汽车整车主要节能技术.ppt

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1、 汽车节能技术汽车节能技术 底盘方面底盘方面汽车传动系与发动机匹配 自动变速器 减小汽车行驶阻力减小汽车行驶阻力 车身造型轮胎第一节第一节第一节第一节 汽车传动系与发动机匹配汽车传动系与发动机匹配汽车传动系与发动机匹配汽车传动系与发动机匹配一、传动系匹配节能一、传动系匹配节能一、传动系匹配节能一、传动系匹配节能 传动系效率越高，传递动力的过程中能量损失越小，汽传动系效率越高，传递动力的过程中能量损失越小，汽车的油耗就越低。车的油耗就越低。在汽车设计过程中，当发动机性能和汽车的常用行驶工在汽车设计过程中，当发动机性能和汽车的常用行驶工况确定后，合理选择传动比，进行传动系与发动机的匹配优况确定后，

2、合理选择传动比，进行传动系与发动机的匹配优化，可使汽车的使用性能最大限度地发挥出来，从而化，可使汽车的使用性能最大限度地发挥出来，从而改善燃改善燃油经济性。油经济性。底盘方面节能技术底盘方面节能技术 ABAB线为发动机万有特性线为发动机万有特性线为发动机万有特性线为发动机万有特性的最佳燃油消耗曲线，的最佳燃油消耗曲线，的最佳燃油消耗曲线，的最佳燃油消耗曲线，R R区为区为区为区为发动机的常用工作区，显然发动机的常用工作区，显然发动机的常用工作区，显然发动机的常用工作区，显然R R区距区距区距区距ABAB线越近，发动机燃料线越近，发动机燃料线越近，发动机燃料线越近，发动机燃料经济性越好。经济性越

3、好。经济性越好。经济性越好。当车速一定时，发动机转当车速一定时，发动机转当车速一定时，发动机转当车速一定时，发动机转速可以在等功率线速可以在等功率线速可以在等功率线速可以在等功率线P P上任一点上任一点上任一点上任一点工作。为节油着想，可以使工作。为节油着想，可以使工作。为节油着想，可以使工作。为节油着想，可以使发动机在较低转速下工作。发动机在较低转速下工作。发动机在较低转速下工作。发动机在较低转速下工作。例如当传动比为例如当传动比为例如当传动比为例如当传动比为i3,i3,发动机发动机发动机发动机转速转速转速转速n3n3工作时，离经济区较工作时，离经济区较工作时，离经济区较工作时，离经济区较远

4、，要使发动机切换到燃油远，要使发动机切换到燃油远，要使发动机切换到燃油远，要使发动机切换到燃油经济区较好的经济区较好的经济区较好的经济区较好的n4n4下工作，可下工作，可下工作，可下工作，可通过改变传动比到通过改变传动比到通过改变传动比到通过改变传动比到i4i4实现。实现。实现。实现。图4-1 发动机与传动系匹配示意图二、传动系参数的合理匹配二、传动系参数的合理匹配 1合理选择变速器参数 汽车性能对于汽车性能对于汽车性能对于汽车性能对于传动比传动比传动比传动比有以下主要要求：有以下主要要求：有以下主要要求：有以下主要要求：最大传动比（最低档速比）应能保证实现给定的最大最大传动比（最低档速比）应

5、能保证实现给定的最大最大传动比（最低档速比）应能保证实现给定的最大最大传动比（最低档速比）应能保证实现给定的最大爬坡度和正常行驶中在最大爬坡度条件顺利起步；爬坡度和正常行驶中在最大爬坡度条件顺利起步；爬坡度和正常行驶中在最大爬坡度条件顺利起步；爬坡度和正常行驶中在最大爬坡度条件顺利起步；最小传动比（最高档速比）应能达到设计要求的最高最小传动比（最高档速比）应能达到设计要求的最高最小传动比（最高档速比）应能达到设计要求的最高最小传动比（最高档速比）应能达到设计要求的最高车速；车速；车速；车速；应使汽车能顺利而迅速地加速，具有较好的坡道行驶应使汽车能顺利而迅速地加速，具有较好的坡道行驶应使汽车能顺

6、利而迅速地加速，具有较好的坡道行驶应使汽车能顺利而迅速地加速，具有较好的坡道行驶性能以及保证汽车在常用工况下的行驶经济性。同时，性能以及保证汽车在常用工况下的行驶经济性。同时，性能以及保证汽车在常用工况下的行驶经济性。同时，性能以及保证汽车在常用工况下的行驶经济性。同时，在最高档与最低档之间，应有适当数量的中间档以及在最高档与最低档之间，应有适当数量的中间档以及在最高档与最低档之间，应有适当数量的中间档以及在最高档与最低档之间，应有适当数量的中间档以及传动比的合理分配。传动比的合理分配。传动比的合理分配。传动比的合理分配。变速器的变速器的变速器的变速器的传动比范围传动比范围传动比范围传动比范围

