汽車輕量化技術及其應用課件

1、汽車輕量化技術及其應用課件汽車輕量化技術及其應用課件一、輕量化技術二、輕量化目標定義（設定）三、輕量化技術及其應用（案例分享） 四、未來的發(fā)展展望一、輕量化技術一、輕量化技術二、輕量化目標定義（設定）三、輕量化技術及其應用（案例分享） 四、未來的發(fā)展展望一、輕量化技術輕量化 - 共同關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)設計平臺化一、輕量化技術輕量化 - 共同關注的議題能車身輕量化一、輕量化技術輕量化的必要性一、輕量化技術輕量化的必要性一、輕量化技術輕量化的必要性一、輕量化技術輕量化的必要性一、輕量化技術汽車輕量化推動材料、

2、工藝及設計輕量化推動著：新的材料、新的工藝以及結(jié)構(gòu)設計的進步一、輕量化技術汽車輕量化推動材料、工藝及設計輕量化推動著：新的材料、新的工汽車輕量化推動新材料的應用單一鋼結(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 術多材料設計高強度鋼結(jié) 構(gòu)PP長玻纖增強材料全鋁車身框架碳纖維復 合材料?？復合無骨架車身?塑代鋼應用車身結(jié)構(gòu)件GMT玻氈復合塑料超高強鋼 變厚度鋼板熱壓成形液壓成形 激光拼焊板年代- 汽車的多材料設計一、輕量化技術汽車輕量化推動新材料的應用單一鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)鎂鋁合金 車身重量與安全一、輕量化技術重量與安全一、輕量化技

3、術視頻 1969 vs 20091969 Chevrolet 整備質(zhì)量 1517kg2009 Chevrolet 整備質(zhì)量 1549kg一、輕量化技術視頻 1969 vs 2009一、輕量化技術汽車產(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計信息、通訊操控、便捷電子化輕量化作為一門綜合學科，促進了現(xiàn)代汽車設計技術的發(fā) 展，其與材料、安全、耐久、結(jié)構(gòu)設計、制造技術、連接技術、 NVH、操穩(wěn)等核心技術緊密結(jié)合，輕量化的出現(xiàn)減緩了汽車重量的 增長速度。未來汽車設計的核心技術之一一、輕量化技術汽車產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展方 向節(jié)能環(huán)保輕量化安全舒適輕量化作為一12一、輕量

4、化技術二、輕量化目標定義（設定）三、輕量化技術及其應用（案例分享） 四、未來的發(fā)展展望12一、輕量化技術二、輕量化目標定義（設定）熊飛2013-12-17世界鋼鐵協(xié)會模型, WidthMf ( 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（設定）熊飛世界鋼鐵協(xié)會模型, WidthMf ( P菲亞特公司模型, Height, WidthMf ( 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

5、；可以快速的對開發(fā)車型重量目標進行粗略 設定；缺點：重量目標設定取決于標桿、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（設定）菲亞特公司模型, Height, WidthMf1. 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（設定）1. 白車身面密度重量模型M f (Wheelbase 體積密度重量模型M f ( Length ,Width , Height )分析：優(yōu)點：可

6、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（設定）體積密度重量模型M f ( Length ,Width PT( 1k) VVkV - 等效體積； K - 體積因子； - 整車總體積； - 成員倉體積；輕量化設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, 導出等效體 積公式：二、輕量化目標定義（設定）PT( 1k) VVkV - 等效體積；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（設定）

