器，让人们随时可

以喝到一杯热咖啡或者热茶汽车上许多重要电子 部分的冷却也是由热电制冷模块来完成。

4热电技术在我国的研究情况

中国在热电技术方面的研究起步比较晚。参与研究单位比较少，目前主要集中在浙江大学，清华大学，武汉工业大学等一些学校。而且主要是一些基础理论的研究。但是，随着能源危机及环境污染等社会问题的日益严重。我国对新能源技术开发和绿色环保技术的研制提升到了一个新的高度。如国家重点基础研究发展计划(亦称973计划)将热电技术:“高效能热电材料与设备的基础研究”列为专项计划进行研究在热电材料理论研究的基础上。我国部分科研单位已经开始了热电技术在汽车上实际应用的研究。在国家重点基础研究发展计划和上海汽车工业科学技术发展基金的共同支持下。中国科学院上海硅酸盐研究所与上海汽车集团股份有限公司技术研究中于2009年共同启动了热电技术新项目。这个项目计划开发一款功率为500W的热电发动机。并安装在排量为2.5L的汽车上。预期目标是提高8%～10%的汽车燃油经济性。5.结束语

绿色环保技术——热电技术是解决能源危机，环境污染这两大难题的重要途径。是汽车工业新技术中的一项关键技术。许多发达国家的汽车企业和科研机构都投入了大量人力及财力。在汽车尾气余热回收，汽车尾气污染治理，新一代环保汽车空调等方面取得了一系列的实质性进展。中国在热电基础理论研究的基础上。也逐步开始了热电技术在汽车工业中应用的研究。随着科学技术的发展，新型热电材料zT值不断提高，这一绿色技术将会给人们的生活和社会的发展带来新的飞跃。

第二篇：机电技术在汽车上的典型应用

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机电技术在汽车上的典型应用

作者：米娜瓦尔·阿不都克力木

来源：《电子世界》2012年第16期

【摘要】当前，随着知识经济的发展，机电技术取得了非常大的进步，汽车行业的发展也是前所未有的。机电技术与汽车行业的结合是时代发展的趋势，也是汽车行业与机电业适应市场经济发展的需求，二者的结合不仅促进了机电技术的广泛普及，而且为汽车行业的发展奠定了一定的技术基础。本篇文章针对就机电技术和汽车行业的结合，深刻探讨了自动变速器和ABS系统等机电技术在汽车上的典型应用。

【关键词】机电技术；汽车行业；典型应用

随着科学技术和汽车行业的发展，在近些年来，汽车的机械结构得到了非常好的完善。但是面对在安全、节能等方面的要求，汽车工业不得不继续加强新技术、新产品的研究，各种先进的技术被陆续应用到汽车上。因此，世界许多国家的汽车厂都展开了汽车机电一体化技术的应用，其不仅是汽车行业发展的方向，而且是机电技术广泛应用的体现。将机电技术应用到汽车上，一定会对汽车行业的发展起到积极的促进作用。

一、机电技术

1、精密机械技术。在很多的机电产品中，其构造功能和相关的功能都是以精密机械技术为主要技术支撑的，如果没有精密机械技术或者其达不到精度要求是很难实现其想要的功能的。现代的机电产品已经离不开精密机电技术了。

2、信息处理技术。信息处理技术是机电的基础技术，是指在进行与机电极少数相关的产品的生产过程中，对和产品相关的参数，以及和控制相关的信息的处理技术。

3、自动控制技术。这里讲的自动控制技术是建立在机电技术的基础上的技术，不仅包括高精度的速度控制和定位控制，同时还包括自动适应控制，以及补偿技术和校正技术。随着自动控制技术的发展，和自动控制能力的不断提高，在自动控制基础上生产的产品的质量也得持续的提高。

4、检测和传感器技术。检测和传感器技术主要被应用在相关的检测方面，比如对建立在机电技术产品上的各项参数的检测、对机电产品的工作状态检测、对信息的准确度的检测，以及对信息参数的检测等。通过检测之后，被接受的信息就会被传送给相关的处理装置，最后通过处理装置来对产品运行过程有效的控制。

5、伺服驱动技术。伺服驱动技术是一项核心技术，主要用在机电产品的驱动装置的设计工作中，是驱动设备执行相关操作的关键技术，在一定程度上对机电技术产品的质量起到了决定作用。

6、系统总体技术。所谓系统总体技术就是指从整体出发，使用系统的观念和做法来进行工作。具体指将一些机电技术产品的功能划分为若干个功能模块，在与灭一个功能模块的实际情况相结合，制定有针对性的实现各项功能的技术方案，最好将相关的技术方案进行总结，进而完成功能合理的技术设计方案。

二、机电技术在汽车上的应用

（一）机电技术在汽车上应用的历程

首先，机电技术在汽车生产行业得以应用的初级阶段。机电技术在汽车行业应用的初级阶段大致在二十世纪六十年代中期到七十年代末期之间，在这个阶段里，主要采用的是以机电技术为基础的电子装置在汽车的机械性能方面的改善，在初级阶段住突出的机电技术应用的汽车上的例子就是通过电子来有效控制燃油的喷射。

其次，机电技术在汽车生产行业得以应用的发展阶段。机电技术在汽车行业应用的发展阶段具体是在二十世纪七十年代末期到九十年代中期，在这段时间内的汽车设计制造，主要是建立在机电技术上的大规模的集成电路的应用，大规模的集成电路在汽车上的应用，对机械部件的自控问题的解决起到了非常大的作用，同时还提高了起初在运行时期的可靠性和安全性。第三，机电技术在汽车生产行业得以应用的成熟阶段。机电技术应用到汽车上的成熟阶段是指从二十世纪九十年代中期到现在的应用，在这一段时间里，机电技术中的微电子技术得到了前所未有的发展，机车机电一体化的技术日益成熟。因此，在机电技术应用在汽车上的成熟阶段，要特别重视汽车机电一体化的设计，同时还要加强计算机网络技术、信息技术等各种以计算机为基础的技术在汽车生产中的应用，促进汽车的自动化和智能化发展。

（二）机电技术在汽车生产上的当前应用

随着先进的科学技术的发展，传感器技术和微电子技术也到了广泛的应用，尤其是在汽车生产制造中。各种机电技术在汽车上的广泛应用，不仅促进了汽车功能的提高，而且汽车的性能也到了很大程度的提升。新的机电技术在汽车上的应用使得汽车的控制有传统的发动机控制范围发展到了全车的控制范围。比如当前我们日常生活中的汽车中，有许多已经具备了自动调整车高和变速换挡的功能，还有诸如雷达防碰撞、自动空调，以及防滑制动，甚至是自动驾驶等功能。

三、机电技术在汽车上的典型应用

（一）自动变速器

1、自动变速器的功能。自动变速器（如图1）是机电技术在汽车生产制造上的典型应用，自动变速器具有以下功能：首先自动变速器能够使得汽车动力传递系统的功率得到提高，而且能够将变速器的功率损耗降低；其次，自动变速器能够使汽车的速度实现自动变档，使得

汽车的行驶的过程中一直保持最佳的行驶速度和状态；第三，自动变速器能够使得汽车的节省能耗和舒适度提高。

2、自动变速器的特点。传统的手动式的变速器虽然曾经给汽车的发展起到了非常大的促进作用，但是如今已经走到面临被淘汰的地步，现在汽车生产使用的自动变数器摆脱了传统上手动控制的弊端，与传统的变速器相比，具有非常大的优势。首先，装备了自动变速器的汽车，在起步上更加平稳，能够对振动和冲击实现有效的吸收与衰减，使得乘坐的舒适性大大提高；其次，自动变速器能够自动适应汽车在行驶中的阻力，以及汽车发动机工况发生的变化，自动实现调档，是汽车的动力性与平均速度都得到了有效的提高；第三，自动变速器能够减少传动系的荷载，使得汽车的使用寿命得到了延长；第四，自动变速器的驾驶操作简单，实现了换挡的自动化处理，更能够为行车的安全提供保障；第五，自动变速箱能够使汽车以较低的速度平稳的行驶，使得车辆在不平稳，甚至是坏路上的通过性提高。

（二）ABS系统

为了能够提高汽车行驶的安全性，许多汽车上都已经安装了ABS系统，即汽车制动防抱死装置，原来的汽车只有在后轮上才有制动，现在随着汽车安全性的提高，前轮制动也逐渐被引用进来。因此，建立在机电技术基础上的ABS系统在汽车的生产制造中得到了广泛的应用。ABS系统通过对制动轮的每一个瞬时的运行状态进行的感知，然后调整制动器动力矩的大小。ABS系统根据制动器的工作状态，采取合理的措施防止车轮抱死现象的出现，以此来保证汽车行驶的安全性和可靠性，为人们的出行提供安全保证。ABS系统是机电技术在汽车上的典型应用，是汽车制动发展的标志，更是汽车与机电技术的有效结合，是当前汽车机电一体化发展的大势所趋。其中ABS系统的控制框图如图2所示。

四、总结

随着机电技术和汽车行业的发展，汽车机电一体化的发展趋势越来越明显。各种基于机电技术的产品在汽车的生产与制造方面得到了广泛的应用，尤其自动变速器和ABS系统在汽车上的典型应用，不仅是汽车的各项性能得到了大幅度的提高，而且对汽车的发展起到了非常重要的作用，促进了汽车行业的跨越式发展。

参考文献

[1]陈文豪.质量特征管理是汽车产品质量的有效保证[J].机电技术,2005,28(02).[2]张汉雄.浅析现代汽车机电技术的发展趋势[J].广东科技,2008(03).[3]吴雄.汽车陶瓷传感器发展与现状[J].传感器世界,2001,7(07).[4]董自立.机电一体化技术在汽车上的应用[J].云南交通科技,2010(05).

