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摘 要：专用汽车轻量化对节能减排环保起着重要的作用，怎样实现专用汽车轻量化已变成提高专用汽车节能减排的关键因素。本文首先分析专用汽车轻量化的原因，提出在专用汽车上应用轻金属材料、高强度钢、塑料及非金属复合材料，采用轻量化结构以及轻量化工程设计，从这几个方面能够实现专用汽车轻量化。
关键词：专用汽车；轻量化；途径
The Main Lightweight Way of Specialized Automobile in China
Abstract： Lightweight automobile plays an important role in energy saving and emission reduction and environmental protection， how to realize the energy saving and emission reduction has become a key factor to improve the special vehicle special vehicle lightweight. This paper first analysis of the causes of the lightweight of the special vehicle， presents the application of the light metal material， on special purpose vehicle high strength steel， plastic and metal composite materials， the use of lightweight structure and lightweight design， from several aspects to achieve special automobile lightweight.
Keywords：specialized automobile； lightweight； way
引言
国外专用汽车产品最早发展的是西欧和美国的一些国家，二战后，相继在日本、苏联等国得到了发展。我国早在1989年就制定了“专用汽车”的相关标准—ZB/T50004—1989。但是随着我国专用汽车技术的不断提高和种类的不断增加，ZB/T50004—1989《专用汽车的术语及其定义、专用汽车类型》和ZB/T50005《专用汽车用途特征代号》的国家标准已经不能适应发展的需要，为了使专用汽车的名称和代号规范化，便于管理，我国又在1998年对有关专用汽车的标准进行了再一次的制定，新的国家标准为GB/T17350—2009《专用汽车和专用半挂车术语、代号和编制方法》。随着经济的快速发展，人们的需求也在不断地向多样化发展，汽车向专业化方向发展的趋势越来越明显。专用汽车已成为特殊用途的主力车种[1]，专用汽车在汽车工业中举足轻重的地位越来越明显。为了更好地发展和使用专用汽车，专用轻量化技术也具有着举足轻重的地位。随着专用汽车的不断发展，在研究解决油耗、环保和安全等问题过程中，发现专用汽车轻量化是解决这些问题的合理途径[2]。
1 专用汽车轻量化的原因分析
专用汽车轻量化是在保证可以提高汽车的性能和品质的前提下尽可能的降低汽车零部件的重量，采用轻质材料和设计结构来达到轻量化的目的。
专用汽车在世界经济领域中和人们实际生活中的地位越来越重要，随着社会文明度的不断提高和不可再生资源的日益紧张，减少尾气污染和减少材料的应用是目前面临的最大挑战。专用汽车运动实质就是燃料的化学能转化为机械运动的过程。然而，燃料的化学能并没有完全转化为正常工作所需要的能量，有很大一部分能量以不同形式消耗。专用汽车的行驶阻力平衡方程为
由（2）式可知，总重量G是制约燃油消耗量的主要因素，要提高货物重量降低燃油量最切合实际的就是实现专用汽车的轻量化。
2 我国专用汽车轻量化的主要途径
2.1 轻金属在专用汽车上的应用
现用轻金属材料中较多的是铝、镁、钛合金材料，这些材料密度要比钢的密度低。因而在在考虑汽车减重是首选这些既可以提高性能又具有环保型的材料[3]。我国专用汽车平均自身质量变化情况如表1所示。
表1 我国专用汽车平均自身质量变化情况表
2.2 高强度钢在专用汽车上的应用
高强钢在专用汽车上的应用多为制作车身内板，车身外板车以及身结构件，高强度钢与汽车轻量化关系密切。高强度钢强度优于普通钢板、且成本较低，是未来汽车结构材料的主体。高强度钢在汽车上的应用具有优良的成形性能、回收利用性好、保证塑性延展性的同时，强度高、冲压件质量轻、板厚减薄使汽车结构轻量化。
采用高轻度钢板的意义
高强钢主要用于制作车身外板，车身内板以及车身结构件，这类钢铁材料和汽车轻量化关系密切。
（1）材料强度提高增加了安全性；
（2）覆盖件抗凹性的改善提高了商品性；
（3）板厚减薄使汽车结构轻量化。
2.3 塑料及非金属复合材料
