汽車車身節(jié)能技術(shù)課件

1、汽車車身節(jié)能技術(shù)課件第五章第五章 汽車車身節(jié)能技術(shù)汽車車身節(jié)能技術(shù) 車身造型的發(fā)展 車身造型設(shè)計(jì)的空氣動(dòng)力學(xué) 車身造型設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì) 第一節(jié)第一節(jié) 車身造型車身造型第二節(jié)第二節(jié) 車身結(jié)構(gòu)輕量化車身結(jié)構(gòu)輕量化 車身輕量化技術(shù)概述 車身結(jié)構(gòu)輕量化的途徑 車身結(jié)構(gòu)輕量化的發(fā)展趨勢(shì) 汽車車身節(jié)能技術(shù)課件第一節(jié)第一節(jié) 車身造型車身造型一、車身造型的發(fā)展一、車身造型的發(fā)展馬車狀汽車馬車狀汽車 廂型車廂型車 船型船型 “甲殼蟲甲殼蟲”型型 魚型魚型 楔型楔型 子彈頭型子彈頭型 汽車車身節(jié)能技術(shù)課件二、車身造型設(shè)計(jì)的空氣動(dòng)力學(xué)概念二、車身造型設(shè)計(jì)的空氣動(dòng)力學(xué)概念1.汽車空氣阻力系數(shù)圖圖5-8 汽車受到的氣動(dòng)力

2、和力矩示意圖汽車受到的氣動(dòng)力和力矩示意圖 合成氣流相對(duì)速度；合成氣流相對(duì)速度； 縱向氣流相對(duì)速度；縱向氣流相對(duì)速度； 側(cè)向氣流相對(duì)速度（側(cè)風(fēng)速側(cè)向氣流相對(duì)速度（側(cè)風(fēng)速度）；度）；橫擺角，；橫擺角，；D車身縱向氣動(dòng)阻力車身縱向氣動(dòng)阻力(x軸方向）；軸方向）； S車身側(cè)向氣動(dòng)阻力車身側(cè)向氣動(dòng)阻力(y軸方向）；軸方向）； L車身垂直方向的氣動(dòng)阻力（車身垂直方向的氣動(dòng)阻力（z軸方軸方向）；向）；PM縱傾力矩（繞縱傾力矩（繞y軸）；軸）；RM側(cè)傾力矩（繞側(cè)傾力矩（繞x軸）；軸）；YM橫擺力矩（繞橫擺力矩（繞z軸）；軸）；a軸距。軸距。 汽車車身節(jié)能技術(shù)課件力和力矩力和力矩系系 數(shù)數(shù)橫擺角= 0時(shí)車身縱向

3、作用的氣動(dòng)阻力D氣動(dòng)阻力系數(shù)垂直于路面的升力L升力系數(shù)垂直于車身對(duì)稱面（x，y）的側(cè)向力S側(cè)向力系數(shù)繞x軸的側(cè)傾力矩RM側(cè)傾力矩系數(shù)繞y軸的縱傾力矩PM縱傾力矩系數(shù)繞z軸的橫擺力矩YM橫擺力矩系數(shù)表表5-1 氣動(dòng)力和力矩及其系數(shù)氣動(dòng)力和力矩及其系數(shù) 汽車車身節(jié)能技術(shù)課件2.汽車阻力特性 空氣阻力所消耗的功率與車速的三次方成正比，在車速高的時(shí)候，空氣阻力將是主要的阻力。 圖圖5-9 行駛阻力與車速的關(guān)系行駛阻力與車速的關(guān)系汽車車身節(jié)能技術(shù)課件1）汽車阻力分類總的空氣阻力總的空氣阻力外部阻力外部阻力內(nèi)部阻力內(nèi)部阻力形狀阻力形狀阻力誘導(dǎo)阻力誘導(dǎo)阻力發(fā)動(dòng)機(jī)冷發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系阻力卻系阻力駕駛室內(nèi)駕駛室內(nèi)空調(diào)

