1、最近汽车轻量化方法最近汽车轻量化方法2007 8.8 根据有关报告表述，如果车辆减重10%10%，耗油量将会降低3.8%3.8%。同时排出废气的CO、HC、NOX的百分比也将会减少。可以明确的认为车辆轻量化是提高性能不可缺少的技术。以下是现代公司对车辆实施了轻量化的工作方法，提出了减少384公斤重量的方案。根据此结果对实施轻量化，使用什么样的方法，能够达到多大程度的改进进行了分析。在此并通过对实例的介绍，为实施切实有效的轻量化重要方法提出一些建议。前言前言轻量化的提案方法轻量化的提案方法轻量化提案方法的概要：轻量化提案方法的概要：方法：购入与现代车型同样级别但轻239公斤的竞争车型M车一辆、首
2、先，在实际道路上进行测试。然后，再进行具体的分析、测定重量。调查尺寸、材质、样式。推断强度、性能，将数据进行比较制定轻量化的提案。另外，虽然不是这两辆车的实例，但是最后追加提出在几年之内可能实现的方案。实施日期：2004年Aug.2-Sept.17(从行驶试验到总结为止）试验车的规格试验车的规格主要参数CAR-OCAR-M（长）x（宽）x（高）mm4978 x 1849 x 14864915 x1821 x 1481（轴距）27992825发动机样式、排气量LDOHC 24V V6,3.5DOHC 24V V6,3.5Transmission5 speed A/T5 speed A/T驱动方式
3、FWDFWDTire225/60R16P225/55HR17乘坐人数55门的数量44销售地区面向美国市场空車重量（実測値）空车重量（测试值）18461607年式（生产年月）20042005CAR-O的尺寸比CAR-M大，重量重239公斤。轴距比CAR-M小，其他方面都基本相同。此数据是2006年日本制轿车规格的数值。CAR-OO车比平均值重，M车比平均值轻。计算出O车和M车的投影面积进行补正得到200公斤的重量差。CAR-M试验车试验车的重量的重量約約200 kg差差表示分解的零部件的合计重量。车身（BIW+Trim）的重量的差是148公斤，底盘的差是39公斤，动力系统的差是32公斤。试验车的
4、系统重量试验车的系统重量148 kg差差32kg差差39kg差差Body 系Sub System：31-327Parts Name：Throttle ControlSystem：PReason why categorized into M:need Type Approval,Die Change,Durability testRank:BRecommended timing:MProposal Description変更概要1.Integrate Engine Throttle Cont.into Power Train Cont Module.（0.20kg reduction）2.Mak
5、e Pedal and APS in one piece as CAR-M.（0.96kg reduction）3.Change the Motor of Throttle body from Brushless Permanent Type to Brush type.(0.34kg reduction)CAR-MCAR-ODifferenceWeight ofParts studied1.44 kg2.93 kg1.49 kg 合計 2.93 1.44 Weight Analysis重量分析:CAR-O vs CAR-MEngine Throttle Cont.Unit 0.20 0.00
6、*(*CAR-MECCSUnitIntegrated)A Pedal&Accel.Position Sensor 1.30*0.34(*CAR-OWire CableControl)Throttle Body 1.43 1.10Throttle Motor*(0.54)(0.40)*MotorCAR-O：DC-Brushless、CAR-M:DC-2 BrushReduction Weight estimated1.49 kg/vehProp.No.044提案书的样本提案书的样本分系统提案的比例分系统提案的比例全部提案的384公斤中最多的为车身（BIW+Trim）110+71=181公斤，底盘
7、91公斤、动力系统84公斤。两辆车的重量差的顺序与上述一致。Body系,181単位 kg提案合計383 kg(114件)适用于此方案方法的定义适用于此方案方法的定义对轻量化方案的技巧分类的定义做了如下的尝试。虽然对降低机能和容量使之轻量化的方法存有非议，但是能够满足市场对质量最低限度要求的技术是必要的。轻量化对象方方法法 不恰当的设计削减加工余量削减加工余量对于市场需求过剩的配置削减机能（或者废除）削减机能（或者废除）体积的减小体积的减小可以换用轻量材料铝化铝化镁化镁化高强钢板的采用高强钢板的采用金属树脂化金属树脂化换用其他的材料能够轻量化变更方式变更方式对前一张幻灯片所定义的方法进行了分类削