7、、档位数档位数档位数档位数以及以及以及以及速比间隔速比间隔速比间隔速比间隔等等等等参数与汽车的动力性、经济性有着密切的关系。参数与汽车的动力性、经济性有着密切的关系。参数与汽车的动力性、经济性有着密切的关系。参数与汽车的动力性、经济性有着密切的关系。1 1）速比范围与档位数）速比范围与档位数）速比范围与档位数）速比范围与档位数速比范围速比范围速比范围速比范围最低档速比与最高档速比之比最低档速比与最高档速比之比最低档速比与最高档速比之比最低档速比与最高档速比之比 速比范围的扩大可以明显地改善汽车的燃油经济性和速比范围的扩大可以明显地改善汽车的燃油经济性和速比范围的扩大可以明显地改善汽车的燃油经济

8、性和速比范围的扩大可以明显地改善汽车的燃油经济性和动力性。动力性。动力性。动力性。档位数：档位数：档位数：档位数：动力性方面，档位数多，增加了发动机发挥最大功率附动力性方面，档位数多，增加了发动机发挥最大功率附动力性方面，档位数多，增加了发动机发挥最大功率附动力性方面，档位数多，增加了发动机发挥最大功率附近高功率的机会，提高了汽车的加速与爬坡能力；近高功率的机会，提高了汽车的加速与爬坡能力；近高功率的机会，提高了汽车的加速与爬坡能力；近高功率的机会，提高了汽车的加速与爬坡能力；燃油经济性方面，档位数多，增加了发动机在低燃油消燃油经济性方面，档位数多，增加了发动机在低燃油消燃油经济性方面，档位数

9、多，增加了发动机在低燃油消燃油经济性方面，档位数多，增加了发动机在低燃油消耗率区工作的可能性，降低了油耗。耗率区工作的可能性，降低了油耗。耗率区工作的可能性，降低了油耗。耗率区工作的可能性，降低了油耗。所以增加档位数会改善汽车的动力性和燃油经济性。所以增加档位数会改善汽车的动力性和燃油经济性。所以增加档位数会改善汽车的动力性和燃油经济性。所以增加档位数会改善汽车的动力性和燃油经济性。2）速比间隔 档位数多少影响到档与档之间的传动比比值，即速比档位数多少影响到档与档之间的传动比比值，即速比档位数多少影响到档与档之间的传动比比值，即速比档位数多少影响到档与档之间的传动比比值，即速比间隔。速比间隔过

10、大，会造成换档困难。一般认为速比间隔间隔。速比间隔过大，会造成换档困难。一般认为速比间隔间隔。速比间隔过大，会造成换档困难。一般认为速比间隔间隔。速比间隔过大，会造成换档困难。一般认为速比间隔不宜大于不宜大于不宜大于不宜大于1.71.71.81.8。变速器各档速比确定一般有两种方法，。变速器各档速比确定一般有两种方法，。变速器各档速比确定一般有两种方法，。变速器各档速比确定一般有两种方法，即即即即等比级数分配等比级数分配等比级数分配等比级数分配或或或或渐进式速比分配渐进式速比分配渐进式速比分配渐进式速比分配。等比级数分配速比的优点等比级数分配速比的优点等比级数分配速比的优点等比级数分配速比的优

11、点:使发动机总在同一转速范使发动机总在同一转速范使发动机总在同一转速范使发动机总在同一转速范围内工作，因而可以从动力性和经济性角度选定最佳转速范围内工作，因而可以从动力性和经济性角度选定最佳转速范围内工作，因而可以从动力性和经济性角度选定最佳转速范围内工作，因而可以从动力性和经济性角度选定最佳转速范围。围。围。围。但实际上换档不可能在瞬间完成，换档必然带来车但实际上换档不可能在瞬间完成，换档必然带来车但实际上换档不可能在瞬间完成，换档必然带来车但实际上换档不可能在瞬间完成，换档必然带来车速降低，由于空气阻力影响高速区域换档车速降低量远大速降低，由于空气阻力影响高速区域换档车速降低量远大速降低，

12、由于空气阻力影响高速区域换档车速降低量远大速降低，由于空气阻力影响高速区域换档车速降低量远大于低速区域。因此，较高档间速比的比值应小于较低档间速于低速区域。因此，较高档间速比的比值应小于较低档间速于低速区域。因此，较高档间速比的比值应小于较低档间速于低速区域。因此，较高档间速比的比值应小于较低档间速比比值，才能保持发动机工作的转速范围不变。现代轿车使比比值，才能保持发动机工作的转速范围不变。现代轿车使比比值，才能保持发动机工作的转速范围不变。现代轿车使比比值，才能保持发动机工作的转速范围不变。现代轿车使用车速范围大，多采用渐进式速比分配。用车速范围大，多采用渐进式速比分配。用车速范围大，多采用

13、渐进式速比分配。用车速范围大，多采用渐进式速比分配。图4-2 等比分配速比的特性场图4-3 渐进式速比分配的特性场2合理选择驱动桥的参数 选择驱动桥参数，选择驱动桥参数，主要就是确定主减速器主要就是确定主减速器传动比。传动比。燃油经济性燃油经济性加加速时间曲线表明，值较速时间曲线表明，值较大时，加速时间较短但大时，加速时间较短但燃油经济性下降；值较燃油经济性下降；值较小时，加速时间延长但小时，加速时间延长但燃油经济性改善。若选燃油经济性改善。若选定定2 26 6作为主减速器传作为主减速器传动比，则能兼顾汽车的动比，则能兼顾汽车的燃油经济性与动力性。燃油经济性与动力性。图4-4 燃油经济性（km