7、建立等效體積重量模型 f（V）M (V ) f 根據(jù)修正參數(shù)公式，建立重量設計模型計算器，如下：建立修正參數(shù)公式M (V ) f (V ) ( Benchmark)重量設計模型創(chuàng)建二、輕量化目標定義（設定）根據(jù)修正參數(shù)公式，建立重量設計模型計算器，如下：建立修正參數(shù)一、輕量化技術二、輕量化目標定義（設定）三、輕量化技術及其應用（案例分享） 四、未來的發(fā)展展望一、輕量化技術三、輕量化技術及其應用（案例分享）（案例）非金屬材料在汽車 輕量化上的應用開發(fā)，概況 起來可以劃分為四個方向以塑代鋼 輕量化設 計開發(fā)模塊化、 集成化設 計開發(fā)結(jié)構(gòu)優(yōu)化 輕量化設 計開發(fā) 材料的輕 量化新應用三、輕量化技術及其

8、應用（案例分享）（案例）非金屬材料在汽車 材料的輕模塊化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化量化新應集成化設計開發(fā)輕量化設 計開發(fā)用以塑代鋼 輕量化設 計開發(fā)二、非金屬材料的輕量化開發(fā)材料的輕模塊化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化量化新應集成化設輕量化設 計開發(fā)“以塑代鋼”輕量化設計開發(fā)塑料后橫梁的開發(fā)第一代設計方案：金屬橫 梁，280VK，重量為9.9kg;第二代設計方案：金屬橫梁， 340/590DP，重量為3.9kg;最新設計方案：塑料復合 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、輕量化技術及其應用（案例分享）“以塑代鋼”輕量化設計開發(fā)第一代設計方案：金屬橫 梁，28“以塑代鋼”輕量化設計開發(fā)不

9、同材料的設計MaterialTotal MassNo. of components GMT 3.15 kg= 6Material Total MassNo. of components PC/PBT 1.8 kg= 1Highly engineered geometry of PC/PBT BeamPC/PBT beam fitted in existing spacePC/PBT beam brackets mounted at existing locationsReduced tooling cost Single piece no side coresReduced assembly

10、cost 1 componentReduced weight by 16%三、輕量化技術及其應用（案例分享）“以塑代鋼”輕量化設計開發(fā)Material GMTMat“以塑代鋼”輕量化設計開發(fā)PC/PBT后橫梁開發(fā)重量 1.81 Kg主截面3.8MM PC/PBT三、輕量化技術及其應用（案例分享）“以塑代鋼”輕量化設計開發(fā)主截面3.8MM PC/PBT“以塑代鋼”輕量化設計開發(fā)性能驗證GB 20072-2006法規(guī)分析，滿足性能要求三、輕量化技術及其應用（案例分享）“以塑代鋼”輕量化設計開發(fā)GB 20072-2006法規(guī)分“以塑代鋼”輕量化設計開發(fā)性能驗證GB 20072-2006法規(guī)分析，滿足

11、性能要求三、輕量化技術及其應用（案例分享）“以塑代鋼”輕量化設計開發(fā)GB 20072-2006法規(guī)分“以塑代鋼”輕量化設計開發(fā)性能驗證Max Force 61 kNNo significant damage to rear floorECER42&RCAR三、輕量化技術及其應用（案例分享）“以塑代鋼”輕量化設計開發(fā)Max Force 61 k發(fā)動機罩外板B180H1 0.7發(fā)動機罩內(nèi)板DC04 0.7采用CF復合材 料開發(fā)，能夠 實現(xiàn)50%減重?！耙运艽摗陛p量化設計開發(fā)塑料發(fā)動機艙蓋（前瞻開發(fā)）傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)三、輕量化技術及其應用（案例分享）發(fā)動機罩外板發(fā)動機罩內(nèi)板采用CF復合材 料開發(fā)，能夠 實

12、現(xiàn)5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）“以塑代鋼”輕量化設計開發(fā)電池托架的輕量化技術開發(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、輕量化技術及其應用（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）“以塑31 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，就會導致偏心受力 出現(xiàn)。綠色件

13、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、輕量化技術及其應用（案例分享）31 改進前電池支架結(jié)構(gòu)圖（sabic托板）電池支架結(jié)構(gòu)圖32有限元模型 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