8、减了27%的加工余量，削减配置（减少机能+减少容量）占22%，换用材料、变换方法占51%。这说明轻量化的大约一半左右是通过技术方面较难实现的换用材料和变换方法以外的手法获得的。分方法提案的比例分方法提案的比例 削减加工余量（27%）削减规格（22%）材料置換、方式変更(51%)提案合計384 kg単位 kgBIW轻量化的方案包含消减钢板的厚度，使结构更加合理化，其中减少加工余量占的比例最多。其次是使用铝制材料、高强度钢板。主要的实例如下。Proposals by techniques-BIWabout BIW単位 kg採用前採用後軽量化量Reinf.A(6.0)0(6.0)Reinf.B&th
9、ickness chg.(3.4)0(3.4)Body whole area37135120.0Deletion of reinforcement A from Center pillar assy.O车的立柱和边框结合部分零件的构成数过多，断面过于复杂。相反M车比较简单。如果全面进行构造简化将可能减少20公斤的重量。组装性、焊接的可靠焊接的可靠性也会相对提高性也会相对提高。在此虽然只举出中心柱和侧门框断面的例子，但实际上其余的部位也很多。这些虽然是为了设计阶段的设计变更，但是、广义范围的强度分析应该能够达到合理化。Reinf.AActual examples-BIW単位単位 kg.1cThe
10、 whole areaReinf.BDeletion of reinforcement B and reducing thickness of sill inner.駄肉削減駄肉削減CAR-OCAR-M軽量化量Engine Hood20.08.711.8Fender7.65.54.3Trunk Lid14.65.96.42.E/Hood,Fender and T/Lid are replaced from steel to aluminum.为了维持钢板的强度加厚铝制板的厚度（外板0.7 0.8 或 0.9 t）去掉防震材料也是有可能的。像这样如果把离车辆中心较远地方的质量削减，将会提高其运动
11、性能。Actual examples-BIWAl化化採用前採用後軽量化量590MPa材371(361)(10)780-1470MPa class採用(361)351203.Application of ultra high strength steel在CAR-O上采用590MPa 级别的超高强度钢板后，根据测算减少了10 kg。作为更高的技术，与上图部分的Tailored blank和7801470 MPa的Ultra high strength steel一同使用的话，有可能再减轻10 kg重量（Front rail因为要吸收冲击Energy，所以不采用）。Actual examples-
12、BIWFig.by 日経日経MECHANICAL DM超高張力鋼化超高張力鋼化在Trim关联的提案中削减机能最多。（看得出由于O车是瞄准高档车型，因此有些配置在US市场是多余的）。其次其它材料置换（变更为异种塑料）、削减加工余量。下面列举主要的实例。各提案方法各提案方法的比例的比例关于内饰的提案关于内饰的提案単位 kgCAR-OCAR-M軽量化量Driver seat 28.225.23.01.Seat cushionPan-type化化(+frame合理化合理化)Seat cushion由Spring-type变更为 Pan-type。在路况极为不好的路段行驶时将会降低cushion（弹性）
13、性，但在美国市场不会成为问题。Seat adjuster部位的零件与Frame一体化。CAR-OCAR-M軽量化量Passenger seat 22.118.23.0Power adjuster2.402.42.Passenger seat;Pan-type化化(+frame合理化合理化)Power adjuster廃止廃止Seat cushion形式与 Driver seat同样变更。Passenger seat中配置的Power adjuster（力量调节装置）考虑到US市场的实际情况，废除。Actual examples Trim機能削減機能削減CAR-OCAR-O.CAR-MCAR-M
14、.機能削減機能削減駄肉削減駄肉削減駄肉削減駄肉削減CAR-OCAR-M軽量化量I/P pad assy17.011.95.0CAR-OCAR-M軽量化量Rr seat cushion10.05.14.04.I/P pad assy材質変更材質変更Design簡略化簡略化 I/P pad assy材材质变质变更和更和Design简简略化略化 Urethane（氨酯）发泡层只用在I/P（仪表板）上部，其它部分换成Hard plastic（硬塑料）（PP+talc）。同时变更设计减少零件的数量。3.Shape change of Rr seat cushion将Seat cushion（座椅靠垫）的