14、/L或mile/gal）-加速时间曲线3变速器与主减速器传动比的匹配节能 图4-5 装用不同变速器时的燃油经济性-加速时间曲线第二节第二节 自动变速器自动变速器 一、自动变速器概述一、自动变速器概述 自动变速器自动变速器液力自动变液力自动变速器速器(AT)机械无级变机械无级变速器速器(CVT)电控机械式自动电控机械式自动变速器变速器(AMT)可实现传动比连续改变，可实现传动比连续改变，从而得到传动系与发动机从而得到传动系与发动机工况的最佳匹配，提高整工况的最佳匹配，提高整车的燃油经济性和动力性。车的燃油经济性和动力性。同时，可减缓了汽车变速同时，可减缓了汽车变速过程中的换档冲击。过程中的换档冲

15、击。消除了离合器操作和频消除了离合器操作和频繁换档，驾驶操作简便繁换档，驾驶操作简便省力。能缓和冲击，使省力。能缓和冲击，使档位变换不但快而且平档位变换不但快而且平稳，提高了汽车的乘坐稳，提高了汽车的乘坐舒适性。但效率较低。舒适性。但效率较低。由于原有的机械传由于原有的机械传动结构基本不变，动结构基本不变，所以齿转传动固有所以齿转传动固有的传动效率高、的传动效率高、机机构紧凑、工作可靠构紧凑、工作可靠 由于液力传动存在着液力损失，与机械传动相比其效率较由于液力传动存在着液力损失，与机械传动相比其效率较由于液力传动存在着液力损失，与机械传动相比其效率较由于液力传动存在着液力损失，与机械传动相比其

16、效率较低，最高效率也只有低，最高效率也只有低，最高效率也只有低，最高效率也只有0.850.850.90.9，因而在正常行驶时油耗较高，因而在正常行驶时油耗较高，因而在正常行驶时油耗较高，因而在正常行驶时油耗较高，经济性差。但通过与发动机的匹配优化、采用综合式液力变矩经济性差。但通过与发动机的匹配优化、采用综合式液力变矩经济性差。但通过与发动机的匹配优化、采用综合式液力变矩经济性差。但通过与发动机的匹配优化、采用综合式液力变矩器、锁止式液力变矩器、增加档位数等措施，可使液力自动变器、锁止式液力变矩器、增加档位数等措施，可使液力自动变器、锁止式液力变矩器、增加档位数等措施，可使液力自动变器、锁止式

17、液力变矩器、增加档位数等措施，可使液力自动变速器接近机械变速器的效率水平。速器接近机械变速器的效率水平。速器接近机械变速器的效率水平。速器接近机械变速器的效率水平。公司、车型变速器等速油耗/L（100km）-1城市油耗/L（100km）-1V=90km/hV=120km/hRENAULT30TS（法国）5MT3AT8.59.111.612.117.316.3AUDI100GL5E（德国）5MT3AT6.48.38.310.513.313.2BMW728i（德国）5MT3AT8.19.610.412.117.817.4BENZ-280SE（德国）4MT4AT9.19.411.311.717.41

18、6.8二、液力变矩器二、液力变矩器 液力变矩器由泵轮、涡液力变矩器由泵轮、涡液力变矩器由泵轮、涡液力变矩器由泵轮、涡轮和导轮组成。导轮通过轮和导轮组成。导轮通过轮和导轮组成。导轮通过轮和导轮组成。导轮通过单向离合器支承在固定于单向离合器支承在固定于单向离合器支承在固定于单向离合器支承在固定于变速器壳体的导轮固定导变速器壳体的导轮固定导变速器壳体的导轮固定导变速器壳体的导轮固定导管上。管上。管上。管上。单向离合器对导轮有单单向离合器对导轮有单单向离合器对导轮有单单向离合器对导轮有单向锁止作用，使导轮只能向锁止作用，使导轮只能向锁止作用，使导轮只能向锁止作用，使导轮只能朝顺时针方向旋转朝顺时针方向

19、旋转朝顺时针方向旋转朝顺时针方向旋转(从发动从发动从发动从发动机前面看机前面看机前面看机前面看)，但不能朝逆时，但不能朝逆时，但不能朝逆时，但不能朝逆时针方向旋转。针方向旋转。针方向旋转。针方向旋转。变矩器内部液流方向变矩器内部液流方向 滚柱型单向离合器滚柱型单向离合器（用于导轮单向固定，在行星齿轮机构中也用）（用于导轮单向固定，在行星齿轮机构中也用）锁止方向取决于外锁止方向取决于外环上楔形槽的方向环上楔形槽的方向三、锁止式液力变矩器三、锁止式液力变矩器 1原理：原理：将变矩器壳体与涡轮轴锁止一体，将变矩器壳体与涡轮轴锁止一体，发动机功率经曲发动机功率经曲发动机功率经曲发动机功率经曲轴、液力变

