3_使輪胎輕量化

3b-4a,主編,3.使輪胎輕量化三、低滾阻輪胎設(shè)計(jì)第六節(jié)動(dòng)力轉(zhuǎn)向技術(shù)第七節(jié)振動(dòng)能量回收第四章汽車車身輕量化技術(shù),3.使輪胎輕量化,增強(qiáng)部分的材料用aramid材料代替鋼。降低胎面花紋的深度和寬度。采用扁平輪胎，減小輪胎外徑，從而相應(yīng)地減輕重量。胎側(cè)部盡量做得薄一些。減少簾布層數(shù)。重點(diǎn)減少胎圈部的重量。,3.使輪胎輕量化,圖3-48新膠料的開發(fā)方向,3.使輪胎輕量化,圖3-49輪胎體積與滾動(dòng)阻力的關(guān)系,增強(qiáng)部分的材料用aramid材料代替鋼。,降低胎面花紋的深度和寬度。,采用扁平輪胎，減小輪胎外徑，從而相應(yīng)地減輕重量。,胎側(cè)部盡量做得薄一些。,減少簾布層數(shù)。,重點(diǎn)減少胎圈部的重量。,圖3-50輪胎質(zhì)量對滾動(dòng)阻力的影響,重點(diǎn)減少胎圈部的重量。,圖3-51乘用車輪胎輕量化,重點(diǎn)減少胎圈部的重量。,表3-4降低燃料消耗的方法和效果,三、低滾阻輪胎設(shè)計(jì),(一)設(shè)計(jì)原理(二)材料設(shè)計(jì)(三)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),(一)設(shè)計(jì)原理,圖3-52學(xué)習(xí)曲線(1lbf=4.45N),(二)材料設(shè)計(jì),圖3-53滾動(dòng)阻力輪廓線,(二)材料設(shè)計(jì),圖3-54側(cè)偏系數(shù)輪廓線,(二)材料設(shè)計(jì),圖3-55損失柔量與溫度的關(guān)系,(三)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),使每一主要部件的滾動(dòng)阻力分擔(dān)額最小。對在基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的輪胎最佳化，以滿足所有的性能指標(biāo)。1.胎面單元(凸條)設(shè)計(jì)2.帶束設(shè)計(jì)3.胎側(cè)設(shè)計(jì)4.胎圈設(shè)計(jì),使每一主要部件的滾動(dòng)阻力分擔(dān)額最小。,對在基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的輪胎最佳化，以滿足所有的性能指標(biāo)。,1.胎面單元(凸條)設(shè)計(jì),圖3-56界面壓力,2.帶束設(shè)計(jì),3.胎側(cè)設(shè)計(jì),圖3-57胎面帶束剛度,3.胎側(cè)設(shè)計(jì),圖3-58胎側(cè)部的主應(yīng)變,3.胎側(cè)設(shè)計(jì),圖3-59撓曲輪胎的變形,4.胎圈設(shè)計(jì),表3-5設(shè)計(jì)指南,第六節(jié)動(dòng)力轉(zhuǎn)向技術(shù),一、液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)二、電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)三、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向四、動(dòng)力轉(zhuǎn)向能耗對比分析,一、液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),圖3-60齒輪齒條式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器,一、液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),圖3-61滑閥簡圖(滑閥在中間位置)1閥體2閥芯,一、液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),圖3-62轉(zhuǎn)閥的結(jié)構(gòu)a)六槽式b)八槽式,一、液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),圖3-63液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力特性,二、電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),表3-6電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)種類,二、電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),圖3-64電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向(電動(dòng)油泵式)a)系統(tǒng)原理圖b)助力特性曲線,三、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向,EPS能在各種行駛工況下提供合理的助力，減小由路面不平所引起的對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的擾動(dòng)，改善汽車的轉(zhuǎn)向特性，減輕汽車低速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向操縱力，提高汽車高速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，進(jìn)而提高汽車的安全性，并且可通過設(shè)置不同的轉(zhuǎn)向手力特性來滿足不同使用對象的需要。