第三篇：轻量化在汽车上的应用

轻量化在汽车上的应用

一、轻量化”是新能源汽车发展方向之一

■ 轻量化是新能源汽车发展方向

汽车轻量化设计，不仅带来油耗降低，更能促进综合性能的全面提升。科技部部长万钢强调了“轻量化”是中国电动汽车的发展方向之一。

德国联邦经济与能源部委托德国工程师协会（VDI）编制的2015年《德国轻量化现状盘点》研究报告中指出，轻量化对汽车制造业等许多行业意义深远，它决定了德国工业在未来的全球市场中是否能以创新、高能效和资源节约型的产品取得统治地位。

研究表明，在市区的运行工况下，平均车重1600kg的电动车如果减重20%，能量消耗可以减少15%。如果采用增加电池来增加行驶里程，成本往往会非常高。

有关专家认为，在电池技术短期内难有重大突破的情况下，电动汽车迫切需要采用轻量化技术来降低重量，以减轻电池增重的压力。

■ 新能源汽车轻量化设计有多种趋势

新能源汽车企业正在做轻量化设计，北汽、长安走在前列，奇瑞、江淮、吉利等也都非常重视。目前正在探讨新能源汽车轻量化的路线，比如，整车包括车身轻量化、全新架构底盘轻量化、电池系统轻量化以及车身内外饰与电子电器等；材料方面包括复合材料及成形工艺、轻质铝合金及成形工艺、高强度钢及成形工艺、轻质镁合金及成形工艺等。

未来新能源汽车轻量化将车身高强钢化和全铝车身两条路线并行，2020年先进高强钢比例达到国际先进水平和应用全铝车身。

汽车车身轻量化的发展趋势是混合多材料设计。碳纤维混合材料车身不仅能够承重，而且更安全。至于目前存在的成本高问题，碳纤维成本居高不下，主要是工艺成本高，未来批量生产，成本有望下降。

汽车对材料的成本要求很高，因此碳纤维在汽车轻量化中的应用，首先要解决成本问题。

■ 仍有问题急需解决

相比传统汽车，新能源汽车车身结构不一样，高强度钢、铝合金、镁合金在新能源汽车上应用较多。由于新能源汽车是未来发展趋势，国家十分重视其轻量化。

与传统节能汽车的轻量化结构设计有所区别的是，新能源汽车的轻量化技术手段、电动汽车整车重量、续航能力与重量设计都需要重新研究。需根据不同车型，设计轻量化方案，这是企业所面临的重要挑战之一。

碳纤维复合材料NVH（减振降噪）水平如何提高是轻量化设计过程中所面临的挑战和问题。随着轻量化技术应用越来越多，多材料的轻量化技术路径成为必然的趋势，因而连接技术也成为轻量化技术应用过程中的重点技术。

新能源汽车轻量化设计需要开发高集成度的电动一体化底盘产品技术，高度集成电池系统、高效高集成电驱动总成、主动悬架系统、线控转向/制动系统、集成控制系统，实现整车操纵稳定性、电池组安全防护、底盘系统的轻量化研究应用。新能源汽车企业也需要系统规划，围绕整车轻量化开展整车轻量化目标制定，分解和组织行业资源针对轻量化应用技术系统进行开发。

二、专用汽车轻量化制作采用铝合金材料的优势

目前在专用汽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汽车生产技术和新材料开发水平是否领先的重要标志。

铝合金：与钢相比，铝合金具有质量轻、耐腐蚀性好、易于加工等特点，但成本较高，是近20年来在载货汽车上使用最多的轻量化材料。

镁合金：与钢铁相比，镁合金密度小，易于加工，压铸经济，其最大的特点是阻尼减振性和抗凹性好。镁合金在上世纪40年代就被一些公司采用。镁合金在应用上比铝合金发展慢，主要原因是其铸造性差、后处理工艺复杂、成本较高。当前世界上每辆汽车的镁合金平均用量仅2.4KG。随着研制材料技术水平的提高，其应用速度不断加快。

塑料及复合材料：汽车塑料制品一般分为内饰件、外饰件和功能件等，目前世界主要汽车用塑料件的内饰化已基本完成。玻璃纤维增强塑料等新产品已随着新技术的成熟而逐步扩大应用，主要用于车身内装件和功能件。

高钢度钢：在轻量化材料中，与铝合金、塑料相比，高强度钢具有以下特点。价格低，基本上可以利用原有生产线；其弹性模量高、刚性好、耐冲击性好及较高的疲劳强度，有些高强度钢的抗拉强度为普通钢的2～3倍；耐腐性差。

相比之下，铝合金在专用汽车轻量化新材料中更加具有以下优势：

1、整备质量低。铝的密度低，只有2.7g/cm3，是同体积钢的1/3重量。铝合金材料在运输车上的应用，极大的减轻了其自重。如御捷马公司生产的13m铆接式铝合金厢式半挂车，与同类钢制材料半挂车相比自重减轻约3t，一个45m3的铝制半挂罐车，其自重可以减轻5t多。

2、耐腐蚀、寿命长。铝合金具有较好的耐腐蚀性。用铝合金制造的(厢)罐体，内部不需要涂任何防护层就可以运输各种液体和货物，从而保证了油品的清洁，减少了对货物的污染。根据欧美国家的经验，一般铝合金运输车辆的寿命周期一般在1520年，比普通钢制车辆寿命长510年。同时，由于铝合金耐腐蚀性好，可长期保持表面美观，车辆实际使用和维护成本较低。而普通钢制材料车辆特别是拉煤半挂车，新车投入使用不久，就会出现锈蚀“溜黄汤”现象，每年审验时都要做喷漆整容处理，增加了使用维护成本，还给环境造成一定的污染。

3、燃油经济性。根据欧洲铝业协会有关的研究报告，车辆每轻100kg，百公里油耗可降低0.6L，每节约1L燃油可减少CO2排放2.3kg。如果一部运输车减重3t，年行驶12万km，按一半的空载里程计算，每年可节省燃油10800L，可减少CO2排放量24.84t，充分显现出对能源的节约和环境保护的优势。

4、有效承载增加经济性。根据我国颁发的道路安全法规定，交通运输车辆车货总质量不得超过55t。为了取得更好的经济效益，车辆轻量化，增加有效承载能力尤其重要。假如一辆运输车辆将自身减轻的3t重量，有效的转化为增加了3t货物，每年还是按12万km计算，按吨公里运输成本0.5元，可为用户增加收入90000元/年，经济效益非常可观。

5、回收价值高。由于铝合金具有较高的耐腐蚀性，在车辆达到强制报废年限，车体并没有很大的损伤，车体回收价值是原铝的85%以上。也就是说，一辆铝合金罐式运输车如果用铝材料5t，车辆报废回收至少可达8万元，具有较高的再利用附加值。而普通钢制运输车，车辆强制报废后，由于材料的耐腐蚀程度差，其车辆残值和再利用价值很低。

6、加工工艺成熟。铝合金也是除钢铁之外第二大广泛应用的金属，加工工艺已经日趋成熟。MIG、TIG、电阻焊等焊接方法都可以用来焊接铝合金。同时，铝合金也可以进行弯曲、冲压和深拉加工。易于铆接工艺手段加工，强度和承载能力优于碳钢材料。

二、铝合金专用汽车产品系列及其特点

铝合金专用汽车产品主要有：铝合金厢式运输半挂车、铝合金翼开启厢式运输车、铝合金化工罐式车及冷藏保温车等系列产品。铝合金专用汽车造型美观，耐腐蚀，寿命长。

1、铆接铝合金厢式车产品特点。无纵梁承载式车身结构设计；采用铆接工艺制作；厢体选用铝合金板材，耐腐蚀，寿命长；顶板为半透明玻璃钢板；采用空气悬架和无内胎轮胎。

2、铝合金厢式车产品设计特点。上、下边梁：采用高强度铝合金挤压成型材料。车身及外蒙皮：均采用铝合金材料，外蒙皮选用高强度预涂漆铝合金板，省去了现场的喷漆工序，有效的保护了现场作业环境和员工的身体健康。车顶：顶弓为铝合金或高强度热镀锌型材，设计为封闭结构，具有防下沉特性；顶蒙皮为整张半透明玻璃板，便于厢内采光，节约能源。行走部分：选用空气悬架，无内胎真空胎，运输过程中可以有效的降低对货物、轮胎、公路路面和车辆部件的损伤。整车：充分体现了重量轻、节能环保、材料可回收在利用的优势。

3、铝合金翼开启厢式车产品特点。侧栏板为铝合金型材，插铆接工艺制作；侧翼选用铝合金瓦楞板；侧翼可开启约90°，装卸效率高；手动或遥控液压控制，操作方便。

4、铝合金罐式运输车产品特点。拥有国内先进的罐体成型工艺装备和焊接生产线，选用优质铝合金材料焊接而成。罐体全部采用高强度铝合金板焊接而成；罐体附件均使用铝合金材料；整备质量低，比同类罐车轻约2t；耐腐蚀，寿命长；罐体内部清洁度高。

5、冷藏保温车产品特点。厢体采用德国技术和生产工艺，选用高性能硬质聚氨酯保温板，经过复合热压成型，板内无任何金属骨架，整体强度高、保温性能好。厢体包边、顶角均采用用铝合金型材；厢内可选装铝合金导轨和通风槽；整备质量轻，48英尺冷藏半挂车比同类产品轻2.8t。轻型冷藏车和微型保温车则作为短途分配性运输的主要工具而得到快速的发展。厢体结构向合理化方向发展，新材料将会不断的被利用。主要是聚氨酯发泡材料和铝板，体现了冷藏保温汽车所用材料的轻量化。