14、盤 電池固定板 塑料托盤塑料支架23度最大應力82763.42374.758.72607.130.48塑料支架80度最大應力887.259.25457.255.13655.927.65塑料支架120度最大應力934.856.5526.252.16694.725.77結(jié)論：1、塑料托盤滿足低于材料許用應力，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)

15、構(gòu)；增加支撐點。三、輕量化技術及其應用（案例分享）32有限元模型 改進前電池支架計算結(jié)果（sabic托板）模33 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、輕量化技術及其應用（案例分享）33 改進后電池支架結(jié)構(gòu)圖（sabic托板）Sabic托板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度最大應力82763.42374.758.72607.1

16、30.48塑料支架80度最大應力887.259.25457.255.13655.927.65塑料支架120度最大應力934.856.5526.252.16694.725.77金屬支架最大應力599.8/158.3/476.9/塑料支架120度改進后591.918.83116.013.61355.913.84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)23.1131.05塑料支架80度模態(tài)20.8926.93塑料支架120度模態(tài)19.224.25金屬支架模態(tài)25.6235.83塑料支架120度改進后24.4442.55重量(KG)改進前塑料支架0.4085金屬支架1.636改進后塑

17、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、輕量化技術及其應用（案例分享）X方向6g（MPa）Y方向6g（MPa）Z方向6g（MP材料的輕模塊化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化量化新應集成化設計開發(fā)輕量化設 計開發(fā)用以塑代鋼 輕量化設 計開發(fā)三、輕量化技術及其應用（案例分享）材料的輕模塊化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化量化新應集成化設輕量化設 計開發(fā) 模塊化、集成化設計開發(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

18、 合材料包覆，零件減 少20132014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， 集成化設計三、輕量化技術及其應用（案例分享） 模塊化、集成化設計開發(fā)前端模塊的輕量化開 發(fā)200820 模塊化、集成化設計開發(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 計，大量較少零 件；采用PP-LFT材料， 成本低；三、輕量化技術及其應用（

19、案例分享） 模塊化、集成化設計開發(fā)金屬框架塑料復合結(jié)模塊化前端結(jié)構(gòu)集 模塊化、集成化設計開發(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) 模塊化、集成化設計開發(fā)X軸方 向Y軸方 向Z軸方 向二、 模塊化、集成化設計開發(fā)安裝點動剛度CAE分析二、非金屬材料的輕量化開發(fā) 模塊化、集成化設計開發(fā)析二、非金屬材料的輕量化開發(fā)材料的輕模塊化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化量化新應集成化設計開發(fā)輕量化設 計開發(fā)用以塑代鋼 輕量化設 計開發(fā)三、輕量化技術及其應用（案例分享）材料的輕模塊化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化量化新應集成化設輕量化設 計開發(fā) 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計開發(fā)三、輕量化技術及其應用（案例分享） 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計開發(fā)三、

20、輕量化技術及其應用（案例分享） 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計開發(fā)保險杠的薄壁化開發(fā)常規(guī)的設計為3.0MM壁厚；采用普通的PP滑石粉材料；單件重量45kg*;馬自達CX-5采用2.5MM壁厚采用2.0MM壁厚三、輕量化技術及其應用（案例分享） 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計開發(fā)馬自達CX-5采用2.5MM壁厚采用2.43 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計開發(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；減薄后可能導致產(chǎn)品的剛性下降；減薄后導致的產(chǎn)品強度降低。 實施技術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，通過技術分析，適當?shù)奶岣邚澢?模量

21、，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 厚的關系三、輕量化技術及其應用（案例分享）43 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計開發(fā)三、輕量化技術及其應用（案例分享） 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計開發(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、輕量化技術及其應用（案例分享） 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計開發(fā)填充時間 6.25S最大壓力 48. 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計開發(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壁厚設計；高剛性PP材料；單件減重1015%，總計減重0.8kg;成本降低；三、輕量化技術及其應用（案例分享） 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計開發(fā)采用2.