EPS只在轉(zhuǎn)向時(shí)電動(dòng)機(jī)才提供助力(不像HPS，即使在不轉(zhuǎn)向時(shí)，油泵也一直運(yùn)轉(zhuǎn))，因而能減少能量消耗。EPS取消了油泵、傳動(dòng)帶、帶輪、液壓軟管、控制閥、油罐、液壓油及密封件等，只需增加電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、離合器、傳感器及電子控制單元等，零件比HPS減少，質(zhì)量更輕，結(jié)構(gòu)更緊湊，在安裝位置選擇方面也更容易，并且能降低噪聲。,三、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向,EPS沒有液壓回路，比HPS更易調(diào)整和檢測，裝配自動(dòng)化程度更高，并且可以通過設(shè)置不同的程序，能快速與不同車型匹配，因而能縮短生產(chǎn)和開發(fā)周期。EPS不存在滲油問題，可大大降低保修成本，減小對環(huán)境的污染。1.轉(zhuǎn)向力矩傳感器和車速傳感器2.電動(dòng)機(jī)3.減速機(jī)構(gòu),三、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向,圖3-65電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)框圖,EPS能在各種行駛工況下提供合理的助力，減小由路面不平所引起的對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的擾動(dòng)，改善汽車的轉(zhuǎn)向特性，減輕汽車低速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向操縱力，提高汽車高速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，進(jìn)而提高汽車的安全性，并且可通過設(shè)置不同的轉(zhuǎn)向手力特性來滿足不同使用對象的需要。,EPS只在轉(zhuǎn)向時(shí)電動(dòng)機(jī)才提供助力(不像HPS，即使在不轉(zhuǎn)向時(shí)，油泵也一直運(yùn)轉(zhuǎn))，因而能減少能量消耗。,EPS取消了油泵、傳動(dòng)帶、帶輪、液壓軟管、控制閥、油罐、液壓油及密封件等，只需增加電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、離合器、傳感器及電子控制單元等，零件比HPS減少，質(zhì)量更輕，結(jié)構(gòu)更緊湊，在安裝位置選擇方面也更容易，并且能降低噪聲。,EPS沒有液壓回路，比HPS更易調(diào)整和檢測，裝配自動(dòng)化程度更高，并且可以通過設(shè)置不同的程序，能快速與不同車型匹配，因而能縮短生產(chǎn)和開發(fā)周期。,EPS不存在滲油問題，可大大降低保修成本，減小對環(huán)境的污染。,圖3-66接觸式力矩傳感器1輸入軸2扭桿3信號輸出端4殼體5電位計(jì)6轉(zhuǎn)向器小齒輪7滑環(huán),1.轉(zhuǎn)向力矩傳感器和車速傳感器,2.電動(dòng)機(jī),圖3-67非接觸式力矩傳感器,3.減速機(jī)構(gòu),圖3-68減速機(jī)構(gòu)a)1離合器2電動(dòng)機(jī)3傳感器軸4扭桿5滑塊6球槽7連接桿8鋼球9蝸輪10蝸桿b)1循環(huán)球2滾珠螺桿3螺旋齒輪4撥叉5電刷6轉(zhuǎn)子,3.減速機(jī)構(gòu),圖3-69EPS控制系統(tǒng)原理圖,3.減速機(jī)構(gòu),圖3-70EPS的三種電動(dòng)機(jī)布置位置a)轉(zhuǎn)向軸助力式b)齒輪助力式c)齒條助力式,四、動(dòng)力轉(zhuǎn)向能耗對比分析,1.傳統(tǒng)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的能耗2.電動(dòng)油泵式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的能耗3.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的能耗,1.傳統(tǒng)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的能耗,(1)轉(zhuǎn)向泵的能量損失W1轉(zhuǎn)向泵的排量根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速時(shí)能使轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)產(chǎn)生足夠的轉(zhuǎn)向速度所需要的供油量來確定。