以上铝合金运输车辆，从产品的制造结构形式来分，主要分为铆接式和焊接式两大类。一是铆接式：以厢式车为主，包括翼开启厢式车、铝合金厢式半挂车等。此类车辆根据车型的不同，所采用铝合金材料的比例也不尽相同，低的30%～40%，高的可达70%～80%。二是焊接式：以罐式车、半挂车为主，包括单车罐、半挂罐车、普通半挂车等。此类车辆制作主要以焊接形式为主，所采用铝合金材料的比例较高，部分产品所用原材料中铝合金所占比例可达90%以上。

虽然目前铝合金罐车进入市场的数量还不是太多，但已初步得到了用户的接受，部分企业还拿到了国内外客户的小批量订单。从目前罐式车的需求形势看，铝合金罐式车正在逐步得到用户的接受和认可，预计几年内，将会呈现出良好的发展态势，也会展现出有着较大的发展空间。

三、推广使用铝合金专用汽车意义重大

专用汽车轻量化对节能减排意义重大。从能源角度讲，汽车燃油消耗在我国石油消耗中所占比例日益增大，有资料显示，目前我国进口的原油的近30%被汽车消耗掉，而今后汽车消耗原油量的比例将升至50%。汽车燃油消耗量增多主要有以下两方面的原因：一是我国经济持续发展，带动了汽车消费和保有量的大幅攀升；二是由于我国汽车技术水平相对落后，单车燃油消耗明显高于国外，目前生产汽车的平均耗油量大约为国外汽车高20%～30%，而摆在我们面前的现实部题是，我国石油资源和产量有限，无法满足国内的能源消耗，近几年我国石油进口量逐年增多，对外依存度已超过40%，因此提高汽车的燃油经济性，从总体上控制汽车的燃油消耗，保护国家资源具有很重要的意义。

根据国外的有关资料，车辆减轻自重10%，可降低油耗5%～8%，对于载货车来说，减轻自重还提高了有效载荷的质量，即增加了装载利用系数，可提高运输效率，在降低运输成本，这相对来说也是降低了燃油费用。推广汽车轻量化是我国汽车工业发展的当务之急，对解决我国能源短缺，道路超载、运输效率低下具有很重要的意义。

汽车轻量化实质上就是零部件轻量化。采用锻造铝合金车轮，可以很大程度减轻车的自重。比如，一辆拖挂40吨的重卡和半挂车运输系统，一共有22个车轮，加上前后备胎共有24个。以目前我们经常用的钢质车轮计算，如果换成锻造铝合金车轮，重量可减轻近600kg。不仅如此，由于铝合金材料具有散热好和防止轮胎橡胶老化的特点，装上锻造铝合金车轮的卡车、客车、挂车可节省26%的轮胎消耗。由此可见，节能减排的效果多么明显。

近几年，铝合金罐车已呈现出一定的发展势头。国内部分改装企业采用铝合金材料，研发了不同车型和不同用途的铝合金罐式专用车。车型包括利用二类底盘改装的单车铝合金罐体、半铝和全铝半挂罐车等。基本用途涵盖了加油车、运油车、化工液体运输车和散装物料运输车等车型。

专用汽车制造材料轻量化是当今汽车技术发展的方向世界各国的汽车企业围绕节能、节材、环保、降低成本以及提高动力性、经济性、可靠性、安全性和舒适性等等基本性能，开展了新技术、新材料、新工艺、新产品的研究开发工作，其核心就是汽车轻量化。其主要意义表现在：一是降低燃烧消耗，增加汽车有效载荷，节省牵引动力，降低汽车运行费用。二是减少车辆对道路的损失，减少道路维护工作量。三是提高车辆的启动加速度及制动减速度，提高汽车的运行速度及曲线通过速度。

随着全球能源和环境压力的不断加大，追求汽车轻量化将成为汽车产业的发展趋势，铝镁合金将是实现汽车轻量化的首选材料。欧美等发达国家铝制专用车的开发和应用已有30多年的历史，目前铝制运输挂车的普及率已经达70%。其他专用车辆，如工程车、载货车等也较普遍的采用铝镁合金材料，技术已经成熟，并向标准化、系列化、多样化发展。

尽管近十年来，我国铝合金专用车得到不断的发展，但总体上仍尚处于起步阶段。目前，我国半挂车(厢式半挂车、仓栅半挂车、平板半挂车)社会保有量约300万多辆，专用车企业虽有部分品种的铝合金专用车进入市场，也得到了市场的接受，其铝合金运输车产品的市场份额仍然非常小。铝合金专用车在欧美发达国家已相当普及，但在我国铝制专用车之所以产销量小，发展缓慢，制约的主要因素有以下几个方面。

(1)成本高、价格高。以13m 3轴仓栅半挂车为例对比分析，普通钢制材料的半挂车价格约为8万～9万元，而铝合金材料的整车价格约为19万～20万元，两者相差10多万元，差距较大，用户接受起来有一定的难度。

(2)运输市场的不确定性。近几年，随着国家对超限超载车辆治理的不断加强，超载现象已明显好转，但超载现象仍时常存在，加之用户对新材料、新产品的接受需要一个过程，对采用铝合金材料的运输车辆的强度和承载能力存在疑问和顾虑。

(3)产业政策的影响。由于铝合金专用车和普通钢制专用车在市场价格上差异较大，铝合金运输车辆要想求得快速发展，需要国家产业政策的扶持。据说国家已在研究和制定轻量化运输车辆的产业扶持政策，这对专用车行业将是个利好消息。

四、铝合金专用车具有非常广阔的发展与应用前景

今后一个时期，科技进步更将日新月异，生产要素流动和产业转移的速度将趋于良性循环，国内国际两个市场、两种资源的相互补充，将为新材料、新产品的发展提供有利的内外部环境。国内市场随着国民经济总量构成变化，市场对专用汽车品种的需求格局将相应改变。

目前，我国每年新增和更新半挂车数量30万辆，假设其中50%为铝制半挂车，每辆车平均用铝3t，再加上相关的挂车铝制配件，仅此一项每年的用铝量将远远超过50万t，必将拉动铝加工产业的快速发展。由此可以看出，今后专用车制造业将成为拉动铝材料产业不可缺少的支柱性行业。

当前，世界汽车工业正面临越来越严峻的三大课题：能源、环保和安全。减轻汽车自重以降低能耗，减少环境污染，提高汽车的燃料经济性，节约有限资源已成为各大汽车厂最为关注的焦点。新型铝合金专用汽车将具有强劲的发展势头。

汽车轻量化正是节约能源的最有效途径，汽车轻量化的主要途径有：(1)优化车型结构，提升整车结构强度，降低耗材用量。(2)采用轻质材料，如铝合金、陶瓷、塑料、碳纤维复合材料等。(3)采用计算机进行结构设计。如采用有限元分析、局部加强设计等。(4)采用承载式车身，减薄车身板料厚度等。其中，当前汽车轻量化采取主要措施之一就是材料轻质化，而铝镁合金的大量使用，又是实现车辆轻量化最有效的途径。

根据欧美专用车市场发展历史经验来看，铝合金运输车将是今后中国运输车辆发展的必然趋势。国内铝合金专用汽车今后将向以下几个方面发展：

1、全铝化。运输车辆整体全铝化，主要车身和厢(罐)体采用铝合金的比例将达到90%以上，铝制车辆配件的比例也将不断提高，如半挂车的铝合金底盘、轮辋、支腿等。

2、多品种、多车型。铝制车辆的车型、品种将不断丰富，首先将涵盖罐式车、厢式车系列，并逐步向工程车、载货车、特种车等产品延伸。

3、专业化、标准化、系列化。铝合金运输车辆的生产厂家在今后一个时期将会逐渐增多，在市场逐步稳定后，将逐步形成一批专业化生产企业，其车型也将向标准化、系列化方向发展，并最终形成以专业化生产厂家为中心的产业基地。

三、如何实现汽车50%的轻量化

1.提高钢板的强度

为了减轻车身质量，首先提高现有材料的强度，然后才能减少其使用量，其中之一的措施是提高车身骨架中的高强度钢板的强度。在高强度钢板中，目前车身骨架中使用最多的是冷冲压加工的440MPa级和590MPa级钢板。也有少部分厂家使用780MPa级和980MPa级高强度钢板。如果采用冷冲压方式，使用了1.2GPa级钢板；如果采用热冲压和冷拉延方式，使用了1.5GPa级的钢板。

日产汽车公司的战略曾经指出“尽可能地使用钢铁件”，于是在北美销售的Infiniti Q50(日本名称为skyline)大部分使用了高强度钢板，见图1。为了保护碰撞时乘客的安全，高强度钢板主要应用于中间支柱、侧顶盖等，它们都是1.2GPa级的冷冲压件，见图2，并且达到了与980MPa级钢板同等水平的加工性(延展性)，目前已经在中间支柱那样的车身骨架中得以实现。此外，Q50车还在车身骨架中的其它部位使用了780～980MPa级、440～590MPa级高强度钢板，与过去相比，车身质量减轻了11kg。

图1 日产Infiniti Q50

图2 高强度钢板的使用部位 某钢铁公司的技术人员说：“把现在的热冲压加工的1.5GPa钢板变成冷冲压加工将是未来的目标”。面向2025年，据说在2022～2023年期间可以实现1.5GPa级冷冲压模式，2025年以后实现1.8GPa热冲压加工模式。

2.铁和铝合金的复合使用

仅靠提高钢铁的强度，车身轻量化已达到了极限。未来考虑铁和铝合金的同时合理应用(也就是多种材料的同时运用)。德国戴姆勒汽车公司的新车型“奔驰C级”，白车身表面积中约48%(换算成质量约24%)使用了铝合金。前后面罩、翼子板、车门和顶盖都是铝合金件，而车身骨架采用热冲压和冷冲压加工的高强度钢板或者冷冲压加工的普通钢板，见图3。