20、矩器壳体和离合器直接传至涡轮轴，液力变矩器轴、液力变矩器壳体和离合器直接传至涡轮轴，液力变矩器轴、液力变矩器壳体和离合器直接传至涡轮轴，液力变矩器轴、液力变矩器壳体和离合器直接传至涡轮轴，液力变矩器不起作用不起作用不起作用不起作用2目的：目的：提高提高在在在在高传动比高传动比高传动比高传动比工况下的传动效率，改善汽车的燃工况下的传动效率，改善汽车的燃工况下的传动效率，改善汽车的燃工况下的传动效率，改善汽车的燃料经济性。料经济性。料经济性。料经济性。此时此时高传动比高传动比高传动比高传动比工况下工况下工况下工况下,涡轮转速、车速高，涡轮转速、车速高，没有增扭没有增扭没有增扭没有增扭作用，作用，因

21、为液力变矩器的涡轮与泵轮之间存在转速差和液力损失，因为液力变矩器的涡轮与泵轮之间存在转速差和液力损失，因为液力变矩器的涡轮与泵轮之间存在转速差和液力损失，因为液力变矩器的涡轮与泵轮之间存在转速差和液力损失，曲轴的输出扭矩并为完全传给涡轮轴，曲轴的输出扭矩并为完全传给涡轮轴，传动效率传动效率传动效率传动效率并不是并不是100，使燃油经济性下降。，使燃油经济性下降。3 液力变矩器的锁止方式液力变矩器的锁止方式液力变矩器的锁止方式液力变矩器的锁止方式 目前，液力变矩器的锁止方式主要有目前，液力变矩器的锁止方式主要有目前，液力变矩器的锁止方式主要有目前，液力变矩器的锁止方式主要有液压锁止液压锁止液压锁

22、止液压锁止、离心锁、离心锁、离心锁、离心锁止、粘性锁止止、粘性锁止止、粘性锁止止、粘性锁止等方式，其中，液压锁止为主要的锁止方式。等方式，其中，液压锁止为主要的锁止方式。等方式，其中，液压锁止为主要的锁止方式。等方式，其中，液压锁止为主要的锁止方式。图4-8 锁止离合器工作原理示意图锁止离合器的锁止时刻，由电脑控制锁止电磁阀，锁止离合器的锁止时刻，由电脑控制锁止电磁阀，锁止离合器的锁止时刻，由电脑控制锁止电磁阀，锁止离合器的锁止时刻，由电脑控制锁止电磁阀，进而控制通往离合器活塞的主油压来完成。进而控制通往离合器活塞的主油压来完成。进而控制通往离合器活塞的主油压来完成。进而控制通往离合器活塞的主

23、油压来完成。四、机械无级变速器（四、机械无级变速器（CVT）无级变速，可使发动机经常处在最有效的无级变速，可使发动机经常处在最有效的工作点下运转。工作点下运转。图4-9 多档变速器与无级变速器的区别1无级变速器的特点经济性好：经济性好：经济性好：经济性好：无级变速器可以在相当宽的范围内实现无级变无级变速器可以在相当宽的范围内实现无级变无级变速器可以在相当宽的范围内实现无级变无级变速器可以在相当宽的范围内实现无级变速，从而获得传动系与发动机工况的最佳匹配，提高整速，从而获得传动系与发动机工况的最佳匹配，提高整速，从而获得传动系与发动机工况的最佳匹配，提高整速，从而获得传动系与发动机工况的最佳匹配

24、，提高整车的燃油经济性。车的燃油经济性。车的燃油经济性。车的燃油经济性。动力性好动力性好动力性好动力性好 ：由于无级变速器的无级变速特性，能够获得由于无级变速器的无级变速特性，能够获得由于无级变速器的无级变速特性，能够获得由于无级变速器的无级变速特性，能够获得后备功率最大的传动比，所以无级变速器的动力性能明后备功率最大的传动比，所以无级变速器的动力性能明后备功率最大的传动比，所以无级变速器的动力性能明后备功率最大的传动比，所以无级变速器的动力性能明显优于机械变速器和液力自动变速器。显优于机械变速器和液力自动变速器。显优于机械变速器和液力自动变速器。显优于机械变速器和液力自动变速器。排放低排放低

25、排放低排放低：无级变速器的速比工作范围宽，能够使发动机以：无级变速器的速比工作范围宽，能够使发动机以：无级变速器的速比工作范围宽，能够使发动机以：无级变速器的速比工作范围宽，能够使发动机以最佳工况工作，从而改善了燃烧过程，降低了废气的排最佳工况工作，从而改善了燃烧过程，降低了废气的排最佳工况工作，从而改善了燃烧过程，降低了废气的排最佳工况工作，从而改善了燃烧过程，降低了废气的排放量。放量。放量。放量。成本较液力自动变速器低成本较液力自动变速器低成本较液力自动变速器低成本较液力自动变速器低 ：无级变速器结构简单，零部无级变速器结构简单，零部无级变速器结构简单，零部无级变速器结构简单，零部件数目比