(2)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)輸出與負(fù)載不匹配產(chǎn)生的能量損失W2當(dāng)汽車在低速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向，由于靜摩擦力的影響，需要較大的轉(zhuǎn)向力矩。(3)與轉(zhuǎn)向器工作特點(diǎn)有關(guān)的能量損失W3研究表明：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作周期只占車輛行駛時(shí)間的20%，即80%的時(shí)間里轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不作有效操作，而此時(shí)系統(tǒng)由于其特點(diǎn)仍在向轉(zhuǎn)閥提供連續(xù)的供油。,(1)轉(zhuǎn)向泵的能量損失W1轉(zhuǎn)向泵的排量根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速時(shí)能使轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)產(chǎn)生足夠的轉(zhuǎn)向速度所需要的供油量來確定。,(2)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)輸出與負(fù)載不匹配產(chǎn)生的能量損失W2當(dāng)汽車在低速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向，由于靜摩擦力的影響，需要較大的轉(zhuǎn)向力矩。,(3)與轉(zhuǎn)向器工作特點(diǎn)有關(guān)的能量損失W3研究表明：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作周期只占車輛行駛時(shí)間的20%，即80%的時(shí)間里轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不作有效操作，而此時(shí)系統(tǒng)由于其特點(diǎn)仍在向轉(zhuǎn)閥提供連續(xù)的供油。,圖3-71液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器增加3燃油消耗的構(gòu)成,2.電動(dòng)油泵式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的能耗,3.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的能耗,圖3-72各種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的平均功率消耗,第七節(jié)振動(dòng)能量回收,一、概述二、汽車減振器消耗的能量三、饋能式減振器系統(tǒng),一、概述,1.壓電式振動(dòng)能量回收2.饋能式減振器振動(dòng)能量回收,1.壓電式振動(dòng)能量回收,2.饋能式減振器振動(dòng)能量回收,二、汽車減振器消耗的能量,圖3-73減振器的結(jié)構(gòu)簡圖,二、汽車減振器消耗的能量,二、汽車減振器消耗的能量,二、汽車減振器消耗的能量,三、饋能式減振器系統(tǒng),1.饋能式減振器分類2.幾種典型的饋能系統(tǒng),1.饋能式減振器分類,2.幾種典型的饋能系統(tǒng),進(jìn)油過程：當(dāng)懸架處于伸張過程中，液壓油在增壓包的作用下從液壓油箱經(jīng)單向閥1和相關(guān)油管進(jìn)入到饋能式液壓缸的上腔，完成進(jìn)油過程。饋能過程：當(dāng)懸架處于壓縮過程中，饋能液壓缸中的活塞相對于簧載質(zhì)量有向上運(yùn)動(dòng)的趨勢，使得上腔產(chǎn)生一定的壓力。當(dāng)此壓力能使單向閥2和5開啟時(shí)，該壓力油經(jīng)過單向閥2和5進(jìn)入液壓蓄能器完成饋能過程；同時(shí)饋能裝置向簧載質(zhì)量提供饋能阻尼力Ff，蓄能器中積蓄的液壓能就可以供汽車上如液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器等液壓能耗元件使用。下腔饋能的工作原理與上腔饋能相同，該回收裝置的仿真結(jié)果表明設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是可行的。,2.幾種典型的饋能系統(tǒng),圖3-74Bose公司開發(fā)的主動(dòng)懸架系統(tǒng),2.幾種典型的饋能系統(tǒng),圖3-75MIT開發(fā)的液壓式饋能減振器Genshock,2.幾種典型的饋能系統(tǒng),圖3-76紐約州立大學(xué)開發(fā)的齒輪齒條式饋能減振器,2.