图3 C级车铝合金使用部位

对于C级车来说，强度要求高的骨架需要使用高强度钢板，除外板外，其它部位使用铝合金。如果使用铝合金，其位置必须远离汽车的重心，或者是车体的上部使用。

这种高强度钢板和铝合金的复合使用将在2020年以后得以实现，主要应用于C级中型车和D级以上大型车。丰田汽车公司2017年以后，计划在“凌志”车上使用铝合金。某有色金属公司的技术人员说：“2025年前车身上部将全部使用铝合金材料”。

2025年以后，一部分平台也将使用铝合金。虽然车身骨架一般都使用高强度钢板，但是为了吸收碰撞能量，平台的前后部位也将使用铝合金。

3.使用热可塑CFRP(碳纤维增强复合材料)

尽管同时复合使用了钢铁和铝合金，但是车身的进一步轻量化还是有极限的。如果轻量化30%，通过复合使用铁和铝合金可以实现；如果轻量化50%，必须使用更轻的高强度材料，只有复合使用铁、铝合金和CFRP才能实现。

德国宝马汽车公司2014年4月在日本发布了一款电动汽车i3，售价500万日元，首次采用了CFRP，主要应用部位在车身上部，称为“生活模块”；铝合金主要应用于车身下部，称为“驱动模块”，见图4。

图4 宝马汽车公司i3车体构造

通过铝合金和CFRP的有效组合，与同级别的汽油车相比，减轻质量大约140kg。据说，2020年以后500万日元级别的车将采用CFRP。

但是，要想把CFRP做成零部件，i3车尽管使用了RTM(树脂传递模塑成型)技术，成形时间也需要花5分钟以上。目的是把热固化性好的环氧树脂应用于树脂粘结剂中去。要想在量产车中运用，成形时间必须控制在1分钟左右。

为了使CFRP部件在1分钟内完全成形，必须在粘结剂树脂中使用热可塑性树脂。帝人公司与通用汽车公司共同开发了热可塑性CFRP，并把该CFRP用于试制的汽车骨架上，见图5。粘结剂树脂中含有PA(聚酰胺)和PP(聚丙烯)树脂。

图5 热可塑性CFRP试制车

关于1分钟可使热可塑性CFRP成形的技术，以东京大学项目组为主也展开了研究；与此同时，在日本NEDO(新能源产业技术综合开发机构)的推进项目中，成立了以三菱纤维公司和东洋纺织组为主的项目组和以东莱(TORAY)公司为主的项目组，正在开发连续与非连续的碳纤维毛坯。

名古屋大学针对经济产业部的研究项目，成立了“国际复合材料研究中心”，以2020年进入实际运用为目标展开研究。热可塑性CFRP可以运用于货箱隔板、地板、侧围板和发动机等结构比较复杂的部件中，据说2020年以后这些部件将被实际运用。

4.生产线下线涂装

CFRP以外的树脂部件以轻型车和微型车为主正在普及使用。大发汽车公司2014年6月发布的新车型COPEN的车身外板由13个树脂部件构成，其中，顶盖和后车窗除外，其它的11个部件可以更换，见图6。这些部件都是下线后涂装的，然后用螺栓固定在车体上。

图6 COPEN车树脂外板件

马自达汽车公司与三菱化学公司共同开发了生物工程塑料，不需要涂装就可以用于外装部件上。生物材料的自然着色效果超过了涂装之后的ABS传统树脂的质感(可以深层次调色，并且光滑性如镜面一样)，见图7。该公司采用该树脂制作的内装和外装部件将在2015年发布的新款运动跑车(ROADSTER)中采用，随后依次在量产车上采用。

图7 由生物材料制作的树脂中间支柱

2020年以后如果普及使用下线涂装树脂和本身不需要涂装的树脂的话，外板涂装工艺就会从汽车装配线上消失。另外，2025年如果实现了汽车无人驾驶的话，由于首先解决了汽车之间不会碰撞的问题，所以车身骨架结构将变得更加简单。

四、国产载重卡车轻量化发展趋势浅析

卡车行业因为混合动力、电动和燃料电池等新能源汽车技术的应用困难重重和前景不明，故轻量化成为目前重卡行业节能减排最现实而又最有效的技术措施。

随着中国经济发展及城市化进程的加快，低碳生活的逐步树立和深入人心，节能减排、绿色环保政策法规的逐步建立和实施,资源节约型、环境友好型社会建设步伐的加快，汽车节能已经成为汽车产业发展中的一项关键性研究课题，具体表现在国内物流整体向“高效率、高科技、高环保”方向发展。

汽车轻量化是社会整体水平提升、运输效率提升的体现。减轻汽车自身重量是提高汽车燃油经济性、降低汽车CO2排放的有效措施之一。尤其在卡车行业因为混合动力、电动和燃料电池等新能源汽车技术的应用困难重重和前景不明，故轻量化成为目前重卡行业节能减排最现实而又最有效的技术措施。

实现卡车的轻量化是一个优化车辆设计结构系统工程，它涉及整车、发动机、悬架等各个领域，甚至包括新材料以及新技术的应用。从基础设计上通过优化结构及合理使用新材料、新技术，在不降低承载能力前提下实现的整体轻量化。

汽车车身约占汽车总重量的30%，空载情况下，约70%的油耗用在车身重量上。汽车重量每降低100公斤，每百公里就可节油0.6～1.0升。若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高8%～10%；若滚动阻力减少10%，燃油效率可提高5%；若车桥、变速器等装置的传动效率提高10%，燃油效率可提高7%。因此，在中国式计重收费和“乱收费乱罚款超载治理”情况下，一辆轻量化卡车对于整车的燃油经济性、车辆控制稳定性、碰撞安全性都有实际重要性，载货车卡车轻量化已经形成发展大趋势。

然而在此情况下，对有些卡车生产企业来说，所谓“轻量化”还是个偷换概念过程，如在技术还达不到要求的情况下，通过减少钢板厚度、减少配件数量等等偷工减料，表面看是实现了轻量化，但却越过了安全底线，更何谈轻量化。与此同时，在乱罚款乱收费治理超载问题得不到解决的情况下，载货车的轻量化必定要走入误区。在市场竞争因素的综合作用下，谁能够在保障质量的前提下有效地降低卡车自重，实现轻量化，将是未来各大车企抢夺市场的制高点。

现从各卡车厂商推出的新产品来看，复合材料在整车所用材料中的比例逐渐提高，大量使用复合材料是必然的趋势。在实现轻量化的设计途径上，一是优化车辆结构，二是在优化产品结构的基础上应用新材料。前者属于低级阶段，后者属于高级阶段。自重成为选车的主要的因素。即使价格稍高，自重轻的卡车也会成为客户的首选。因为自重轻的卡车不仅拉得多跑得快还省油，所以更受欢迎。

一、轻型卡车轻量化发展趋势

我国轻卡在产品 技术方面发展的趋势主要在以下几个方面：第一，节能技术，用车经济性是客户和国家最直接可获利和可感知的性能；第二，安全性，包括主动安全和被动安全，这是必过的门槛；第三，低公害，包括排放标准要求的不断提高，减振降噪等，也是必须过的门槛；第四，功能性，包括容载量，动力性，可靠性、耐久性，驾驶、装卸、维修方便性，乘坐舒适性，这些都是竞争的因素；第五，电子控制、车联网信息技术的应用；第六轻卡制造技术发展的主要趋势为新材料应用、新工艺、新流程、新装备、新工具等。

此外，从近三年可以看出：轻卡的增量结构将会发生明显变化，轻卡正向高技术方向发展，新材料、轻量化、数字化、网络智能化、舒适化、功能多元化、乘用车化和人性化方向发展，主要体现为低噪声、安全可靠、皮实耐用、维修便捷、节能低排放、多功能以及新能源的使用。从轻卡产品发展趋势上看：

1、在动力系统设计上，已普遍采用增压中冷装置与高压共轨，优化改善了燃烧性能，使发动机的性能与燃料经济性得到很大的提高，这提高了发动机与整车的匹配性，使得车辆的动力输出更为强劲、加速性好，又符合了国家的对柴油机型发动机的排放标准。动力公司如康明斯、索菲姆、菲亚特、曼恩、纳威斯达等发动机，均采用电控涡轮增压高压共轨发动机、燃油与燃烧优化、智能电控、排放处理、滤清系统五大等核心领先技术。

此外，重型发动机延伸至中轻卡，如中国重汽集团杭发公司首台MC05发动机直列四缸、水冷、四冲程、增压中冷、高压共轨发动机。动力系统采用电控涡轮增压成趋势，是自主动力最强、重量最轻、体积最小的发动机，可满足国Ⅳ排放标准，同时具备升级到欧Ⅴ、欧Ⅵ排放潜力的发动机，成为市场竞争的利器。如奇瑞开瑞绿卡搭载全新设计轻质量缸体、缸盖的美国康明斯ISF2.8发动机，没有缸套，最终形成的总成干重仅为214kg，并配上全铝合金壳体的德国ZF变速箱，不仅重量轻，而且强度非常高。

2、驾驶室造型设计上，轻卡窄体、中体、宽体及双排、排半、单排驾驶室更趋势于乘用车化前脸造型更趋向于立体动感凌厉，整体显得更加大气厚重。前大灯组更加饱满犀利，吸纳欧美钢性线条元素，转角处保持日系车圆润饱满基因。缓冲装置采用乘用车型或分断式吸能缓冲保险杠。此外，整车可翻转液压驾驶室悬置、隔音、隔热减震材料等细节品质上，都提供了堪比轿车的品质呈现。

3、功能性设计上，集成电子油门、助力转向、离合助力、电动空调、电动车窗等轿车化舒适配置，靠拢乘用车标准。如液压减震座椅、定速巡航等多项轿车化配置。ABS制动防抱死系统，感载比例阀加排气蝶阀制动为标准配置设计，其优化独立储气单元，包括干燥器，四回路保护阀，螺旋冷却管，多彩色管路等系统。