4、阻力空調(diào)阻力汽車部件汽車部件冷卻阻力冷卻阻力圖圖5-10 氣動(dòng)阻力組成氣動(dòng)阻力組成汽車車身節(jié)能技術(shù)課件圖圖5-11 氣動(dòng)阻力成分及氣動(dòng)阻力成分及其隨車尾傾角的變化其隨車尾傾角的變化 CD總阻力系數(shù)總阻力系數(shù) CR*摩擦阻力系數(shù)摩擦阻力系數(shù) CK*、 CS*、 CB*分別為各部分別為各部分阻力系數(shù)的貢獻(xiàn)度分阻力系數(shù)的貢獻(xiàn)度汽車車身節(jié)能技術(shù)課件2）壓差阻力與表面摩擦阻力 壓差阻力和表面摩擦阻力的本質(zhì)來自于氣流的粘性。繞流作用在車身表面，產(chǎn)生了壓力場(chǎng)和切應(yīng)力場(chǎng)，如果當(dāng)?shù)氐哪鎵禾荻瘸^了一定的陡度，則造成氣流從車身表面分離。當(dāng)氣流分離時(shí)，產(chǎn)生的壓力分布與無粘流不同，隨著產(chǎn)生的邊界層厚度的增加，切應(yīng)力減

5、小，直至分離點(diǎn)減至零。對(duì)表面的壓力和切應(yīng)力進(jìn)行積分可得到壓差阻力和表面摩擦阻力，它們的總和就是包括誘導(dǎo)阻力在內(nèi)的全部外部阻力。汽車車身節(jié)能技術(shù)課件3）誘導(dǎo)阻力誘導(dǎo)阻力是伴隨升力而產(chǎn)生的阻力成分：式中: CL 誘導(dǎo)阻力系數(shù)； CDi升力系數(shù)； 寬長(zhǎng)比（總寬總長(zhǎng)）； 修正系數(shù)。圖圖5-12 不同尾部外形的汽車的尾流流態(tài)圖不同尾部外形的汽車的尾流流態(tài)圖 汽車車身節(jié)能技術(shù)課件圖圖5-13改變尾部?jī)A角對(duì)氣動(dòng)阻力系數(shù)改變尾部?jī)A角對(duì)氣動(dòng)阻力系數(shù)CD及后軸升力系數(shù)及后軸升力系數(shù)CLR影響的一例影響的一例汽車車身節(jié)能技術(shù)課件3.降低空氣阻力系數(shù)CD的措施 改善轎車前端形狀 改善后窗傾角和車頂拱度 正確選擇離地間

6、隙 放置擾流板 優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)流場(chǎng)汽車車身節(jié)能技術(shù)課件1）改善轎車前端形狀。 圖圖5-14 改善轎改善轎車前端形狀車前端形狀圖圖5-15 改善轎改善轎車前窗傾角、車前窗傾角、圓弧轉(zhuǎn)角圓弧轉(zhuǎn)角 汽車車身節(jié)能技術(shù)課件2）改善后窗傾角和車頂拱度圖圖5-16 改善后改善后窗傾角窗傾角圖圖5-17改善車頂改善車頂拱度拱度汽車車身節(jié)能技術(shù)課件3）正確選擇離地間隙 圖圖5-18 離地間隙離地間隙e對(duì)對(duì)CD以及升力系數(shù)以及升力系數(shù)CL的影響的影響汽車車身節(jié)能技術(shù)課件4）放置擾流板 圖圖5-19 車尾車尾部擾流板對(duì)部擾流板對(duì)CD的影響的影響 圖圖5-20 后后視鏡對(duì)視鏡對(duì)CD的影響的影響汽車車身節(jié)能技術(shù)課件5）

7、優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)流場(chǎng) 轎車在停車狀態(tài)下冷卻風(fēng)扇轎車在停車狀態(tài)下冷卻風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)前部的空氣流場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)前部的空氣流場(chǎng) 轎車在高速行駛狀態(tài)下前部轎車在高速行駛狀態(tài)下前部的空氣流場(chǎng)的空氣流場(chǎng) 汽車車身節(jié)能技術(shù)課件冷卻氣流流過發(fā)動(dòng)冷卻氣流流過發(fā)動(dòng)機(jī)艙各部位的示意機(jī)艙各部位的示意圖圖 序號(hào)氣流通過形式空氣阻力系數(shù)1沒有冷卻空氣（前部封閉）0.2262有冷卻空氣（下部無障礙流出）0.2543只從下部專門出口流出0.2444只從下部帶有窄的橫向通風(fēng)槽流出0.2365只從側(cè)面帶有窄的橫向通風(fēng)槽流出0.2356只從上部帶有窄的橫向通風(fēng)槽流出0.223表表5-2 不同形式氣流流過冷卻系統(tǒng)后對(duì)汽車風(fēng)阻系數(shù)的影響不同形式氣