22、8MM壁厚開發(fā)已經(jīng)完成零件開發(fā)與46落錘沖擊應用結(jié)構(gòu)膠無結(jié)構(gòu)膠結(jié)構(gòu)膠的優(yōu)勢：吸能+應力分散 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計開發(fā)結(jié)構(gòu)膠的輕量化應用開發(fā)結(jié)構(gòu)膠應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、輕量化技術及其應用（案例分享）46落錘沖擊應用結(jié)構(gòu)膠無結(jié)構(gòu)膠 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計開發(fā)三、輕量 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計開發(fā)結(jié)構(gòu)膠的輕量化開發(fā)三、輕量化技術及其應用（案例分享） 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計開發(fā)三、輕量化技術及其應用（案例分享）三、輕量化技術及其應用（案例分享） 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計開發(fā)

23、結(jié)構(gòu)膠的輕量化應用開發(fā)15 4Case1 126139810Case2=Case1+1123Case3=Case2+14No.PART NAMEScheme (MAT and Thickness)Lighten-Weight Va lue(kg)1Hinge pillar outer (LH ,R H)1.5mm1.4mm0.4722A pillar outer (LH ,RH)1.5mm1.4mm0.163Sill outer (LH ,RH)1.5mm1.4mm0.6944Sill inner middle (LH ,RH)1.5mm1.4mm0.5485Sill inner front(

24、LH ,RH)DC01/1.5B340-590DP/1.20.286Sill inner rear (LH ,RH)1.5mm1.4mm0.2287Roof side rail outer (LH , RH)1.5mm1.4mm0.148Rear wheel cover outer(L H ,RH)0.8mm0.7mm0.8489C pillar inner (LH ,RH)0.8mm0.7mm0.44210Rear floor connect brack et (LH ,RH)0.8mm0.7mm0.1811Drain channel0.8mm0.7mm0.472Total lighten-

25、Weight Mass_Case_014.22kg12Front Floor the second Y axis ail(LH ,RH)1.8mm1.6mm0.32413Luggage frame1.5mm1.2mm0.598Total lighten-Weight Mass_Case_025.14214Sill outer (LH ,RH)1.4mm1.2mm1.4Total lighten-Weight Mass_case_036.542kg三、輕量化技術及其應用（案例分享）15 4Scheme49Left B-Pilla rLeft B-Pilla rLeft B-PillarLeft

26、B-PillarRight B-Pill arRight B-Pill arRight B-PillarRight B-PillarBASE MOD ELSTRUCTUR E GLUELIGHTEN-WEIGHT_Case_01LIGHTEN-WEIGHT_Case_02BASE MOD ELSTRUCTUR E GLUELIGHTEN-WEIGHT_Case_01LIGHTEN-WEIGHT_Case_02Acceleratio nPeak42.343.143.942.636.736.437.336.0Avg 609 5ms32.133.533.532.728.429.129.129.0X-

27、dir Acceleration (B-Pillar Lower) 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計開發(fā)安全性能分析X-dir Acceleration (B-Pillar Lower)三、輕量化技術及其應用（案例分享）49Left B-Pilla rLeft B-Pilla 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計開發(fā)剛度模態(tài)分析with structure gluewithout structure glue三、輕量化技術及其應用（案例分享） 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計開發(fā)with structure gluew 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計開發(fā)結(jié)構(gòu)膠的輕量化應用開發(fā)Basic Model (Witho ut glue )Case_01Case_02Case_03T

28、arge tWith glueWithout glueWith glueWithout glueWith glueWithout glueBending stiffness (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 Ben ding(Hz)51.3151.48,0.3%51.16, -0.29%51.19, -0.23%50.93, -0.74%51.05, -0.5%50.77, -1.1%First Tors ion(Hz)53.1453.84,1.3%52.90, -0.45%53.89,1.4%52.93, -0.4%53.82,1.3%52.86, -0.5%Mass (Kg)336.54.22Kg Lower5.142Kg Lo