幾種典型的饋能系統(tǒng),圖3-77西蒙弗雷澤大學(xué)開發(fā)的電磁式饋能減振器,進(jìn)油過程：當(dāng)懸架處于伸張過程中，液壓油在增壓包的作用下從液壓油箱經(jīng)單向閥1和相關(guān)油管進(jìn)入到饋能式液壓缸的上腔，完成進(jìn)油過程。,饋能過程：當(dāng)懸架處于壓縮過程中，饋能液壓缸中的活塞相對于簧載質(zhì)量有向上運(yùn)動(dòng)的趨勢，使得上腔產(chǎn)生一定的壓力。當(dāng)此壓力能使單向閥2和5開啟時(shí)，該壓力油經(jīng)過單向閥2和5進(jìn)入液壓蓄能器完成饋能過程；同時(shí)饋能裝置向簧載質(zhì)量提供饋能阻尼力Ff，蓄能器中積蓄的液壓能就可以供汽車上如液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器等液壓能耗元件使用。下腔饋能的工作原理與上腔饋能相同，該回收裝置的仿真結(jié)果表明設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是可行的。,圖3-78靜液式饋能型懸架工作原理,饋能過程：當(dāng)懸架處于壓縮過程中，饋能液壓缸中的活塞相對于簧載質(zhì)量有向上運(yùn)動(dòng)的趨勢，使得上腔產(chǎn)生一定的壓力。當(dāng)此壓力能使單向閥2和5開啟時(shí)，該壓力油經(jīng)過單向閥2和5進(jìn)入液壓蓄能器完成饋能過程；同時(shí)饋能裝置向簧載質(zhì)量提供饋能阻尼力Ff，蓄能器中積蓄的液壓能就可以供汽車上如液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器等液壓能耗元件使用。下腔饋能的工作原理與上腔饋能相同，該回收裝置的仿真結(jié)果表明設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是可行的。,圖3-79齒輪齒條式饋能型懸架工作原理1加速度傳感器2饋能齒輪齒條機(jī)構(gòu)3控制單元4可控的交流發(fā)電機(jī)組5升速齒輪組6用電器7蓄電池8整流器9可控的交流發(fā)電機(jī)10轉(zhuǎn)速傳感器11壓緊彈簧,饋能過程：當(dāng)懸架處于壓縮過程中，饋能液壓缸中的活塞相對于簧載質(zhì)量有向上運(yùn)動(dòng)的趨勢，使得上腔產(chǎn)生一定的壓力。當(dāng)此壓力能使單向閥2和5開啟時(shí)，該壓力油經(jīng)過單向閥2和5進(jìn)入液壓蓄能器完成饋能過程；同時(shí)饋能裝置向簧載質(zhì)量提供饋能阻尼力Ff，蓄能器中積蓄的液壓能就可以供汽車上如液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器等液壓能耗元件使用。下腔饋能的工作原理與上腔饋能相同，該回收裝置的仿真結(jié)果表明設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是可行的。,圖3-80吉大能量回饋式懸架方案,饋能過程：當(dāng)懸架處于壓縮過程中，饋能液壓缸中的活塞相對于簧載質(zhì)量有向上運(yùn)動(dòng)的趨勢，使得上腔產(chǎn)生一定的壓力。當(dāng)此壓力能使單向閥2和5開啟時(shí)，該壓力油經(jīng)過單向閥2和5進(jìn)入液壓蓄能器完成饋能過程；同時(shí)饋能裝置向簧載質(zhì)量提供饋能阻尼力Ff，蓄能器中積蓄的液壓能就可以供汽車上如液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器等液壓能耗元件使用。下腔饋能的工作原理與上腔饋能相同，該回收裝置的仿真結(jié)果表明設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是可行的。,圖3-81饋能式主動(dòng)懸架工作原理,饋能過程：當(dāng)懸架處于壓縮過程中，饋能液壓缸中的活塞相對于簧載質(zhì)量有向上運(yùn)動(dòng)的趨勢，使得上腔產(chǎn)生一定的壓力。當(dāng)此壓力能使單向閥2和5開啟時(shí)，該壓力油經(jīng)過單向閥2和5進(jìn)入液壓蓄能器完成饋能過程；同時(shí)饋能裝置向簧載質(zhì)量提供饋能阻尼力Ff，蓄能器中積蓄的液壓能就可以供汽車上如液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器等液壓能耗元件使用。下腔饋能的工作原理與上腔饋能相同，該回收裝置的仿真結(jié)果表明設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是可行的。,圖3-82電機(jī)執(zhí)行器樣機(jī),饋能過程：當(dāng)懸架處于壓縮過程中，饋能液壓缸中的活塞相對于簧載質(zhì)量有向上運(yùn)動(dòng)的趨勢，使得上腔產(chǎn)生一定的壓力。當(dāng)此壓力能使單向閥2和5開啟時(shí)，該壓力油經(jīng)過單向閥2和5進(jìn)入液壓蓄能器完成饋能過程；同時(shí)饋能裝置向簧載質(zhì)量提供饋能阻尼力Ff，蓄能器中積蓄的液壓能就可以供汽車上如液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器等液壓能耗元件使用。