15、 Frame（框架）的形状简化，减小Pad（缓冲垫）的体积（Core部（芯部）。要考虑到美国市场的后席乘车率。Actual examples TrimCAR-OCAR-O.CAR-MCAR-M.機能削減機能削減他材料置換他材料置換最多的是Al化、其次是方式变更接着是Mg化。下面列举几个具体例子。各提案方法的比例各提案方法的比例 关于底盘关于底盘単位 kgO车的Double Wishbone（双横臂）由于铸铁锻造零件，相当重。变更为一般的McPherson strut type（麦弗逊柱式（独立）悬架）。McPherson Strut即使是在Sporty Sedan（运动型轿车）上也被普遍采用，
16、在市场上也得到了公认。并且把Lower Arm（转向拉杆）下臂）由铁制材料变更为了Al制材料。UPPERUPPER ARMARMLOWER ARMLOWER ARM1.Double Wishbone typeMcPherson strut type変更変更由由Double Wishbone type变更为变更为McPherson strut type CAR-OCAR-M軽量化量備考Frt susp Type変更48.539.610.0BIW変更含Lower ArmAl化15.26.97.6Size補正含鉄鍛造鉄鍛造2.Lower arm鉄板鉄板+鉄鍛造鉄鍛造Al鍛造変更鍛造変更 Lower
17、arm由由铁铁板板铁锻铁锻造造变变更更为为Al锻锻造造LOWER ARMLOWER ARMActual examples 底盘機能削減機能削減Al化化O车的Damper（减振器）/Spring（弹簧）在Body（车身）侧面装有大型的Bracket（托架）因此较重。如果变更Body（车身）的安装点，那么轴的中心会承受Damper（减振器）的反弹力，就可以废除Bracket（托架）。相关的Body（车身）也需要变更。CAR-OCAR-O.3.3.安装安装DamperDamper（减振器）（减振器）/Spring unit/Spring unit（弹簧单元）由（弹簧单元）由Wheel houseWh
18、eel house（车轮罩）的（车轮罩）的侧面向上面变更。侧面向上面变更。CAR-OCAR-M軽量化量備考Rear susp15.910.73.4Body変更重量 考慮CAR-MCAR-M.Actual examples Chassis（底盘）（底盘）駄肉削減駄肉削減CAR-OCAR-M軽量化量Rear hub carrier18.16.610.0为使Carrier（支架）的头部变短，把 Upper Arm（上臂）的 fulcrum pin（支点销）下降，使用AL(铝）材料。4.把把RR Hub carrier（后部中心支架）的铁锻造件改为（后部中心支架）的铁锻造件改为AL（铝）锻造。缩短颈部
19、的长度（铝）锻造。缩短颈部的长度确保强度。确保强度。5.RR sub frame鉄板鉄板AL化。化。RR sub frame的铁板的铁板AL（铝）化。（铝）化。CAR-OCAR-M軽量化量Rear sub frame13.5516.86.0RR sub frame（后部副车架）由钢板制成，使用AL（铝）材料。安装部位需要强化。No photo通常、材料置换需要进行适当的形状变更。Actual examples ChassisAl化化Al化化动力系统提案量的顺序为AL制材料减小容量减少加工余量。以下列举几项具体的实例。关于动力系统关于动力系统各方法提案比例注：Power train（动力系统）的
20、燃料箱、Radiator（散热器）等的燃料系、包括发动机冷却系统。単位 kgActual examples 动力系统CAR-OCAR-M軽量化量Cyl block47.823.124.7因为与M车几乎是相同的尺寸所以有轻量化的可能性。M车不仅仅是置换了材料，而且根据材料的特性对形状也进行了变更，采用了极其轻量的设计。AlMg+Al軽量化量Cyl block23.117.161.Cyl.Block（）鋳鉄製）鋳鉄製AL化化 Cyl.Block（气缸体）铸铁材（气缸体）铸铁材料料AL化化2.更更Magnesium/Aluminum Composite化化(AlinsertMg鋳造)另外、采用Mag
21、nesium（镁）/Aluminum（铝）Composite（混合物）材料（AL（铝）的内部嵌入 Mg（镁）铸造）BMW公司在2004年应用6气缸串联的方法进行了批量生产。BMW公司宣称与Al（铝）相比能够轻量化24%。Al化化Mg化化CAR-OCAR-M軽量化量Brg.cap/Ladder frame6.65.80.8有必要同时进行Cylinder Block（的气缸体）的铝材料化。Brg caps:Feframe:Alone piece:Al 軽量化量Brg.cap/Ladder frame5.84.82.51.Brg.cap Ladder frame別体化別体化AL化。化。把Brg.ca