4、车身车架设计上，在车型设计上，宽（窄）体驾驶室、长（短）轴矩、长（短）车身、加强型底盘、大动力、高速重载与车联网等，已经成为轻卡研发的大趋势与未来市场的主流产品。采用高强度的铆接大梁和抗腐蚀车架等等，这些新设计可以有效增强车辆的轻量化和高速行驶中的稳定性与安全性。此外，摒弃传统的钢板材质，采用全新设计的竹胶板与钢制外板相螺接的新式钢制/胶木结构货箱，在实现轻量化的同时也确保了承载力。

二、中重型卡车轻量化发展趋势

1、采用单层车架大梁相比钢板弹簧，车架的重量更大，有效减轻车架重量，将会大大的减轻整车的整备质量。随着设计水平、制造工艺的提高，材料性能的提高，单层车架在标准载荷的工况下是完全可以胜任的。

2、采用变截面少片簧结构板簧变截面少片簧是由几片纵向方向上变截面的板簧组成的，不但可以减轻重量，还可以通过减少板簧间的摩擦而提高驾乘的舒适性、延长使用寿命。另外采用橡胶悬挂或者空气悬挂也可以减轻悬挂系统的重量。

3、使用复合材料驾驶室是采用复合材料最多的总成，尤其是外覆盖件：前面板、包角板、翼子板、保险杠，甚至顶盖，都使用了大量的复合材料。这样一方面有效的减轻了整车重量，另外一方面由于复合材料成形性好，造型结构上较金属冲压件可以更复杂、更加美观、尺寸更加精确。目前国产重卡仍偏好全钢结构的驾驶室结构，这主要和中国重卡的恶劣工作环境有关。从近年来各重卡厂商推出的新产品来看，复合材料在整车所用材料中的比例逐渐提高，大量使用复合材料已成为一种必然发展趋势。

4、使用铝合金材料铝合金比钢材密度小，因此在一些复合材料无法替代的部位，使用铝合金材料，包括钣金件和铸造件。铝合金钣金件最有代表性的就是油箱，油箱采用铝合金材料，不但自重减轻，而且油箱内不易生锈，免除定期清洗的麻烦。车身也可以采用铝合金代替冷轧钢板。轮辋、发动机机体、变速器机体等，也可以大量采用铝合金铸造，可以在保证有足够强度、刚度的同时，最大限度的减轻重量。

5、使用高强度钢材使用高强度钢板，可以减薄钢板厚度，从而减轻重量。欧美重卡，重卡使用的钢材几乎100%是高强钢。以前国产重卡采用高强度钢板的比例较少，最近几年逐渐广泛使用，甚至自卸车的车厢都开始使用高强度钢板，以提高厢体强度、减轻自重。

6、使用拼焊板驾驶室由钢板冲压焊接而成，由于各部位的结构和受力情况不同，因此不同部位的钣金件也会采用不同牌号的钢板，一辆重卡的驾驶室可能采用几十种不同牌号、不同厚度的钢板。然而随着CAE技术的发展，经过模拟实验和分析，可以计算出同一个钣金件的不同部位的受力情况，为了减轻一些零件局部的不必要厚度，激光拼焊技术应运而生。激光拼焊技术是将经不同表面处理、不同钢种、不同厚度的两块或多块钢板通过激光焊接方法，自由组合成为一块钢板。

7、采用铸造件。传统的冲焊结构零件，由于材料和制造工艺的限制，各部位只能是等厚度的，为了确保零件的整体强度和刚度，冲焊件往往都比较厚重。结构件可以通过有限元软件进行CAE分析，对结构进行优化，根据各部位的受力情况设计成复杂的变厚度、变截面的结构，在保证有足够强度的前提下最大限度的削减不必要的局部厚度，从而大大减轻零件重量。

8、采用真空轮胎和超宽轮胎。采用真空胎和超宽轮胎也能在一定程度上降低自重。与传统轮胎相比，真空胎不但减少了内胎，轮辋的结构也相应减少了，整车全部换成真空胎，行驶阻力小，能够在一定程度上降低油耗。重卡的驱动轮一般都用双轮胎，如果改为超宽单轮胎，不但能够减少轮胎数量，还能减少轮辋的数量。另外超宽单轮胎的接地面积不比双轮胎小，除了能够降低自重外，还可以提高行驶稳定性、避免双轮胎的“吃胎”现象。此外，真空胎在轮胎穿孔的情况下，胎压不会急剧下降，完全能继续行驶，大大提高了高速行驶的安全性，而新式钢制/胶木结构货箱具有耐磨、耐腐蚀、减震和抗震功能，对于外来碰撞所造成的变形能自动修复，运送精密仪器和易碎货物更安全。

9、整合零件功能、减少零件数量整合所有零件功能、将多个零部件集成，实现零部件的多功能，减少零件数量，使其结构更加紧凑，也可以在一定程度上减轻整车重量。例如：将油箱和工作台踏板结合，将油箱与SCR的尿素罐结合等。

五、实现汽车轻量化的途径

今天汽车赖以“生存”的汽油燃料提取自石油，它的储量正在日益减少，但人们也未必会因此在燃油上花费高价，因为到2025年，汽车的平均燃效将达到50英里/加仑。

不过，汽车本身的油耗并不会自动下降，这都是靠着工程师开发的新技术而实现。那么，提升汽车燃效或者说降低油耗的方式有哪些？目前看来，轻量化是最有效的手段之一，据悉，汽车每减轻10%的重量将降低油耗6-7%。

汽车行业在轻量化技术上的进展也是有目共睹，从30年前一辆普通轿车的4500磅（2041千克）的平均重量降低至现在的3000磅（1361千克）左右。“轻量化”只是一个宽泛的概念，它设计到结构、材料、布局等等方面，本文将总结5项能够让汽车变得更轻的技术。

1、轮毂电机

汽车中最占重量的是什么部件？毋庸置疑，显然是发动机。发动机缸体、活塞、曲轴等各种组件均由刚强度材料制成。它们需要经受住发动机运行时的高压与高温。而其缺陷在于这些组件的重量非常大，一辆普通乘用车的发动机至少重几百磅。

当汽车行驶时，发动机的转动能量由变速箱传递两个或四个车轮上，实现这个过程则还需要传动轴以及更多的零部件，同样会增加汽车的重量。

而若采用轮毂电机的布局，则可以省去动力总成中的大部分组件，例如发动机与变速箱。轮毂电机直接安装在车轮内部。米其林和汽车公司Venturi在2010年合作推出了一款VenturiVolage概念车，其中就采用了轮毂电机方案，米其林将其称为主动轮系统（Active Wheel System）。该系统的强大之处在于，车轮内不仅有电机，甚至连电子制动系统、主动悬架系统也都包含在内。

2、塑料材质

塑料在我们日常生活中随处可见。现在，研究者正在通过各种方法令塑料的应用变得更广泛，同时使其强度变得更高以在更极端的环境下适用。美国Polimotor研制的塑料发动机材质比传统全金属发动机重量要轻30%。

除了发动机以外，我们还能在汽车内饰中见到它，例如车内饰板、中控台面板甚至是车外的前后保险杠、侧裙、侧视镜外罩等。

全世界每年约有250万吨的塑料水瓶被遗弃，现代QarmaQ概念车的车身则是从这些废弃塑料瓶中进行提取而得。将来某一天，当你看到一辆由塑料制成的汽车时请不要惊讶。

3、碳纤维

碳纤维对于汽车行业来说并不陌生，它一开始应用于航天飞机中，接着在赛车中应用，令他们再赛道上拥有更灵活的身姿。而现在，我们在一些高端汽车中也已经能见到它们的身影，例如宝马i3。

这类材料的强度与钢材相同，但重量仅为其一半，为铝材的70%。其结构与玻璃纤维类似，但强度却远远高于后者。

那么为何我们目前仅能在极少数的车中看到这类材料呢？原因是成本过高，具体表现为生产周期长、生产工艺复杂。

雷克萨斯、宝马、三菱等众多车企如今都在进行广泛的研究，试图找出降低碳纤维生产成本的方法，使其能够真正令汽车受益。宝马集团多年前就在其车辆上应用了复合材料和碳纤维织物。M系列车型的屋顶采用了赫氏公司的HexForce® NC2®碳纤维增强材料，拥有无卷曲产品专利制造技术，该技术使用单向带满足产品所需的强度和刚度。雷克萨斯的工程师将来自丰田汽车公司的传统编织方式转变为精密的三维碳纤维编织法，既有利于更精确的质量控制，又为此项工程技术在未来产品中的应用打下了坚实基础。

4、小型化汽车电池

对于混合动力甚至纯电动车来说，有什么办法能够对其进行减重呢？许多车企的做法是从提供驱动能量的电池着手。最早的时候，人们利用铅酸电池为电动车供电，原因在于它的电极材料容易获得，制造简便。随着技术进步，镍氢电池诞生，它相比铅酸电池来的更轻，并且容量也更大，在混动车中有广泛应用。

而随着燃效与环保法规收紧，车企希望通过电动车来达到最新的标准，那么，即便镍氢电池的大容量也已无法达标。镍氢电池的能量密度与相对应重量的石化燃料能量密度无法比拟。

此时锂电池的身影逐渐映入工程师的眼帘，其由于高能量密度的特性被视为更有潜力的电池种类。不过其缺点在于，长时间暴露在高温下容易起火甚至爆炸。虽然发生此类情景的概率不高，但在汽车这类产品中，一次起火事故足以阻碍其发展。

美国麻省理工学院的研究者正在试图通过替换电极材料来提升锂电池的稳定性。从目前看来，锂电池仍会在很长一段时间内作为电动车的首选动力源。

5、线控系统

提到电气化车辆（electric vehicle），人们自然而然就会想到依靠电机驱动车轮。而电气化车辆的另一层含义在于传统车内机械系统被电子线束系统所替代，电子线束系统比传统机械部件要轻的多。汽车行业提出的“x-by-wire”指的就是线控传动、线控制动、线控转向等系统的总称。除了能够减轻重量之外，线控系统的最大优势在于可以提升操控精确度。