26、液力自动变速器少。件数目比液力自动变速器少。件数目比液力自动变速器少。件数目比液力自动变速器少。2机械无级变速器的结构及工作原理图4-10 金属带式无级变速器结构示意图1发动机飞轮；2离合器；3主动工作轮液压控制缸；4主动工作轮可动部分；4(a)主动工作轮固定部分；5液压泵；6从动轮液压控制缸；7从动工作轮可动部分；7(a)从动工作轮固定部分；8中间减速器；9主减速器与差速器；10金属带图4-11金属带无级变速器的工作原理3机械无级变速器的应用1）CVT与液力偶合器组成无级变速传动图4-13 CVT与液力偶合器组成的无级变速传动1发动机；2液力偶合器；3固定工作轮；4、9可动工作轮；5、10伺

27、服缸；6行星齿轮变速机构；7速度传感器；8传动带；11主减速器2）CVT与电磁离合器组成无级传动图4-14 CVT与电磁离合器组成的无级变速传动1电磁离合器；2工作带；3CVT；4行星齿轮变速器主减速及差速齿轮装置减速器特点：特点：特点：特点：1 1 结构简单，减轻了汽车整备质量，容易实现传递扭矩的平结构简单，减轻了汽车整备质量，容易实现传递扭矩的平结构简单，减轻了汽车整备质量，容易实现传递扭矩的平结构简单，减轻了汽车整备质量，容易实现传递扭矩的平稳增长，无起步发抖的缺点，使车辆具有良好的起步性能、稳增长，无起步发抖的缺点，使车辆具有良好的起步性能、稳增长，无起步发抖的缺点，使车辆具有良好的起

28、步性能、稳增长，无起步发抖的缺点，使车辆具有良好的起步性能、加速性能、换挡性能，有效节省燃料加速性能、换挡性能，有效节省燃料加速性能、换挡性能，有效节省燃料加速性能、换挡性能，有效节省燃料2 2 主从动部分不接触，无磨损、故障率低，使用寿命长主从动部分不接触，无磨损、故障率低，使用寿命长主从动部分不接触，无磨损、故障率低，使用寿命长主从动部分不接触，无磨损、故障率低，使用寿命长3 3无离合器踏板等机构，操控简便、可靠无离合器踏板等机构，操控简便、可靠无离合器踏板等机构，操控简便、可靠无离合器踏板等机构，操控简便、可靠4 4 没有传统摩擦片式离合器的常见故障，如离合器分离不彻没有传统摩擦片式离合

29、器的常见故障，如离合器分离不彻没有传统摩擦片式离合器的常见故障，如离合器分离不彻没有传统摩擦片式离合器的常见故障，如离合器分离不彻底、打滑、接合不良等。底、打滑、接合不良等。底、打滑、接合不良等。底、打滑、接合不良等。3）双状态无级传动（液力无极变速（液力无极变速纯机械无级变速）纯机械无级变速）图4-15双状态无级变速传动示意图1发动机；2扭转减振器；3变矩器；4转换离合器；5工作轮；6、9内、外侧万向节；7单向轮；8差速器；10传动链R倒档离合器 F前进档离合器特点：特点：1提供最佳起提供最佳起步性能步性能2液力液力变矩器矩器的的变矩作用矩作用扩大了大了总传动比比的的变化范化范围，使使CVT

30、传动易易于于调节使使发动机机处于最佳燃于最佳燃油油经济区工作。区工作。减小汽车行驶阻力减小汽车行驶阻力汽车阻力特性汽车阻力特性车身造型车身造型车身结构轻量化车身结构轻量化轮胎轮胎一.汽车阻力特性 空气阻力所消耗的空气阻力所消耗的空气阻力所消耗的空气阻力所消耗的功率与车速的三次方功率与车速的三次方功率与车速的三次方功率与车速的三次方成正比，在车速高的成正比，在车速高的成正比，在车速高的成正比，在车速高的时候，空气阻力将是时候，空气阻力将是时候，空气阻力将是时候，空气阻力将是主要的阻力主要的阻力主要的阻力主要的阻力。空气阻力空气阻力空气阻力空气阻力:FwFw=C=CDDAvAva a2 2/21.

31、15/21.15图图5-9 行驶阻力与车速的关系行驶阻力与车速的关系降低空气阻力系数CD的措施改善轿车前端形状 改善后窗倾角和车顶拱度 正确选择离地间隙 放置扰流板 优化发动机舱内流场1）改善轿车前端形状。图图5-14 改善轿改善轿车前端形状车前端形状图图5-15 改善轿改善轿车前窗倾角、车前窗倾角、圆弧转角圆弧转角 2）改善后窗倾角和车顶拱度图图5-16 改善后窗改善后窗倾角倾角图图5-17改善车顶改善车顶拱度拱度3）正确选择离地间隙 图图5-18 离地间隙离地间隙e对对CD以及升力系数以及升力系数CL的影响的影响4）放置扰流板 图图5-19 车尾车尾部扰流板对部扰流板对CD的影响的影响 图