8、流流過冷卻系統(tǒng)后對(duì)汽車風(fēng)阻系數(shù)的影響 汽車車身節(jié)能技術(shù)課件冷卻氣流流經(jīng)冷卻系統(tǒng)的壓力損失有: 冷卻空氣經(jīng)過進(jìn)氣格柵的壓力損失為PG； 流向散熱器過程中沿程摩擦阻力和渦流而造成的壓力損失為PE； 流過散熱器壓力損失為PK； 流經(jīng)風(fēng)扇的壓力升高PV。 某轎車?yán)鋮s系統(tǒng)中壓力變化某轎車?yán)鋮s系統(tǒng)中壓力變化場(chǎng)和冷卻空氣流場(chǎng)示意圖場(chǎng)和冷卻空氣流場(chǎng)示意圖 汽車車身節(jié)能技術(shù)課件 三、車身造型設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)三、車身造型設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì) 車身造型進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)空氣動(dòng)力化。 發(fā)動(dòng)機(jī)的布置形式。 設(shè)置前、后擾流板等氣動(dòng)力學(xué)附加裝置，改善氣流的流動(dòng)狀況。 車身乘員艙仍要處于前后輪之間，地板要盡量降低，以獲得較大的室內(nèi)空間及開闊

9、的視野，保證乘員的舒適性和安全性。 優(yōu)化車身細(xì)部外形，以減少車身表面的凹凸面和突起物。 目前世界上較為普遍的改善汽車造型的空氣動(dòng)目前世界上較為普遍的改善汽車造型的空氣動(dòng)力性能方法主要有：力性能方法主要有：汽車車身節(jié)能技術(shù)課件第二節(jié)第二節(jié) 車身結(jié)構(gòu)輕量化車身結(jié)構(gòu)輕量化一、車身輕量化技術(shù)概述一、車身輕量化技術(shù)概述 普通汽車自重質(zhì)量每減輕100kg，可節(jié)油0.20.3L/100km，而轎車的質(zhì)量每減輕100kg，可節(jié)油0.40.3L/100km；另外根據(jù)大量研究表明，當(dāng)整車質(zhì)量減輕10%時(shí)，汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性可提高3.8%，加速時(shí)間減少8%，CO排放量減少4.5%，制動(dòng)距離減少5%，輪胎壽命提高7%，

10、轉(zhuǎn)向力減小6%。車身是整個(gè)汽車零部件的載體，其重量約占整車的40%60%。因此實(shí)現(xiàn)汽車車身輕量化是改善汽車經(jīng)濟(jì)性的有效方法。 汽車輕量化技術(shù)包括汽車結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)和輕量化材料的使用兩大方面。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面可以采用前輪驅(qū)動(dòng)、高剛性結(jié)構(gòu)、超輕懸架結(jié)構(gòu)、部件薄壁化、中空化，小型化及復(fù)合化等來達(dá)到輕量化的目的。在用材方面可以通過材料替代或采用新材料來達(dá)到汽車輕量化的目的。目前主要是采用高強(qiáng)度鋼材、鋁鎂合金，工程塑料和各種復(fù)合材料進(jìn)行汽車輕量化設(shè)計(jì)。 汽車車身節(jié)能技術(shù)課件二、車身結(jié)構(gòu)輕量化的途徑二、車身結(jié)構(gòu)輕量化的途徑（一）車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)1.變截面薄板及其在車身制造中的應(yīng)用 用于車身制造的變截面薄板