下腔饋能的工作原理與上腔饋能相同，該回收裝置的仿真結(jié)果表明設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是可行的。,圖3-83能量回饋式主動(dòng)懸架的基本結(jié)構(gòu),饋能過程：當(dāng)懸架處于壓縮過程中，饋能液壓缸中的活塞相對于簧載質(zhì)量有向上運(yùn)動(dòng)的趨勢，使得上腔產(chǎn)生一定的壓力。當(dāng)此壓力能使單向閥2和5開啟時(shí)，該壓力油經(jīng)過單向閥2和5進(jìn)入液壓蓄能器完成饋能過程；同時(shí)饋能裝置向簧載質(zhì)量提供饋能阻尼力Ff，蓄能器中積蓄的液壓能就可以供汽車上如液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器等液壓能耗元件使用。下腔饋能的工作原理與上腔饋能相同，該回收裝置的仿真結(jié)果表明設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是可行的。,圖3-84液壓發(fā)電能量回收方案,饋能過程：當(dāng)懸架處于壓縮過程中，饋能液壓缸中的活塞相對于簧載質(zhì)量有向上運(yùn)動(dòng)的趨勢，使得上腔產(chǎn)生一定的壓力。當(dāng)此壓力能使單向閥2和5開啟時(shí)，該壓力油經(jīng)過單向閥2和5進(jìn)入液壓蓄能器完成饋能過程；同時(shí)饋能裝置向簧載質(zhì)量提供饋能阻尼力Ff，蓄能器中積蓄的液壓能就可以供汽車上如液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器等液壓能耗元件使用。下腔饋能的工作原理與上腔饋能相同，該回收裝置的仿真結(jié)果表明設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是可行的。,表3-7能量回收系統(tǒng)在幾種頻率下的回收比率,饋能過程：當(dāng)懸架處于壓縮過程中，饋能液壓缸中的活塞相對于簧載質(zhì)量有向上運(yùn)動(dòng)的趨勢，使得上腔產(chǎn)生一定的壓力。當(dāng)此壓力能使單向閥2和5開啟時(shí)，該壓力油經(jīng)過單向閥2和5進(jìn)入液壓蓄能器完成饋能過程；同時(shí)饋能裝置向簧載質(zhì)量提供饋能阻尼力Ff，蓄能器中積蓄的液壓能就可以供汽車上如液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器等液壓能耗元件使用。下腔饋能的工作原理與上腔饋能相同，該回收裝置的仿真結(jié)果表明設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是可行的。,圖3-85振動(dòng)能量回收原理樣機(jī)及其性能,第四章汽車車身輕量化技術(shù),第一節(jié)低風(fēng)阻車身設(shè)計(jì)第二節(jié)汽車車身結(jié)構(gòu)輕量化技術(shù),第一節(jié)低風(fēng)阻車身設(shè)計(jì),一、汽車車身氣動(dòng)六分力二、車身氣動(dòng)阻力三、車身氣動(dòng)減阻節(jié)能技術(shù),一、汽車車身氣動(dòng)六分力,1.車身周圍氣流及壓力分布2.車身氣動(dòng)六分力,1.車身周圍氣流及壓力分布,圖4-1車身周圍空氣流動(dòng)示意,1.車身周圍氣流及壓力分布,圖4-2車身表面壓力分布,2.車身氣動(dòng)六分力,圖4-3車身氣動(dòng)六分力,二、車身氣動(dòng)阻力,(一)氣動(dòng)阻力(二)氣動(dòng)阻力的構(gòu)成(三)氣動(dòng)阻力的影響因素(四)氣動(dòng)阻力的降低措施,(一)氣動(dòng)阻力,圖4-4空氣阻力系數(shù)的變化趨勢,(一)氣動(dòng)阻力,圖4-5德國大眾汽車公司各車型空氣阻力系數(shù)的逐年變化情況,(二)氣動(dòng)阻力的構(gòu)成,圖4-6氣動(dòng)形狀阻力a)靜壓力系數(shù)的典型分布b)作用在車身表面的力,(三)氣動(dòng)阻力的影響因素,1.車身形狀的影響2.發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻的影響3.車身外部附加件的影響,1.車身形狀的影響,(1)車身前部的形狀在車的前部，氣流上下、左右有很大的彎曲，所以前部的流動(dòng)曲率和有無剝離對CD值有很大的影響。(2)車身后部的形狀車身尾流形成復(fù)雜的渦流，且因廂式、艙背式、掀背式及折背式等形狀的不同而變。(3)車身底部的形狀與比較圓滑的車身上部不同，車身底部由于發(fā)動(dòng)機(jī)、排氣系統(tǒng)與懸架等部件的凸凹體成為空氣阻力增大的原因。(4)氣動(dòng)部件的效應(yīng)在提高空氣動(dòng)力特性的附件中，具有代表性的是氣流穩(wěn)定器與后擾流板，在它們本身形狀阻力不大的情況下能減小CD，圖4-11和圖4-12所示為其效果。,(1)車身前部的形狀在車的前部，氣流上下、左右有很大的彎曲，所以前部的流動(dòng)曲率和有無剝離對CD值有很大的影響。