线控技术最先用于战斗机，一度成为了F16战斗机的标配。随后逐渐沿用至商用飞机，最后也出现在了汽车上。

线控系统占据车内的空间更小，意味着设计是有更多的设计自由度，车舱内的空间也能更宽裕。

然而，并不是每个人都喜欢电气化程度更高的系统，他们担心汽车会像今天的电脑一样发生软件错误。实际上，这样的担心是多余的，因为即便是机械系统，它同样有其特定的问题，例如磨损、腐蚀、断裂等等。随着时间的推移与应用率的提高，人们最终会接受这项目前来说还有些“不靠谱”的技术。

六、现在是发展汽车轻量化最好时代 需要车企共同努力 从汽车设计本身而言，无论是设计、材料、工艺还是制造环节，都在强调轻量化，现在是发展轻量化最好的时代。汽车轻量化是汽车全产业链共同的事情，需要汽车企业努力，还需要行业联盟和政府的支持。

不久前，我国的千吨级T700碳纤维试生产线开始运转，长期以来高度依赖进口的高性能碳纤维在我国实现了自主化制备，其产品不仅有望替代进口，而且生产成本具有国际竞争力，大规模国内商业运用在即。如此，包括碳纤维在内的高性能纤维对汽车等运输工具的减排降耗的贡献或许将得以实现。

近年来，各大车企争相布局新能源汽车，行业竞争日益激烈。而对汽车实现轻量化，将有助于部分企业取得先发优势。要实现轻量化，高强度钢、铝合金、镁合金、工程塑料、复合材料等都是目前比较好的选择，而作为节能和新能源汽车的核心技术，每项材料又各有优势与技术难点。

轻量化最好的发展时代

从汽车设计本身而言，无论是设计、材料、工艺还是制造环节，都在强调轻量化，现在是发展轻量化最好的时代。轻量化在这个时代提出来，有很多根本性的原因。经过100多年的发展，汽车行业面临的问题和挑战非常多，包括动力性能、经济性、油耗、环保等问题，而轻量化好像“万金油”，其优点能够覆盖到汽车凸显的这些问题。

在现有蓄电池性能无法取得根本性突破的前提下，仅有的改善车辆续航里程的手段，只能是减重。

最近一项实验证明，如果一台总重量为1550千克的新能源汽车续航里程为186公里，若将其非蓄能部件尽可能轻量化，能将总重量减少到1011千克，其续航里程可直接提高到275.5公里，已经较为令人满意。

2011～2015年欧洲车身会议的数据显示，车辆的轻量化系数由2011年的3.29下降到了2015年的2.33。5年时间轻量化系数降低了30%，说明汽车轻量化已经得到很大的提升和改善，而且轻量化已经成为汽车主机厂迫切的需求。

汽车追求轻量化不仅仅是为了减重，更为了考虑产品的功能和成本，轻量化跟成本、性能开发是一样的，离不开这些属性的关联，轻量化要综合考虑。

这体现在除了新材料本身的生产，使用过程也要考虑新的结构、优化汽车制造工艺。新材料的使用目的除了减重，还要保障汽车其他性能的优化。

如果把高强钢等级提升了，材料变得很薄，使用时模态就变差了，只有通过改变结构截面才能满足要求。

不只是减重

轻量化单靠这样简单的评价肯定是不够的。将油耗、动力性能加入综合竞争力评价后，你就发现绝对重量轻不意味着这辆车更有竞争力。这也是目前如果把轻量化作为一个系统工程来开发所面临的问题，因为轻量化没办法独立出来考虑，这是目前最大的挑战。

作为由众多零部件组成的器械，汽车的NVH（噪声、振动与声振粗糙度）都有专门的团队来研究。要把轻量化做得更好、更完善，就要将其作为汽车的性能开发结构来对待。这样轻量化的标准就成为不是我要减重多少，而是在车型开发、应用的时候要考虑这个车的重量能做到什么状态，同时满足汽车的其他性能要求。

要确定轻量化达到的目标很难。整车重量目标制定很关键，一般分为以下几种：体积密度法、尺寸推算法、统计分析法、竞争力分析法、挑战法和油耗反推法。

目标确立之后，就是将轻量化开发作为一项属性开发，强调的是正向开发的思路。轻量化正向开发主要包括两条线，第一条线是重量管理，另外就是技术开发。只有两条线结合在一起做，车型开发的轻量化才能做得更加理想。如果将两条线的职能分开的话，你会发现这个工作推进起来非常困难。

轻量化涉及面太广了。从严格意义上来说轻量化跟整车所有零部件，甚至一颗螺丝钉都有关联性，所以轻量化不仅涉及技术的问题，还有各个部门之间理念认同等非技术的问题。

要把轻量化这个工作在车型开发中做好，就必须有全流程管理的理念，而不是简单地制定一个目标、提几个方案就解决问题了。

全产业链共同的事

随着科技的发展，轻量化材料和技术层出不穷。

有业内人士指出，现在有镁合金、碳纤维，未来还会有新的轻量化材料，但不论出现什么材料，这些轻量化材料都不会是孤军奋战，必然是以组合的形式出现，因为汽车未来的发展趋势是多种材料混合使用。

实际上轻量化开发最离不开的核心，就是先进轻量化技术的开发。但是先进轻量化技术开发面临的问题——成本风险、周期风险、质量风险——就像任何新的技术应用所面临的巨大风险一样。

一个新的技术开发后直接在车型上应用是我们所希望的。但是实际上，往往有很多技术开发完全依赖于车型来做的话，就很难做得下去。这需要汽车生产商要有独立的平台做轻量化的技术开发和应用。

从技术上来说，轻量化材料面临如何弥补技术、生产缺陷的难题。比如能够完全实现减重和性能双重目标的镁合金，却在价格、便利生产、耐腐蚀等方面都比不过高强度钢。

从环保角度讲，如何实现更有效地回收利用，更好地满足环保要求也很重要。尽管国内许多企业已经研发出性能优异的新材料汽车，但是要想向市场推广，进入商业化，还需要进一步建立维修、回收和循环使用技术体系。

汽车轻量化是汽车全产业链共同的事情，需要汽车企业努力，还需要行业联盟和政府的支持。对企业来说，虽然一些新技术在前期研究时投资巨大，但这种投资是必要的，因为有了先进的技术储备，一旦时机来临，就可掌握先机。

第四篇：先进制造技术在汽车上的应用课稿

摘要

随着世界经济一体化进程的加快，中国汽车制造行业步入了一个迅猛发展的时期。国内许多的汽车制造企业都在积极调整自身的产品结构，以提企业的市场竞争力，国内汽车市场的竞争环境也更为严峻。随着汽车行业不断的发展壮大，以及国内汽车市场的迅速扩张，只有不断提升产品质量，才能最终占据有利的市场地位，只有具备先进的生产技术，过硬的产品质量才能在国内汽车市场激烈的竞争环境中生存和发展。才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。本文首先从我国先进制造技术的现状进行分析及当今制造技术面临的问题，其次简要叙述了先进制造技术的前沿科学，展望了先进制造技术的发展前景。最后通过激光焊接技术在汽车加工中的应用技术分析和实例介绍，从技术、经济和实用等方面说明了激光焊接在汽车工业中的重要应用。

关键词：制造技术；应用前景；激光焊接

Abstract

With the development of society, the people to the requirements of the product also has changed greatly, requirement breed to diversity, update to fast, quality to high-grade, use convenient, price reasonable, appearance to want beautiful, automation degree high, after-sales service is better...To satisfy people more and more high demand, must the use of advanced manufacturing technology.Our country is in the key period of economic development, manufacturing technology is our weak links.Only keep up with the development of advanced manufacturing technology of the world trend, as soon as possible to narrow the gap with developed countries, to the fierce market competition.In this paper, the present situation of our country's advanced manufacturing technology analysis and the manufacturing technology of the face, and describes briefly the advanced manufacturing technology of the frontier science, and looks forward to the prospect of the development of advanced manufacturing technology.At last, by laser welding technology in vehicle processing the application technique analysis and examples, the paper points out that the technology, economy and practicality aspects that the laser welding in important application of automobile industry

Key Words manufacturing technology;CAD;CIMS;Molding technology;Frontier science;Application prospects;Laser welding

目录

1引言...............................................................1 2 先进制造技术概念..................................................1 3先进制造技术的重要性及现状........................................1

3.1先进制造技术的重要性.....................................，.......1 3.2先进制造技术的现状...............................................1 4改变汽车产业的先进制造技术.........................................2 4.1信息技术对汽车先进制造技术的发展起着越来越重要的作用..................2 4.2汽车设计技术的不断现代化..........................................3 4.3汽车成形技术向精密成形或称净成形的方向发展..........................3 4.4汽车加工技术向着超精密、超高速以及发展新一代制造装备的方向发展...........3 4.5汽车制造工艺、设备和工厂的柔性和可重构性将成为汽车企业装备的显著特点.....3 5应用...............................................................3

5.1激光焊接的技术可行性..............................................4 5.2激光焊接在汽车行业中的应用........................................5 5.3激光焊接技术前境.................................................6 6总结...............................................................7

7参考文献..........................................................8 8致谢..............................................................9

1引言

随着中国人均收入的增长、生活水平的提高以及市场的日趋成熟，人们有了对轿车越来越多的多样化需求。因此汽车上采用先进制造技术是必不可少的，而焊接技术也有了大的改进。

2先进制造技术概念

先进制造技术AMT(Advanced Manufacturing Technology)是集机械，电子，信息，材料，能源和管理等各项先进技术而发展起来的高新技术，它是发展国民经济的重要基础技术之一。先进制造技术是制造业为提高竞争力以适应时代的要求而形成的一个高新技术群，经过发展，已形成了完整的体系结构。