塑料在专用汽车上主要用于饰件与功能结构件等。饰件的应用特点可以用較轻塑料来代替金属，来减轻专用汽车重量，例如塑料灯具、挡泥板、车轮罩、举升门等；而功能结构件多采用高强度工程塑料，例如有散热器水窒、油箱、气门室罩、盖空滤器罩等。
2.4轻量化结构设计
在专用汽车产品设计过程中，主要途径就是在承受载荷范围以内采用空心结构取代实心结构，多采用薄壁化、小型化以及部件中空化来达到轻量化目的[4]。这样可以减轻重量，节约材料。这就需要我们找到一个最佳的结合点在轻量化和材料特性、工艺性、生产批量以及其它制约因素中，经过分析多材料组合的轻量化结构就成为专用汽车轻量化的必然选择，并且要注意合适的材料用在合适的部位。就需要我们大力开发具有重量轻、刚度好等优点而且可以适用铝合金、钛合金等材料的内高压成型技术。如图（1）所示。
运用管件液压成形技术来制造空心轻体构件的制造技术工艺过程见图（2）。应用液压成形的专用汽车零件大体为以下几类：发动机系统零件，悬吊系统零件，车身结构件等。在塑料和复合材料方面，推广塑料金属复合材料工艺、低压注射成形、气体辅助注射成形技术等满足汽车轻量化新工艺。
图2 制造技术工艺过程
1.管坯 2.上模 3.轴向压头 4.零件 5.下模
2.5 轻量化设计工程
合理的性能参数和布置尺寸是专用汽车车身轻量化设计的基础。性能参数一般包括发动机的配置范围、动力性、燃油经济性、操作稳定性和噪声控制等。在整车的主要性能参数确定以后，我们才能在此基础上应用轻量化的设计技巧，同时根据实际的生产条件，来设计可用于制造的轻量化车身结构。利用有限元分析软件对专用汽车进行强度分析并对其进行优化设计。这样就形成了从在CAD软件中建模到CAE软件中进行仿真分析的基本流程，为以后进行相关方面的研究提供了方法的支持和经验的积累。将Pro/e建立车身的数字化模型，并将其导入ANSYS Workbench中进行汽车车身结构进行静力分析以及优化设计方面的研究。
3 结论
专用汽车工业市场伴随着我国经济的发展日益成熟， 轻量化培对提高专用汽车的发展意义重大。本文从轻金属材料、高强度钢、塑料及非金属复合材料等在专用汽车上的应用，以及采用轻量化结构以及轻量化设计工程几个方面分析我国专用汽车轻量化的实现途径。
参考文献
[1]刘乐涛，邓楚南.国内专用汽车发展现状浅析[J].西部交通科技，2008（10）.
[2]王祖德.我国专用汽车现状、存在问题及发展研究[J].汽车研究与开发，2004（6）.
[3]冯美斌.汽车轻量化技术中新材料的发展及应用[J].汽车工程，2006（3）.
[4]乔维高.专用汽车结构与设计[M].北京：北京大学出版社，2010..
作者简介：
尚广云（1991-），女，河南南阳人，硕士研究生，主要研究方向为机械设计及理论。
关键词：专用汽车；轻量化；途径
The Main Lightweight Way of Specialized Automobile in China
Abstract： Lightweight automobile plays an important role in energy saving and emission reduction and environmental protection， how to realize the energy saving and emission reduction has become a key factor to improve the special vehicle special vehicle lightweight. This paper first analysis of the causes of the lightweight of the special vehicle， presents the application of the light metal material， on special purpose vehicle high strength steel， plastic and metal composite materials， the use of lightweight structure and lightweight design， from several aspects to achieve special automobile lightweight.
Keywords：specialized automobile； lightweight； way
引言
国外专用汽车产品最早发展的是西欧和美国的一些国家，二战后，相继在日本、苏联等国得到了发展。我国早在1989年就制定了“专用汽车”的相关标准—ZB/T50004—1989。但是随着我国专用汽车技术的不断提高和种类的不断增加，ZB/T50004—1989《专用汽车的术语及其定义、专用汽车类型》和ZB/T50005《专用汽车用途特征代号》的国家标准已经不能适应发展的需要，为了使专用汽车的名称和代号规范化，便于管理，我国又在1998年对有关专用汽车的标准进行了再一次的制定，新的国家标准为GB/T17350—2009《专用汽车和专用半挂车术语、代号和编制方法》。随着经济的快速发展，人们的需求也在不断地向多样化发展，汽车向专业化方向发展的趋势越来越明显。专用汽车已成为特殊用途的主力车种[1]，专用汽车在汽车工业中举足轻重的地位越来越明显。为了更好地发展和使用专用汽车，专用轻量化技术也具有着举足轻重的地位。随着专用汽车的不断发展，在研究解决油耗、环保和安全等问题过程中，发现专用汽车轻量化是解决这些问题的合理途径[2]。