,圖4-7乘用車總長和總高的比與空氣阻力系數(shù)關(guān)系,(1)車身前部的形狀在車的前部，氣流上下、左右有很大的彎曲，所以前部的流動(dòng)曲率和有無剝離對CD值有很大的影響。,圖4-8車頭形狀對空氣阻力的影響,(2)車身后部的形狀車身尾流形成復(fù)雜的渦流，且因廂式、艙背式、掀背式及折背式等形狀的不同而變。,圖4-9乘用車后車窗傾斜角與空氣阻力系數(shù)、升力系數(shù)的關(guān)系,(2)車身后部的形狀車身尾流形成復(fù)雜的渦流，且因廂式、艙背式、掀背式及折背式等形狀的不同而變。,圖4-10車底后部傾斜角對空氣阻力系數(shù)的影響,(3)車身底部的形狀與比較圓滑的車身上部不同，車身底部由于發(fā)動(dòng)機(jī)、排氣系統(tǒng)與懸架等部件的凸凹體成為空氣阻力增大的原因。,(4)氣動(dòng)部件的效應(yīng)在提高空氣動(dòng)力特性的附件中，具有代表性的是氣流穩(wěn)定器與后擾流板，在它們本身形狀阻力不大的情況下能減小CD，圖4-11和圖4-12所示為其效果。,圖4-11氣流穩(wěn)定器高度與空氣阻力系數(shù)、升力系數(shù)的關(guān)系,(4)氣動(dòng)部件的效應(yīng)在提高空氣動(dòng)力特性的附件中，具有代表性的是氣流穩(wěn)定器與后擾流板，在它們本身形狀阻力不大的情況下能減小CD，圖4-11和圖4-12所示為其效果。,圖4-12后擾流板的高度與空氣阻力系數(shù)、升力系數(shù)的關(guān)系,2.發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻的影響,3.車身外部附加件的影響,(四)氣動(dòng)阻力的降低措施,圖4-13改變前部車身形狀引起的阻力下降,(四)氣動(dòng)阻力的降低措施,圖4-14汽車尾部的氣流結(jié)構(gòu)a)“方背”大規(guī)模氣流分離b)“斜背”漩渦的生成,(四)氣動(dòng)阻力的降低措施,圖4-15后燈角度對阻力系數(shù)的影響,(四)氣動(dòng)阻力的降低措施,圖4-16高尾部、低阻力設(shè)計(jì),(四)氣動(dòng)阻力的降低措施,圖4-17船形尾部：減小尾流,(四)氣動(dòng)阻力的降低措施,圖4-18車身后下部氣流擴(kuò)散,三、車身氣動(dòng)減阻節(jié)能技術(shù),(一)乘用車氣動(dòng)減阻節(jié)能技術(shù)(二)客車氣動(dòng)減阻節(jié)能技術(shù)(三)貨車氣動(dòng)減阻節(jié)能技術(shù),(一)乘用車氣動(dòng)減阻節(jié)能技術(shù),1.車身外形的氣動(dòng)優(yōu)化2.氣動(dòng)減阻附件的優(yōu)化與匹配3.節(jié)能潛力、經(jīng)濟(jì)性及其應(yīng)用前景,1.車身外形的氣動(dòng)優(yōu)化,2.氣動(dòng)減阻附件的優(yōu)化與匹配,3.節(jié)能潛力、經(jīng)濟(jì)性及其應(yīng)用前景,(二)客車氣動(dòng)減阻節(jié)能技術(shù),1.車身外形的氣動(dòng)優(yōu)化2.節(jié)能潛力、經(jīng)濟(jì)性及其應(yīng)用前景,1.車身外形的氣動(dòng)優(yōu)化,(1)車頭氣動(dòng)優(yōu)化研究表明，車頭帶有直棱邊的車體，CD=0.86；將長方體頭部棱邊倒圓優(yōu)化后，CD減小至0.38；如果設(shè)計(jì)成大弧面并優(yōu)化呈流線型，CD將進(jìn)一步減小為0.35。(2)后車體外形的氣動(dòng)優(yōu)化研究表明，后車體上邊角倒圓并優(yōu)化，可使氣動(dòng)阻力系數(shù)下降4%8%；如將后車體上緣和前緣傾斜角度進(jìn)行優(yōu)化，可使氣動(dòng)阻力系數(shù)下降6%20%；如在此基礎(chǔ)上，倒圓傾斜面的上邊角并優(yōu)化，可使氣動(dòng)阻力系數(shù)下降9%22%；如將后車體制成長滑背，則可使氣動(dòng)阻力系數(shù)下降14%35%，該種方法很難在大客車上采用，因?yàn)樗鼤?huì)使后懸增長并嚴(yán)重影響內(nèi)部空間利用。,1.車身外形的氣動(dòng)優(yōu)化,(3)整車整體優(yōu)化(可降低阻力系數(shù)0.150.5，降幅達(dá)1540%)對大客車而言，其基本形體是長方體，流線型較差。,(1)車頭氣動(dòng)優(yōu)化研究表明，車頭帶有直棱邊的車體，CD=0.86；將長方體頭部棱邊倒圓優(yōu)化后，CD減小至0.38；如果設(shè)計(jì)成大弧面并優(yōu)化呈流線型，CD將進(jìn)一步減小為0.35。,(2)后車體外形的氣動(dòng)優(yōu)化研究表明，后車體上邊角倒圓并優(yōu)化，可使氣動(dòng)阻力系數(shù)下降4%8%；如將后車體上緣和前緣傾斜角度進(jìn)行優(yōu)化，可使氣動(dòng)阻力系數(shù)下降6%20%；如在此基礎(chǔ)上，倒圓傾斜面的上邊角并優(yōu)化，可使氣動(dòng)阻力系數(shù)下降9%22%；如將后車體制成長滑背，則可使氣動(dòng)阻力系數(shù)下降14%35%，該種方法很難在大客車上采用，因?yàn)樗鼤?huì)使后懸增長并嚴(yán)重影響內(nèi)部空間利用。