3先进制造技术的重要性及现状 3.1先进制造技术的重要性

先进制造技术是当今生产力的主要构成因素，是国民经济的重要支柱。论文大全。它担负着为国民经济各部门和科学技术的各个学科提供装备、工具和检测仪器的重要任务，成为国民经济和科学技术赖以生存和发展的重要手段。尤其是一些尖端科技，如航空、航天、微电子、光电子、激光、分子生物学和核能等等技术的出现和发展，如果没有先进制造技术作为基础，是不可能实现的。

3.2先进制造技术的现状

近年来，我国的制造业不断采用先进制造技术，但与工业发达国家相比，仍然存在一个阶段性的整体上的差距。

1．管理方面。工业发达国家广泛采用计算机管理，重视组织和管理体制、生产模式的更新发展，推出了准时生产（JIT）、敏捷制造（AM）、精益生产（LP）、并行工程（CE）等新的管理思想和技术。我国只有少数大型企业局部采用了计算机辅助管理，多数小型企业仍处于经验管理阶段。

2．设计方面。工业发达国家不断更新设计数据和准则，采用新的设计方法，广泛采用计算机辅助设计技术（CAD/CAM），大型企业开始无图纸的设计和生产。

我国采用CAD/CAM技术的比例较低。

3．制造工艺方面。工业发达国家较广泛的采用高精密加工、精细加工、微细加工、微型机械和微米/纳米技术、激光加工技术、电磁加工技术、超塑加工技术以及复合加工技术等新型加工方法。我国普及率不高，尚在开发、掌握之中。

4．自动化技术方面。工业发达国家普遍采用数控机床、加工中心及柔性 制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS），实现了柔性自动化、知识智能化、集成化。我国尚处在单机自动化、刚性自动化阶段，柔性制造单元和系统仅在少数企业使用。

4改变汽车产业的先进制造技术

随着以信息技术为代表的高新技术的日新月异，随着汽车市场需求个性化与多样化的演变，未来汽车产业发展的重要特征是向全球化、网络化、虚拟化方向发展，未来汽车先进制造技术发展的趋势是向精密化、柔性化、虚拟化、网络化、智能化、敏捷化、清洁化、集成化及管理创新方向发展。汽车产业发展对先进制造技术（AMT）的需求越来越强烈。

4.1信息技术对汽车先进制造技术的发展起着越来越重要的作用

信息化是当今社会发展的趋势，信息技术与传统制造技术相结合，将使汽车制造业的生产方式发生革命性变革。信息技术促进着设计技术的现代化；成形与加工制造的精密化、快速化、数字化；自动化技术的柔性化、集成化、智能化；整个制造过程的虚拟化、网络化、全球化。汽车先进生产模式的发展，如网络化制造、并行工程、精益生产、敏捷制造、虚拟企业与虚拟制造，也无不以信息技术的发展为支撑。

4.2汽车设计技术的不断现代化。

现代汽车设计技术的主要发展趋势：一是设计方法和手段的现代化。二是新的设计思想和方法不断出现，如并行设计，面向“X”的设计DFX(Design For X)，健壮设计(Robust Design)，反求工程技术等。三是向全寿命周期设计发展。第四，设计过程、快速造型和设计验证，由单纯考虑技术因素转向综合考虑技术、经济和社会因素。

4.3汽车成形技术向精密成形或称净成形的方向发展。

展望21世纪，制造工件的毛坯正在从接近零件形状(Near Net Shape Process)向直接制成工件即精密成形或称净成形(Net Shape Process)的方向发展。精密铸造技术、精密塑性成形技术、精密连接技术等精密成形技术将获飞速发展。

4.4汽车加工技术向着超精密、超高速以及发展新一代制造装备的方向发展

目前，超精加工已实现亚微米级加工，并正在向纳米加工时代迈进，加工材料由金属扩大到非金属；超高速切削用于铝合金的切削速度已超过1600米/分，铸铁为1500米/分，可以近10倍地提高加工效率并提高加工件的性能。

4.5汽车制造工艺、设备和工厂的柔性和可重构性将成为汽车企业装备的显著特点

汽车个性化需求和不确定的市场环境，使得制造资源的柔性和可重构性将成为21世纪汽车企业装备的显著特点。先进的制造工艺、智能化的软件和柔性的自动化设备、企业的柔性发展战略，构成未来汽车企业竞争的软、硬件资源。

5应用

世界上第一个激光器的成功演示在40多年前，在今天，激光科学技术蓬勃发展，其作用远远超出了其发明初期人们原有的预想，激光技术的应用目前遍及科技、经济、军事和社会的许多领域。汽车工业是激光加工重要的应用领域，占激光加工15%的份额，激光焊接、激光切割、激光标记、激光打孔都有着广泛的应用。

5.1激光焊接的技术可行性

激光(受激辐射光)最基本的特点就是：单色性、方向性、相关性，这些独特 性质加上由此而来的超高亮度，超短脉冲等性质使它已经紧紧的和现代工业结合

在一起，这些特质非常适合焊接加工。激光器一般按产生激光的工作物质不同来分类，主要有半导体(GaAs,InP等)激光器、固体(Nd:YAG等)激光器、气体(CO2、He-Ne等)激光器、液体(可调谐染料等)激光器、化学激光器、自由电子激光器等。其中气体激光器以气体或金属蒸汽为发光粒子，它是目前种类最多，激励方式最多样化，激光波长分布区域最宽，容易实现大功率连续输出，应用最广泛的一类激光器。固体激光器是将产生激光的粒子掺于固体基质，其浓度比气体大，因而可以获得比较大的激光能量输出，具有能量大，峰值功率高，机构紧凑，牢固耐用等特点。在激光焊接中主要就采用这两种受激物质的激光器。

激光焊接技术在制造领域的应用稳步增长，由脉冲到连续，由小功率到大功率，由薄板到厚件，由简单单缝到复杂形状，激光焊接在不断的演化过程中已经逐步成为一种成熟的现代加工工艺技术。激光焊接分为脉冲激光焊接和连续激光焊接，在连续焊接中又可分为热传导焊接和深穿透焊接。随着激光输出功率的提高，特别是高功率CO2激光器的出现，激光深穿透技术在国内外都得到了迅速发展，最大的焊接深宽比已经达到了12：1，激光焊接材料也由一般低碳钢发展到了今天的焊接镀锌板、铝板、钛板、铜板和陶瓷材料，激光焊接速度也达到了每分钟几十米，激光焊接技术日益成熟，并大量应用到生产线上，在汽车生产线上如齿轮焊接，汽车底板及结构件(包括车门车身)的高速拼焊并已取得了巨大的经济和社会效益。

据有关资料统计，在欧美发达工业国家中，有50%-70%的汽车零部件是用激光加工来完成的。其中主要以激光焊接为主和切割为主，激光焊接在汽车工业中已成为标准工艺。激光用于车身面板的焊接可将不同厚度和具有不同表面涂镀层的金属板焊在一起，然后再进行冲压，这样制成的面板结构能达到最合理的金属组合。激光焊接的速度约为4.5m/min，而且很少变形，省去了二次加工。激光焊接加速了用冲压零件代替锻造零件的进程。采用激光焊接，可以减少搭接宽度和一些加强部件，还可以压缩车身结构件本身的体积。仅此一项车身的重量可减少56kg。激光焊接用于车顶外壳与框架焊接，传动转换器盖板的焊接，由CNC控制，其循环时间约为16秒，实际焊接时间仅为3秒，一天可连续运行24小时。用于焊接小轿车的变速箱总成和底盘，激光束的焊接速度快，易于自动化控制并且易于归并到一个灵活的制造系统中，激光束改进了厂家的产品设计投产周期，降低了成品的废品率。

5.2激光焊接在汽车行业中的应用

采用激光焊接可以给汽车制造业带来巨大的经济效益，如车身装配中的大量点焊，把两个焊头夹在工件边缘上进行焊接，凸缘宽度需要16mm，而激光焊接是单边焊接，只需要5mm，把点焊该为激光焊，每辆车就可以节省钢材40kg。用传统点焊焊接两片0.8mm的钢板冲压件，平均是20点/min，焊距是25mm，即速度为0.5m/min，用激光焊速度可以达到5m/min以上。采用激光焊接技术，不仅降低成本，还大大提高了生产效率。目前，一套千瓦级的激光加工机器人系统只要几十万美元，新型激光器的安全性和可靠性也得到了保证，其故障停机率仅2%，防护措施也极为可靠。激光焊接时需要工件接触面紧密吻合，这在工艺上是不容易实现的，但目前先进的夹持方法和适合激光焊接的凸缘设计使这一问题得到了解决，激光焊接技术的逐渐成熟使得各大汽车厂商无一例外的将激光焊接应用到了汽车生产线上。

美国是最早将高功率激光器引入汽车工业的，在美国汽车工业中心底特律地区有40余家激光加工站，用于汽车金属件的切割和齿轮的焊接，使汽车的改型从5年缩短到2年。美国通用汽车公司已经采用22条激光加工生产线，美国福特汽车公司采用Nd:YAG激光器结合工业机器人焊接轿车车体，极大地降低了制造成本，2000年美国三大汽车公司已经有50%的电阻点焊生产线被激光焊生产线所取代。在日本，激光焊接在生产线上成功的应用为世界所瞩目，如在汽车车体制造中采用将薄钢板实施激光焊接后冲压成型的新方法，现在已为世界上大多数汽车厂家所仿效。世界上很多著名汽车公司都建有专门的激光焊接专用生产线：Thyssen钢铁公司的轿车底板拼焊生产线，大众汽车厂的齿轮激光加工生产线，奔驰汽车厂的18个厂房里有8个厂房安装了激光加工设备。