32、图5-20 后后视镜对视镜对CD的影响的影响5）优化发动机舱内流场 轿车在停车状态下冷却风扇轿车在停车状态下冷却风扇运转时前部的空气流场运转时前部的空气流场 轿车在高速行驶状态下前部轿车在高速行驶状态下前部的空气流场的空气流场 冷却气流冷却气流流过发动流过发动机舱各部机舱各部位的示意位的示意图图 序号气流通过形式空气阻力系数1没有冷却空气（前部封闭）0.2262有冷却空气（下部无障碍流出）0.2543只从下部专门出口流出0.2444只从下部带有窄的横向通风槽流出0.2365只从侧面带有窄的横向通风槽流出0.2356只从上部带有窄的横向通风槽流出0.223表表5-2 不同形式气流流过冷却系统后对

33、汽车风阻系数的影响不同形式气流流过冷却系统后对汽车风阻系数的影响 冷却气流流经冷却系统的压冷却气流流经冷却系统的压力损失有力损失有:冷却空气经过进气格栅的冷却空气经过进气格栅的压力损失为压力损失为P PG G；流向散热器过程中沿程摩流向散热器过程中沿程摩擦阻力和涡流而造成的压擦阻力和涡流而造成的压力损失为力损失为P PE E；流过散热器压力损失为流过散热器压力损失为P PK K；流经风扇的压力升高流经风扇的压力升高P PV V。结论：结论：结论：结论：完善冷却系统气流的完善冷却系统气流的完善冷却系统气流的完善冷却系统气流的进出口，合理组织冷却空进出口，合理组织冷却空进出口，合理组织冷却空进出口

34、，合理组织冷却空气气流可以减少压力损失气气流可以减少压力损失气气流可以减少压力损失气气流可以减少压力损失和气流的逆流现象，可以和气流的逆流现象，可以和气流的逆流现象，可以和气流的逆流现象，可以减少汽车行驶阻力达到降减少汽车行驶阻力达到降减少汽车行驶阻力达到降减少汽车行驶阻力达到降耗的目的。耗的目的。耗的目的。耗的目的。马车状汽车马车状汽车 厢型车厢型车 船型船型“甲壳虫甲壳虫”型型 鱼型鱼型 楔型楔型 子弹头型子弹头型 二、车身造型设计的发展趋势二、车身造型设计的发展趋势车身造型进一步强调空气动力化。车身造型进一步强调空气动力化。发动机的布置形式。发动机的布置形式。设置前、后扰流板等气动力学附

35、加装置，改善气流的流设置前、后扰流板等气动力学附加装置，改善气流的流动状况。动状况。车身乘员舱仍要处于前后轮之间，地板要尽量降低，以车身乘员舱仍要处于前后轮之间，地板要尽量降低，以获得较大的室内空间及开阔的视野，保证乘员的舒适性获得较大的室内空间及开阔的视野，保证乘员的舒适性和安全性。和安全性。优化车身细部外形，以减少车身表面的凹凸面和突起物。优化车身细部外形，以减少车身表面的凹凸面和突起物。目前世界上较为普遍的改善汽车造型的空气动目前世界上较为普遍的改善汽车造型的空气动力性能方法主要有：力性能方法主要有：三三三三 车身结构轻量化车身结构轻量化车身结构轻量化车身结构轻量化（一）车身轻量化技术概

36、述（一）车身轻量化技术概述（一）车身轻量化技术概述（一）车身轻量化技术概述 普通汽车自重质量每减轻普通汽车自重质量每减轻普通汽车自重质量每减轻普通汽车自重质量每减轻100kg100kg，可节油，可节油，可节油，可节油0.20.3L/100km0.20.3L/100km，而轿车的质量每减轻，而轿车的质量每减轻，而轿车的质量每减轻，而轿车的质量每减轻100kg100kg，可节油，可节油，可节油，可节油0.40.3L/100km0.40.3L/100km；另外根据大量研究表明，当整车质量减轻另外根据大量研究表明，当整车质量减轻另外根据大量研究表明，当整车质量减轻另外根据大量研究表明，当整车质量减轻1

37、0%10%时：时：时：时：汽车的燃油经济性可提高汽车的燃油经济性可提高汽车的燃油经济性可提高汽车的燃油经济性可提高3.8%3.8%，加速时间减少加速时间减少加速时间减少加速时间减少8%8%，CO CO排放量减少排放量减少排放量减少排放量减少4.5%4.5%，制动距离减少制动距离减少制动距离减少制动距离减少5%5%，轮胎寿命提高轮胎寿命提高轮胎寿命提高轮胎寿命提高7%7%，转向力减小转向力减小转向力减小转向力减小6%6%。车身是整个汽车零部件的载体，其重量约占整车的车身是整个汽车零部件的载体，其重量约占整车的车身是整个汽车零部件的载体，其重量约占整车的车身是整个汽车零部件的载体，其重量约占整车的

38、40%60%40%60%。因此因此因此因此实现汽车车身轻量化实现汽车车身轻量化实现汽车车身轻量化实现汽车车身轻量化是改善汽车经济性的有效方法。是改善汽车经济性的有效方法。是改善汽车经济性的有效方法。是改善汽车经济性的有效方法。汽车轻量化技术：汽车轻量化技术：汽车轻量化技术：汽车轻量化技术：汽车结构的合理设计汽车结构的合理设计汽车结构的合理设计汽车结构的合理设计 可以采用前轮驱动、高刚性结构、超轻悬架结可以采用前轮驱动、高刚性结构、超轻悬架结可以采用前轮驱动、高刚性结构、超轻悬架结可以采用前轮驱动、高刚性结构、超轻悬架结构、部件薄壁化、中空化，小型化及复合化等来构、部件薄壁化、中空化，小型化及复