,(3)整車整體優(yōu)化(可降低阻力系數(shù)0.150.5，降幅達(dá)1540%)對大客車而言，其基本形體是長方體，流線型較差。,2.節(jié)能潛力、經(jīng)濟(jì)性及其應(yīng)用前景,(三)貨車氣動(dòng)減阻節(jié)能技術(shù),1.車身外形的氣動(dòng)優(yōu)化2.氣動(dòng)減阻附件的優(yōu)化與匹配3.節(jié)能潛力、經(jīng)濟(jì)性及其應(yīng)用前景,1.車身外形的氣動(dòng)優(yōu)化,(1)駕駛室外形的氣動(dòng)優(yōu)化單獨(dú)駕駛室，其邊緣圓角化可阻止分離，阻力系數(shù)CD可從1.15以上減小至0.6左右。(2)車廂外形(高度)的氣動(dòng)優(yōu)化(駕駛室、車廂間高度差的氣動(dòng)優(yōu)化)當(dāng)只將車廂前兩側(cè)棱角倒圓并優(yōu)化，可使氣動(dòng)阻力系數(shù)CD值下降22%，可節(jié)省燃油約8%左右。(3)駕駛室、車廂間隙的氣動(dòng)優(yōu)化如圖4-21所示，氣動(dòng)阻力系數(shù)隨間距增加略有增加，其中車廂占?xì)鈩?dòng)阻力的主要部分。,(1)駕駛室外形的氣動(dòng)優(yōu)化單獨(dú)駕駛室，其邊緣圓角化可阻止分離，阻力系數(shù)CD可從1.15以上減小至0.6左右。,圖4-19駕駛室外形的氣動(dòng)優(yōu)化與車廂高度的匹配優(yōu)化關(guān)系,(1)駕駛室外形的氣動(dòng)優(yōu)化單獨(dú)駕駛室，其邊緣圓角化可阻止分離，阻力系數(shù)CD可從1.15以上減小至0.6左右。,圖4-20氣動(dòng)阻力系數(shù)隨車廂高度的變化曲線,(2)車廂外形(高度)的氣動(dòng)優(yōu)化(駕駛室、車廂間高度差的氣動(dòng)優(yōu)化)當(dāng)只將車廂前兩側(cè)棱角倒圓并優(yōu)化，可使氣動(dòng)阻力系數(shù)CD值下降22%，可節(jié)省燃油約8%左右。,圖4-21氣動(dòng)阻力系數(shù)隨駕駛室與車廂高度差h的變化曲線,(3)駕駛室、車廂間隙的氣動(dòng)優(yōu)化如圖4-21所示，氣動(dòng)阻力系數(shù)隨間距增加略有增加，其中車廂占?xì)鈩?dòng)阻力的主要部分。,2.氣動(dòng)減阻附件的優(yōu)化與匹配,表4-1貨車氣動(dòng)減阻節(jié)能優(yōu)化技術(shù)的節(jié)能潛力和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性統(tǒng)計(jì),3.節(jié)能潛力、經(jīng)濟(jì)性及其應(yīng)用前景,第二節(jié)汽車車身結(jié)構(gòu)輕量化技術(shù),一、輕量化材料二、輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第二節(jié)汽車車身結(jié)構(gòu)輕量化技術(shù),圖4-22SUPERLIGHTCAR項(xiàng)目開發(fā)的輕量化白車身結(jié)構(gòu),一、輕量化材料,(一)高強(qiáng)度鋼(二)鋁合金(三)鎂合金(四)復(fù)合材料,(一)高強(qiáng)度鋼,加工硬化(或應(yīng)變硬化率)比普通鋼板高，可以吸收更多的沖擊能量，因此用于底架的前后縱梁等處和要求高強(qiáng)度、耐久性部位，可以提高汽車的安全性?？蓽p輕零件的重量。一些資料表明，若鋼板的強(qiáng)度提高4050MPa，車身外板制件的板厚可減小10%15%，車身內(nèi)部制件的板厚可減小20%左右。用于車身外部件，除了可減薄零件的厚度外，由于具有烘烤硬化性，在經(jīng)過油漆烘烤后，還可以增強(qiáng)零件表面硬度，提高外表面制件的抗凹陷性能。,(一)高強(qiáng)度鋼,圖4-23汽車用鋼延伸率和屈服強(qiáng)度的關(guān)系IF無間隙原子鋼Mild低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼HSSIF高強(qiáng)度IF鋼BH烘烤硬化鋼IS各向同性鋼CMn碳錳鋼HSLA高強(qiáng)度低合金鋼DP雙相鋼CP復(fù)相鋼TRIP相變誘發(fā)塑性鋼MART馬氏體鋼TWIP孿晶誘發(fā)塑性鋼Stainless不銹鋼Bsteel熱沖壓用鋼,加工硬化(或應(yīng)變硬化率)比普通鋼板高，可以吸收更多的沖擊能量，因此用于底架的前后縱梁等處和要求高強(qiáng)度、耐久性部位，可以提高汽車的安全性。,可減輕零件的重量。一些資料表明，若鋼板的強(qiáng)度提高4050MPa，車身外板制件的板厚可減小10%15%，車身內(nèi)部制件的板厚可減小20%左右。,用于車身外部件，除了可減薄零件的厚度外，由于具有烘烤硬化性，在經(jīng)過油漆烘烤后，還可以增強(qiáng)零件表面硬度，提高外表面制件的抗凹陷性能。,圖4-24FSV項(xiàng)目中采用的各種高強(qiáng)度鋼,(二)鋁合金,1.鋁合金的材料特點(diǎn)及分類2.鋁合金在車身結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用,1.