11、分為兩種，一種是激光拼焊板（Tailor Welded Blanks，TWB），另一種是通過柔性軋制生產(chǎn)工藝得到的連續(xù)變截面板（Tailor Rolling Blanks，TRB）。 TWB是根據(jù)車身設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和剛度要求，采用激光焊接技術(shù)把不同厚度、不同表面鍍層甚至不同原材料的金屬薄板焊接在一起，然后再進(jìn)行沖壓。TWB可以根據(jù)需要任意進(jìn)行拼接，因而具有極大的靈活性，并且能按照等強(qiáng)度的概念優(yōu)化設(shè)計(jì)一些原來是等厚度的車身零部件，把它們由原來的鍛造加工轉(zhuǎn)換為沖壓加工，既提高加工效率，又節(jié)省加工能源。 TRB通過一種新的軋制工藝柔性軋制技術(shù)而獲得的連續(xù)變截面薄板。 TRB連續(xù)變化的截面提供了有利于后續(xù)

12、成型加工的可能性。 汽車車身節(jié)能技術(shù)課件TWBTRB減重效果較好較好機(jī)械性能和應(yīng)用效果TWB在沿長(zhǎng)度方向上的硬度有跳躍式的變化,使后續(xù)的成型加工不便；焊縫無法徹底掩蓋，不適宜用作車身外覆蓋件材料，一般只用來制作內(nèi)覆蓋件或支承結(jié)構(gòu)件。TRB具有較好的機(jī)械性能，沿長(zhǎng)度方向硬度變化平緩，具有更佳的成型性能；零部件厚度可以連續(xù)變化，以適應(yīng)車身各部位的承載要求；其表面變化是連續(xù)、光滑，可制作車身外覆蓋件。工藝復(fù)雜程度可通過激光焊接工藝進(jìn)行任意拼接；焊縫及其附近會(huì)產(chǎn)生局部硬化，需要一道熱處理工藝來消除硬化效應(yīng)，從而加大了工藝復(fù)雜程度。TRB不存在TWB的焊縫問題，但受軋制工藝和軋機(jī)設(shè)備的限制，其厚度變化只

13、能發(fā)生在板料的初始軋制方向上；此外，無法把不同金屬材料的板料“軋制”在一塊整板上。2.TWB與TRB的比較汽車車身節(jié)能技術(shù)課件3.TRB應(yīng)用中尚需解決的問題 車身覆蓋件壓模具的設(shè)計(jì) 對(duì)于變截面薄板來說，原來基于等厚度板材所建立的力學(xué)本征模型、數(shù)值仿真模型及三維幾何模型都不再完全適用了。需要花大力氣重建這些模型，針對(duì)變截面薄板的具體變化特征來重新設(shè)計(jì)車身覆蓋件沖壓模具。 變截面薄板在沖壓過程中的變形和材料流動(dòng)性 變截面薄板的引入使車身覆蓋件的沖壓成型過程變得更為復(fù)雜，在同樣的壓邊力和拉伸力條件下，板料各部位的變形不均勻，覆蓋件的成型更難以控制。 板料回彈問題： 對(duì)于TRB來說，由于其本身結(jié)構(gòu)的特

14、殊性，即沿軋制方向連續(xù)變化的截面形狀及由此引出的材料機(jī)械性能的非均一化，將會(huì)使工件回彈問題變得更為復(fù)雜。汽車車身節(jié)能技術(shù)課件（二）車身結(jié)構(gòu)輕量化材料的選擇（二）車身結(jié)構(gòu)輕量化材料的選擇 使用密度小、強(qiáng)度高的輕質(zhì)材料，像鋁鎂輕合金、塑料聚合物材料、陶瓷材料等； 使用同密度、同彈性模量而且工藝性能好的截面厚度較薄的高強(qiáng)度鋼； 使用基于新材料加工技術(shù)的輕量化結(jié)構(gòu)用材，如連續(xù)擠壓變截面型材、金屬基復(fù)合材料板、激光焊接板材等。汽車車身節(jié)能技術(shù)課件三、車身結(jié)構(gòu)輕量化的發(fā)展趨勢(shì)三、車身結(jié)構(gòu)輕量化的發(fā)展趨勢(shì)（一）我國(guó)汽車輕量化技術(shù)發(fā)展面臨的主要問題 需要運(yùn)用多學(xué)科交叉融合所形成的綜合性、系統(tǒng)性知識(shí)體系； 必須要由國(guó)家級(jí)的研究機(jī)構(gòu)對(duì)其關(guān)鍵、重大問題進(jìn)行戰(zhàn)略性