22、p和Ladder frame分开使用铝制材料。2.Brg.cap Al化（化（Ladder frame 一体戻）一体戻）BrgCap也进行铝化（和Ladder frame作为一个整体回收）已经采用了现在销售的Motor Cycle。Actual examples 动力系统Al化化Al化化O车和M车的Engine Assy（发动机总成）重量差只有5.6公斤。但是在内容上有很大的不同。上述例子使用Base Engine（基础发动机）部件，因此O车较轻、包含其他的部件大约轻40公斤左右。相反下表表示O车重的部件。Timing chain drive（正时链驱动）,chain cover（转换）,Va
23、riable valve timing Control（可变配气正时和气门升程电子控制）and Intake manifold（进气歧管）的 Induction control system（诱导支配系统）等。安装比这些重量轻的基础发动机部件后，整体的总重量减轻5.6公斤。在基本部件的轻量化基础上有可能追加新的配置在基本部件的轻量化基础上有可能追加新的配置M車方重部品車方重部品 The parts where CAR-M is heavier性性能能向向上上装装備備例例Timing belt to Timing chain drive5.46.3-7.4Cover for the above,
24、plastic to Al 0.87.2Variable/Valve timing controlNone上含Intake manif.(w/Ind.control system)8.69.1-0.5他他CAR-OCAR-M差Engine assy181.2175.65.6M車方軽部品車方軽部品 The parts,where CAR-M is lighterBaseEnginepartsCyl.body47.523.124.4Cyl.head29.124.44.7Crank shaft7.96.91.0Cyl.head cover4.32.02.3And others 他他电器能轻量化的部件
25、并不是很多，但是、离不开零部件供应商的新技术。在以下的幻灯片中举出几个新的具体实例。各提案各提案方法的比例方法的比例关于关于Elec単位 kg重量单位公斤CAR-OCAN bus構成 CAR-O的CAN bus构成CAR-OCAR-M軽量化量関連部品32.128.54.0CAR-OCAR-M軽量化量Speaker system6.14.52.71.CAN bus system拡大採用拡大採用 采用扩大采用扩大 CAN（Controller Area Network）bus system（系统）（系统）采用与M车相同的CAN bus system，再加上用Net Work进行全面的控制来构筑结构
26、，能够减轻4.0 公斤的重量。2.Neodymium magnet型型変更変更 Neodymium magnet 型变更成Speaker钕磁石的能量密度比纯粒铁磁石大约大10倍左右。如果保证5-speaker规格就可以减轻2.7公斤。CAR-MCAN bus構成 CAR-M的CAN bus构成Actual examples Elec方式変更方式変更材質変更他材質変更他 材质变更其他材料材质变更其他材料CAR-OCAN bus拡大後Al化軽量化量Wire harness32.116.011.05.03.Al Cable採用採用 采用铝碳素采用铝碳素现在线圈的重量使用上述的CAN bus等使之轻量
27、化，粗线圈减少到原来的一半，能够减少到 32.1 X 0.5 x 0.315 kg。【参考】TOYOTA 的PRIUS 采用此方法减轻了31%的重量。根据古河电器工业株式会社的展示（2005 年东京汽车展）得到粗电线：约能轻量化30%细电线：约能轻量化10-20%Actual examples ElecAl化化【重要的车辆轻量化设计方法重要的车辆轻量化设计方法】削减加工余量；这次方案的27%都是这样，但是、我们认为这些轻量化设计技术是非常重要。CAE（计算机辅助试验）和各种模拟试验的设计是否适当，需要进行必要的检测。材料置换的方案方法使用最多的是铝制材料。有必要进一步熟悉铝材料特性、设计制造技术。In closing车辆轻量的重要企划技术车辆轻量的重要企划技术 明确市场的要求，降低目标值、废除多余的规格，削减功能。降低功能和容量使其轻量化，虽然对这种轻量化的方法存有一定异议，但是、能够最低限度的满足质量目标要求的技术计划是必要的。设计目标尽量用物理量来正确的定义，尽量避免出现过剩的规格和加工余量。适当的重量分配计划：在不超过车辆总重量的目标范围内，能够使其采用新装饰备件，来计划基本部件的重量减轻。In closing 谢谢大家的聆听！