鋁合金的材料特點(diǎn)及分類,表4-2形變鋁合金系列,2.鋁合金在車身結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用,由于鋁材抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和彈性極限都比鋼低，能否滿足相當(dāng)于鋼車身的安全性、耐久性和NVH性能。由于材料的伸長率大大低于鋼材，零件能否采用沖壓成形的加工方法。由于導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性比鋼高很多，能否采用高速連接的電焊加工方法。鋁的成本是鋼的56倍，能否做到將車輛的成本控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。(1)鋁板零件的成形性由于鋁板的伸長率比鋼低，鋁沖壓零件的拉伸深度不能太深，彎曲半徑也必須大一些，一般取內(nèi)徑不得小于一個(gè)板厚。,2.鋁合金在車身結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用,(2)鋁車身結(jié)構(gòu)的焊接鋁是一種高活化元素，容易氧化形成一層薄而硬的電阻膜。(3)鋁結(jié)構(gòu)的其他連接方法鋁點(diǎn)焊的連接強(qiáng)度大約只有鋼的一半，為了保證車身的耐久性、安全性和適應(yīng)其他載荷情況，需要選擇或者輔以其他的連接方法，如輔以膠黏結(jié)或機(jī)械緊固件。(4)奧迪全鋁合金車身結(jié)構(gòu)在輕量化鋁質(zhì)車身結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中，奧迪一直是開拓者和技術(shù)領(lǐng)先者。,由于鋁材抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和彈性極限都比鋼低，能否滿足相當(dāng)于鋼車身的安全性、耐久性和NVH性能。,由于材料的伸長率大大低于鋼材，零件能否采用沖壓成形的加工方法。,由于導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性比鋼高很多，能否采用高速連接的電焊加工方法。,鋁的成本是鋼的56倍，能否做到將車輛的成本控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。,圖4-25B柱下拐角成形的幾何要求,(1)鋁板零件的成形性由于鋁板的伸長率比鋼低，鋁沖壓零件的拉伸深度不能太深，彎曲半徑也必須大一些，一般取內(nèi)徑不得小于一個(gè)板厚。,(2)鋁車身結(jié)構(gòu)的焊接鋁是一種高活化元素，容易氧化形成一層薄而硬的電阻膜。,(3)鋁結(jié)構(gòu)的其他連接方法鋁點(diǎn)焊的連接強(qiáng)度大約只有鋼的一半，為了保證車身的耐久性、安全性和適應(yīng)其他載荷情況，需要選擇或者輔以其他的連接方法，如輔以膠黏結(jié)或機(jī)械緊固件。,焊-膠連接(Weld-BondedJoint),即用膠粘劑輔助點(diǎn)焊的連接方式。膠粘劑敷于選擇好的點(diǎn)焊部位的翻邊中間，點(diǎn)焊時(shí)可穿透膠粘劑。如圖4-26所示，在膠粘劑固化之前焊點(diǎn)起到夾持零件使其定位的作用，而后焊點(diǎn)與膠粘劑共同保證接頭強(qiáng)度。自鉆鉚接(Self-PiercingRivets)。有多種機(jī)械緊固件用于輔助點(diǎn)焊連接，如鉚釘連接、鉚接-粘結(jié)、壓鉚和自鉆鉚接等，其中自鉆鉚接的強(qiáng)度超過點(diǎn)焊，使連接強(qiáng)度有了很大改進(jìn)。,焊-膠連接(Weld-BondedJoint),即用膠粘劑輔助點(diǎn)焊的連接方式。膠粘劑敷于選擇好的點(diǎn)焊部位的翻邊中間，點(diǎn)焊時(shí)可穿透膠粘劑。如圖4-26所示，在膠粘劑固化之前焊點(diǎn)起到夾持零件使其定位的作用，而后焊點(diǎn)與膠粘劑共同保證接頭強(qiáng)度。,圖4-26焊-膠連接,自鉆鉚接(Self-PiercingRivets)。有多種機(jī)械緊固件用于輔助點(diǎn)焊連接，如鉚釘連接、鉚接-粘結(jié)、壓鉚和自鉆鉚接等，其中自鉆鉚接的強(qiáng)度超過點(diǎn)焊，使連接強(qiáng)度有了很大改進(jìn)。,(4)奧迪全鋁合金車身結(jié)構(gòu)在輕量化鋁質(zhì)車身結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中，奧迪一直是開拓者和技術(shù)領(lǐng)先者。,圖4-27奧迪ASF車身結(jié)構(gòu)(A8)及其零件成形工藝,(4)奧迪全鋁合金車身結(jié)構(gòu)在輕量化鋁質(zhì)車身結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中，奧迪一直是開拓者和技術(shù)領(lǐng)先者。,圖4-28奧迪TT車身結(jié)構(gòu),(三)鎂合金,表4-3鑄造鎂合金的力學(xué)性能,(四)復(fù)合材料,質(zhì)量輕。復(fù)合材料的密度小，如玻璃纖維