1 专用汽车轻量化的原因分析
专用汽车轻量化是在保证可以提高汽车的性能和品质的前提下尽可能的降低汽车零部件的重量，采用轻质材料和设计结构来达到轻量化的目的。
专用汽车在世界经济领域中和人们实际生活中的地位越来越重要，随着社会文明度的不断提高和不可再生资源的日益紧张，减少尾气污染和减少材料的应用是目前面临的最大挑战。专用汽车运动实质就是燃料的化学能转化为机械运动的过程。然而，燃料的化学能并没有完全转化为正常工作所需要的能量，有很大一部分能量以不同形式消耗。专用汽车的行驶阻力平衡方程为
由（2）式可知，总重量G是制约燃油消耗量的主要因素，要提高货物重量降低燃油量最切合实际的就是实现专用汽车的轻量化。
2 我国专用汽车轻量化的主要途径
2.1 轻金属在专用汽车上的应用
现用轻金属材料中较多的是铝、镁、钛合金材料，这些材料密度要比钢的密度低。因而在在考虑汽车减重是首选这些既可以提高性能又具有环保型的材料[3]。我国专用汽车平均自身质量变化情况如表1所示。
表1 我国专用汽车平均自身质量变化情况表
2.2 高强度钢在专用汽车上的应用
高强钢在专用汽车上的应用多为制作车身内板，车身外板车以及身结构件，高强度钢与汽车轻量化关系密切。高强度钢强度优于普通钢板、且成本较低，是未来汽车结构材料的主体。高强度钢在汽车上的应用具有优良的成形性能、回收利用性好、保证塑性延展性的同时，强度高、冲压件质量轻、板厚减薄使汽车结构轻量化。
采用高轻度钢板的意义
高强钢主要用于制作车身外板，车身内板以及车身结构件，这类钢铁材料和汽车轻量化关系密切。
（1）材料强度提高增加了安全性；
（2）覆盖件抗凹性的改善提高了商品性；
（3）板厚减薄使汽车结构轻量化。
2.3 塑料及非金属复合材料
塑料在专用汽车上主要用于饰件与功能结构件等。饰件的应用特点可以用較轻塑料来代替金属，来减轻专用汽车重量，例如塑料灯具、挡泥板、车轮罩、举升门等；而功能结构件多采用高强度工程塑料，例如有散热器水窒、油箱、气门室罩、盖空滤器罩等。
2.4轻量化结构设计
在专用汽车产品设计过程中，主要途径就是在承受载荷范围以内采用空心结构取代实心结构，多采用薄壁化、小型化以及部件中空化来达到轻量化目的[4]。这样可以减轻重量，节约材料。这就需要我们找到一个最佳的结合点在轻量化和材料特性、工艺性、生产批量以及其它制约因素中，经过分析多材料组合的轻量化结构就成为专用汽车轻量化的必然选择，并且要注意合适的材料用在合适的部位。就需要我们大力开发具有重量轻、刚度好等优点而且可以适用铝合金、钛合金等材料的内高压成型技术。如图（1）所示。
运用管件液压成形技术来制造空心轻体构件的制造技术工艺过程见图（2）。应用液压成形的专用汽车零件大体为以下几类：发动机系统零件，悬吊系统零件，车身结构件等。在塑料和复合材料方面，推广塑料金属复合材料工艺、低压注射成形、气体辅助注射成形技术等满足汽车轻量化新工艺。
图2 制造技术工艺过程
1.管坯 2.上模 3.轴向压头 4.零件 5.下模
2.5 轻量化设计工程
合理的性能参数和布置尺寸是专用汽车车身轻量化设计的基础。性能参数一般包括发动机的配置范围、动力性、燃油经济性、操作稳定性和噪声控制等。在整车的主要性能参数确定以后，我们才能在此基础上应用轻量化的设计技巧，同时根据实际的生产条件，来设计可用于制造的轻量化车身结构。利用有限元分析软件对专用汽车进行强度分析并对其进行优化设计。这样就形成了从在CAD软件中建模到CAE软件中进行仿真分析的基本流程，为以后进行相关方面的研究提供了方法的支持和经验的积累。将Pro/e建立车身的数字化模型，并将其导入ANSYS Workbench中进行汽车车身结构进行静力分析以及优化设计方面的研究。
3 结论
专用汽车工业市场伴随着我国经济的发展日益成熟， 轻量化培对提高专用汽车的发展意义重大。本文从轻金属材料、高强度钢、塑料及非金属复合材料等在专用汽车上的应用，以及采用轻量化结构以及轻量化设计工程几个方面分析我国专用汽车轻量化的实现途径。
参考文献
[1]刘乐涛，邓楚南.国内专用汽车发展现状浅析[J].西部交通科技，2008（10）.
[2]王祖德.我国专用汽车现状、存在问题及发展研究[J].汽车研究与开发，2004（6）.
[3]冯美斌.汽车轻量化技术中新材料的发展及应用[J].汽车工程，2006（3）.
[4]乔维高.专用汽车结构与设计[M].北京：北京大学出版社，2010..
作者简介：
尚广云（1991-），女，河南南阳人，硕士研究生，主要研究方向为机械设计及理论。