39、合化等来构、部件薄壁化、中空化，小型化及复合化等来构、部件薄壁化、中空化，小型化及复合化等来达到轻量化的目的。达到轻量化的目的。达到轻量化的目的。达到轻量化的目的。轻量化材料的使用轻量化材料的使用轻量化材料的使用轻量化材料的使用 可以通过材料替代或采用新材料来达到汽车轻可以通过材料替代或采用新材料来达到汽车轻可以通过材料替代或采用新材料来达到汽车轻可以通过材料替代或采用新材料来达到汽车轻量化的目的。目前主要是采用高强度钢材、铝镁量化的目的。目前主要是采用高强度钢材、铝镁量化的目的。目前主要是采用高强度钢材、铝镁量化的目的。目前主要是采用高强度钢材、铝镁合金，工程塑料和各种复合材料进行汽车轻量化

40、合金，工程塑料和各种复合材料进行汽车轻量化合金，工程塑料和各种复合材料进行汽车轻量化合金，工程塑料和各种复合材料进行汽车轻量化设计。设计。设计。设计。（二（二（二（二 ）车身结构轻量化的）车身结构轻量化的）车身结构轻量化的）车身结构轻量化的途径途径途径途径1 1 车身结构轻量化设计车身结构轻量化设计车身结构轻量化设计车身结构轻量化设计（1 1）.变截面薄板及其在车身制造中的应用变截面薄板及其在车身制造中的应用变截面薄板及其在车身制造中的应用变截面薄板及其在车身制造中的应用 用于车身制造的变截面薄板分为两种，一种是激光拼焊板用于车身制造的变截面薄板分为两种，一种是激光拼焊板用于车身制造的变截面薄

41、板分为两种，一种是激光拼焊板用于车身制造的变截面薄板分为两种，一种是激光拼焊板（Tailor Welded BlanksTailor Welded Blanks，TWBTWB），另一种是通过柔性轧制生），另一种是通过柔性轧制生），另一种是通过柔性轧制生），另一种是通过柔性轧制生产工艺得到的连续变截面板（产工艺得到的连续变截面板（产工艺得到的连续变截面板（产工艺得到的连续变截面板（Tailor Rolling BlanksTailor Rolling Blanks，TRBTRB）。）。）。）。TWBTWB是根据车身设计的强度和刚度要求，采用激光焊接技术是根据车身设计的强度和刚度要求，采用激光焊接

42、技术是根据车身设计的强度和刚度要求，采用激光焊接技术是根据车身设计的强度和刚度要求，采用激光焊接技术把不同厚度、不同表面镀层甚至不同原材料的金属薄板焊接在一把不同厚度、不同表面镀层甚至不同原材料的金属薄板焊接在一把不同厚度、不同表面镀层甚至不同原材料的金属薄板焊接在一把不同厚度、不同表面镀层甚至不同原材料的金属薄板焊接在一起，然后再进行冲压。起，然后再进行冲压。起，然后再进行冲压。起，然后再进行冲压。TWBTWB可以根据需要任意进行拼接，因而具可以根据需要任意进行拼接，因而具可以根据需要任意进行拼接，因而具可以根据需要任意进行拼接，因而具有极大的灵活性，提高加工效率，节省加工能源。有极大的灵活

43、性，提高加工效率，节省加工能源。有极大的灵活性，提高加工效率，节省加工能源。有极大的灵活性，提高加工效率，节省加工能源。TRBTRB通过一种新的轧制工艺通过一种新的轧制工艺通过一种新的轧制工艺通过一种新的轧制工艺柔性轧制技术柔性轧制技术柔性轧制技术柔性轧制技术，获得的连续，获得的连续，获得的连续，获得的连续变截面薄板。变截面薄板。变截面薄板。变截面薄板。TRBTRB连续变化的截面提供了有利于后续成型加工的连续变化的截面提供了有利于后续成型加工的连续变化的截面提供了有利于后续成型加工的连续变化的截面提供了有利于后续成型加工的可能性。可能性。可能性。可能性。TWBTRB减重效果较好较好机械性能和应

44、用效果TWB在沿长度方向上的硬度有跳跃式的变化,使后续的成型加工不便；焊缝无法彻底掩盖，不适宜用作车身外覆盖件材料，一般只用来制作内覆盖件或支承结构件。TRB具有较好的机械性能，沿长度方向硬度变化平缓，具有更佳的成型性能；零部件厚度可以连续变化，以适应车身各部位的承载要求；其表面变化是连续、光滑，可制作车身外覆盖件。工艺复杂程度可通过激光焊接工艺进行任意拼接；焊缝及其附近会产生局部硬化，需要一道热处理工艺来消除硬化效应，从而加大了工艺复杂程度。TRB不存在TWB的焊缝问题，但受轧制工艺和轧机设备的限制，其厚度变化只能发生在板料的初始轧制方向上；此外，无法把不同金属材料的板料“轧制”在一块整板上