激光焊接在汽车工业中最主要就是应用在汽车车身的焊接和拼接坯板焊接上。为满足市场和客户的需求，改善车身和制造工艺是十分必要的，而汽车的车身价值约占汽车总价值的1/5，采用激光焊接工艺使车身的抗冲击性和抗疲劳性都可以得到显著改善，提高汽车的品质。激光焊接由于采用计算机控制，所以具有较强的灵活性和机动性，可以对形状特殊的门板、挡板、齿轮、仪表板等零部

件的焊接，也可以完成车顶和侧围，发动机架和散热器架等部件的装配，如果加上光纤传输系统和机械手，就可以实现自动化的汽车装配生产线。使用3KW左右的光纤传输的Nd:YAG连续激光器，配合点焊系统，和生产线上的夹具相配合，就可以达到自动化焊接的目的，通用、奔驰等都采用了这一系统应用在最新的车型的生产线上，激光焊接系统几乎可以达到完美加工的要求，在效率、经济、安全、强度、抗腐蚀性上都有优秀表现。

一辆汽车的车身和底盘由300种以上的零件组成，采用激光焊接几乎可以把所有不分厚度、牌号、种类、等级的材料焊接在一起，制成各种形状的零件，大大提高汽车设计的灵活性。拼接坯板就是在充分分析车身结构的基础上优化部件设计，使之可以由少数的几种典型坯板焊接而成，这样大大降低了模具数量，增加了材料利用率，而且可以在强度要求不同的部位采用不同厚度的坯板，可以一次冲压成型，减轻了重量，提高了精度，还使得抗腐蚀性和安全性能都有大幅度提高，车身结构也大大简化。丰田公司的侧围生产线采用了拼接坯板焊接技术，使得模具的数量降到四具，材料利用率达到65%，加上其它的部件，使得每辆车的成本下降30多美圆，大大增加汽车生产商的效益。

5.3激光焊接技术前境

激光焊接技术对传统的汽车焊接工艺带来了冲击性的影响，各大汽车公司对此都抱有十分积极的态度，采用新技术就意味着更强的竞争力，特别是竞争残酷的汽车工业。激光焊接技术在焊接铝材，用焊接件代替铸件以及全车身构架结构焊接的应用前途最大，激光器生产厂家应该抓住商机，在激光器的可移动性、体积等方面下功夫，用光纤传输激光，使激光器更适合汽车生产线的需要。国内一些激光产品生产厂家已经逐渐意识到这一点，比如湖北光通光电系统有限公司生产的脉冲Nd:YAG激光焊接机利用光纤耦合聚焦，使用方便，激光头可以远离焊接区，激光器性能稳定可靠，寿命长，也可以使用传统的光学传统系统，激光器既可以激光焊接，也可以激光切割和打孔，一机多用途，特别适用于激光加工车间和自动化生产线。

6总结

21世纪汽车工业正在步入能按照用户要求进行柔性模块式生产的方式，传统加工工艺不能满足新生产方式的需要，这给激光焊接技术的大规模应用提供了一个机遇，激光焊接技术及其他激光加工技术在汽车领域中一定会有更大的发展，成为汽车工业中重要的加工方法。

参考文献

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［5］晓 科 美国专家预测2001年至2030年间将出现的新兴技术 中国专利报 1998-02-18(1)[6]孙林岩,汪建.先进制造模式理论与实践[M].西安:西安交通大学出版社,2003.致谢

大学三年的学习生活即将结束，在此，我要感谢所有曾经教导过我的老师和关心过我的同学，他们在我成长过程中给予了我很大的帮助。本文能够成功的完成，要特别感谢我的辅导员

老师和导师

老师他们的关怀和教导。在两年多的学习中，我深刻地认识到汽车在当今社会发展中起着举足轻重的地位。汽车行业的发展带动了整个社会的发展，而且在今后汽车将在人类社会发展中起到更为重要的作用。

最后，我要向在百忙之中抽时间对本文进行审阅、评议和参加论文答辩的

各位师长表示感谢

第五篇：工程塑料在飞机、汽车上的应用

工程塑料在飞机、汽车上的应用

工程塑料在飞机上的应用

工程塑料作为质量轻，耐冲击，比强度大，电绝缘性能优良，耐腐蚀，耐磨和成型工艺简便的材料，工程塑料在飞机上的应用极为广泛，几乎所有的工程塑料及其增强材料都可以在飞机上找到自己的合适位置，发挥作用。

（一）电气零部件

飞机上使用工程塑料最早是为了利用其优良的电绝缘性能，主要用于电机、电器、仪表、输电系统等方便制造线圈骨架、接线板、插座、接插件、开关以及导线的绝缘层和保护套管等。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电气导管、调整器、连接器、各种开关等电器零部件；

（二）结构件

用工程塑料代替金属制造飞机发动机和各种附件上的结构零件，包括自润滑轴承、轴瓦、密封圈、挡圈、紧固件、仪表壳体、凸轮、滑轮、齿轮、衬套及各种垫片等，是扩大工程塑料在飞机上应用的一个重要方面。例如，聚醚醚酮可用于制造发动机的各种零件；聚酰胺和聚甲醛可用于制造飞机上使用的各种滑轮、凸轮。挡圈、齿轮等；玻纤增强聚酰胺塑料用于制造喷气发动机机尾喷管和雨鳞片等。

（三）内部装饰件 内部装饰件是塑料在飞机上应用的另一重要方面，这些内部装饰件包括行李舱架、地板、衬垫、座椅、窗框、隔音绝热材料和粘贴装饰材料等，在客舱内大面积使用装饰壁板、天花板、储物箱、分舱板等表面都粘贴有装饰效果良好有具有阻燃性能的聚氯乙烯薄膜；ABS塑料主要应用在座椅扶手、门内侧板、门内饰件；聚碳酸酯主要应用在窗框、书报架、废物箱、座椅、旅客服务设施、小桌板、地毯镶边等；改性聚酰胺主要应用在座椅靠背、弹性座垫、壁板、手提筐等。

（四）透明部件

透明件是指在飞机上用于观察和采光的透明材料制件，包括风挡、座舱盖、机头罩、形状各异的舷窗、透明隔板、机内的仪表面板、旅客采光灯罩和各种飞机的航行灯罩等。由于透明件是机身结构的一部分，为保持机体有良好的气动外形，大多数透明件具有精确的曲面外形，在飞行中能承受气动载荷、增压载荷和气动力加热。因此，透明件既是结构件又是功能件，是飞机上不可缺少的一个结构组成部分。1，透明材料的分类及性能

用于制造透明件的透明材料按聚合物类型分为聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）PMMA和聚碳酸酯PC两大类，PMMA为通用塑料，PC为工程塑料。

这类材料用于制造飞机的各种透明件以及用作玻璃-塑料复合透明材料的结构层。飞机透明件有单层、双层、层合三种结构形式，后两种结构形式按其材料的组合方式又可分为玻璃-玻璃、玻璃-有机玻璃、玻璃-聚碳酸酯、有机玻璃-聚碳酸酯物种类型。2，透明材料的要求

航空透明材料制成的飞机透明件要求具有良好的光学性能、足够的结构强度、耐磨性和使用寿命，以及使用可靠和维护方便等特点，由于现代飞机性能不能提高，工作条件更加苛刻，透明件不仅要求承受座舱内外压差所造成的结构载荷，同时还要承受高速飞行气动加热及各种飞行条件下瞬时或长时间的热影响，另外，对于风挡还有防水和防雾的要求，以及能够抵御飞鸟的撞击等。对于飞机的风挡、舱盖等关键部位，在光学性能和结构强度的设计上必须有较大的安全系数，制造时要有严格的篇品质管理体系，从而确保飞机透明件的安全可靠。3，透明材料在飞机上的应用

在飞机上透明材料主要用于制造挡风、座舱盖和观察窗等透明件。大型客机和轰炸机透明件数量较多，除驾驶室内的各种用途的风挡外，在客机上还有大量旅客观察窗，在轰炸机上还有后机身段观察窗、射击侧窗等。工程塑料在汽车上的应用

随着汽车生产量的逐年增加，汽车专用塑料材料的用量也在不断增加，车用改性塑料材料的技术也在不断创新，车用塑料材料主要以节能、环保和质轻为主，因此，节约能源已成为汽车制造业所关注的重点。汽车的小型化和轻量化是节约能源的有效措施。

汽车轻量化的措施是要选用轻质材料，轻质材料有塑料、铝合金、高强度钢等，其中塑料是首选材料，这是因为塑料不仅可使汽车轻量化，而且也是提高汽车造型的美观与设计的灵活性，降低零部件加工、装配和维修费用的有效途径。随着汽车塑料化趋势成型，汽车专用塑料材料的应用得到进一步提高。

车用塑料中，热塑性塑料占有相当高的比例，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，与通用塑料相比，工程塑料在强度、刚性、内热性、耐冲击性和尺寸稳定性等方便具有优势，所以，近年来工程塑料在汽车上的 应用日益增多，主要用作保险杠、燃油箱、仪表板、车身板、车门、车灯罩、燃油管、散热器以及发动机相关部件等。

除上述主要汽车部件外，还有许多汽车零部件用工程塑料制造，如，汽缸盖、垫圈、真空管、手柄、操纵杆、固定支架等可用玻纤在那个气尼龙制造；水泵叶轮、排气阀、油门踏板、开关、轴套、齿轮、滑块、锁定装置固定垫片等可用聚甲醛（POM）制造；转向盘开关壳体、烟灰盒盖、车门锁杆按钮、仪表板开关饰板、车门头道密封压板、仪表板插片、启动拉索手柄、空调出风口、百叶窗、后视镜内盖、拉手盖板、散热器格栅、除霜器碰嘴、杂物箱、刮水器等可用ABS材料制造。

在节能环保、以塑代刚的趋势下，汽车用塑料原材料的应用推广将持续推进。在技术不断创新、材料品质和工艺持续提升下，汽车用改性塑料材料将进一步得到提升，车用改性塑料材料也将迈向大规模推广应用。