45、。（2）TWB与TRB的比较（3）TRB应用中尚需解决的问题 车身覆盖件压模具的设计车身覆盖件压模具的设计车身覆盖件压模具的设计车身覆盖件压模具的设计 对于变截面薄板来说，原来基于等厚度板材所建立对于变截面薄板来说，原来基于等厚度板材所建立对于变截面薄板来说，原来基于等厚度板材所建立对于变截面薄板来说，原来基于等厚度板材所建立的力学本征模型、数值仿真模型及三维几何模型都不再完的力学本征模型、数值仿真模型及三维几何模型都不再完的力学本征模型、数值仿真模型及三维几何模型都不再完的力学本征模型、数值仿真模型及三维几何模型都不再完全适用了。需要花大力气重建这些模型，针对变截面薄板全适用了。需要花大力气

46、重建这些模型，针对变截面薄板全适用了。需要花大力气重建这些模型，针对变截面薄板全适用了。需要花大力气重建这些模型，针对变截面薄板的具体变化特征来重新设计车身覆盖件冲压模具。的具体变化特征来重新设计车身覆盖件冲压模具。的具体变化特征来重新设计车身覆盖件冲压模具。的具体变化特征来重新设计车身覆盖件冲压模具。变截面薄板在冲压过程中的变形和材料流动性变截面薄板在冲压过程中的变形和材料流动性变截面薄板在冲压过程中的变形和材料流动性变截面薄板在冲压过程中的变形和材料流动性 变截面薄板的引入使车身覆盖件的冲压成型过程变变截面薄板的引入使车身覆盖件的冲压成型过程变变截面薄板的引入使车身覆盖件的冲压成型过程变变

47、截面薄板的引入使车身覆盖件的冲压成型过程变得更为复杂，在同样的压边力和拉伸力条件下，板料各部得更为复杂，在同样的压边力和拉伸力条件下，板料各部得更为复杂，在同样的压边力和拉伸力条件下，板料各部得更为复杂，在同样的压边力和拉伸力条件下，板料各部位的变形不均匀，覆盖件的位的变形不均匀，覆盖件的位的变形不均匀，覆盖件的位的变形不均匀，覆盖件的成型更难以控制成型更难以控制成型更难以控制成型更难以控制。板料回弹问题：板料回弹问题：板料回弹问题：板料回弹问题：对于对于对于对于TRBTRB来说，由于其本身结构的特殊性，即沿轧来说，由于其本身结构的特殊性，即沿轧来说，由于其本身结构的特殊性，即沿轧来说，由于其

48、本身结构的特殊性，即沿轧制方向连续变化的截面形状及由此引出的材料机械性能的制方向连续变化的截面形状及由此引出的材料机械性能的制方向连续变化的截面形状及由此引出的材料机械性能的制方向连续变化的截面形状及由此引出的材料机械性能的非均一化，将会非均一化，将会非均一化，将会非均一化，将会使工件回弹问题变得更为复杂。使工件回弹问题变得更为复杂。使工件回弹问题变得更为复杂。使工件回弹问题变得更为复杂。2 车身结构轻量化材料的车身结构轻量化材料的选择选择使用密度小、强度高的轻质材料，像铝镁轻合使用密度小、强度高的轻质材料，像铝镁轻合金、塑料聚合物材料、陶瓷材料等；金、塑料聚合物材料、陶瓷材料等；使用同密度、

49、同弹性模量而且工艺性能好的截使用同密度、同弹性模量而且工艺性能好的截面厚度较薄的高强度钢；面厚度较薄的高强度钢；使用基于新材料加工技术的轻量化结构用材，使用基于新材料加工技术的轻量化结构用材，如连续挤压变截面型材、金属基复合材料板、如连续挤压变截面型材、金属基复合材料板、激光焊接板材等。激光焊接板材等。（三）、车身结构轻量化的（三）、车身结构轻量化的发展趋势发展趋势1 我国汽车轻量化技术发展面临的主要问题 需要运用多学科交叉融合所形成的综合性、系统需要运用多学科交叉融合所形成的综合性、系统性知识体系；性知识体系；必须要由国家级的研究机构对其关键、重大问题必须要由国家级的研究机构对其关键、重大问

50、题进行战略性和前瞻性的超前部署，而目前此类机进行战略性和前瞻性的超前部署，而目前此类机构尚未建立；构尚未建立；产、学、研结合不够紧密，基础研究和技术开发产、学、研结合不够紧密，基础研究和技术开发研究的有机衔接不够。研究的有机衔接不够。2 我国汽车轻量化技术研发重点汽车轻量化技术发展战略研究 汽车轻量化结构优化设计研究 汽车轻量化材料冲压理论与工艺技术研究 汽车轻量化激光加工技术与装备研究 3 汽车轻量化先进材料开发研究高强度钢板；铝合金；镁合金；泡沫合金板；蜂窝夹芯复合板；工程塑料；高强度纤维复合材料。四四 轮胎的选用轮胎的选用 主要作用：主要作用：支承全车的重量；将汽车的牵引力传递给路支承全