【文章內(nèi)容簡介】 實現(xiàn)汽車輕量化的有效途徑。與汽 車自身質量下降相對應，汽車輕量化技術不斷發(fā)展，主要表現(xiàn)在： 1)輕質材料的使用量不斷攀升，鋁合金、鎂合金、鈦合金、高強度鋼、塑料、粉末冶金、生態(tài)復合材料及陶瓷等的應用越來越多。 2)結構優(yōu)化和零部件的模塊化設計水平不斷提高，如采用前輪驅動、高剛性結構和超輕懸架結構等來達到輕量化的目的，計算機輔助集成技術和結構分析等技術也有所發(fā)展。 3)汽車輕量化促使汽車制造業(yè)在成形方法和連接技術上不斷創(chuàng)新。 個性化 全球的汽車工業(yè)從多元化進入到了個性化時代，為了適應這種趨勢，廠家越來越多地在同一個平臺上開發(fā)出多款 車型，有針對性地滿足不同消費者的審美情 13 趣和文化品位。弱化過去尊貴、氣派、身份體現(xiàn)的設計思維，“以人為本、量身訂做”，把一個冰冷的精密機械賦予文化內(nèi)涵，讓轎車成為多彩個性載體。事實上，中國消費者在經(jīng)歷了量的消費時代和質的消費時代后，帶有感性色彩的個性消費理念將逐漸占據(jù)上風。如今具有高收入、高學歷、高信息量的消費者，不再把消費視為一種對商品或勞務的純消費活動，也不再安于被動地接受企業(yè)經(jīng)營者單方面的誘導，而是要求作為參與者，與企業(yè)一起按照消費者新的生活意識和消 費需求開發(fā)能與他們產(chǎn)生共鳴的個性化商品。 我們經(jīng)常聽 到個性化一詞，個性化已經(jīng)成為了商業(yè)炒作的常用詞，而對于設計師而言，真正的個性化必須滿足消費者、企業(yè)、社會的綜合要求，個性化設計是一項系統(tǒng)的社會工程，也可以說是設計師與社會大眾之間的一種交流和對話，設計所針對的主要不是個體，甚至也不是少數(shù)人，而是擁有相似個性需求的消費群體。 個性化是一個過程的概念，化的中文解釋是性質和形態(tài)改變。個性化設計就好比是化學反應過程，化學反應過程需要特定的科學方法、操作流程， 結合特定的外在條件，產(chǎn)生出合適的反應物。而外形的個性化即由市場的細分、企業(yè)定 圖 33 個性化轎車 位、個性設計和消費者認知這四部分內(nèi)容組成的綜合系統(tǒng)化設計過程。 人性化 隨著汽車制造工業(yè)日益走向成熟，消費者在購車時將慢慢削弱對汽車包裝的關注，而是日益關注汽車設計中內(nèi)在的人性化成分。人性化的概念，是以人機工程學為基礎的汽車結構和功能設計，最主要方面并非在于看得見的“小玩意”，而是在汽車的安全保障以及基本的結構、功能設計上的完善，這才是最根本的人性化。 人機工程學，在美國有人稱之為人類工程學“ Human Engineering”，人因工程學“ HumanFactors”，在歐洲有人稱之為 “ Ergonomics”，生物工藝學、工程心 14 理學、應用實驗心理學以及人體狀態(tài)學等。人機工程學就是運用人體測量學、生理學、心理學、生物力學以及工程學等學科的研究方法和手段，綜合地進行人體結構、功能、心理以及力學等問題研究的一門新興的邊緣學科。 20 世紀 60 年代以來，科學技術的飛速發(fā)展和計算機技術的應用，為人機工程學的研究與應用 注入了新的活力。圖 33 所示為個性化轎車。特別是近幾年來，隨著計算機軟硬件技術的日新月異，計算機圖形學、計算機輔助設計、虛擬現(xiàn)實、人工智能等技術的進一步發(fā)展，人機工程學的理論與方法已發(fā)生了質的飛躍，計算機輔助人機工程已經(jīng)成為了國內(nèi)外專家學者關注的熱點。圖 3圖 35 所示為汽車人性化設計。 在汽車設計中．人機工程學中的“人”主要是指駕駛員員及乘客，其中駕駛員最為關鍵；“機”指汽車及汽車內(nèi)的緊急救助機構；“環(huán)境”是指車內(nèi)環(huán)境和車外環(huán)境。汽車車身設計則是要以人 (駕駛員、乘客 )為中心，從人體生理、心理和人體運動出發(fā)，研究布置和設備等方 面如何適應人的需要。在國外，人機工程在汽車車身內(nèi)部布置中的應用越來越廣泛和成熟。 SAE 和 EEC 是在國際上被廣為采用的兩種標準，日本在這方面也制定了自己的標準。國內(nèi)關于人機工程的研究起步較晚，但也做了一些工作，如：對人體模型的測量統(tǒng)計和分析，公布了中國成年人人體尺寸標準等，這些對中國人機工程的研究起到一些推動作用。 圖 34 人性化設計 圖 35 人性化設計 綠色化 隨著人類社會環(huán)保意識的增強，綠色設計已成為車身設計的新趨勢。過去那種以消耗大量能源和資源為代 價的，以純粹視覺化來表達對權利、流動、速度的追求而不斷推出新奇、夸張、大而昂貴的汽車已風光不再。新技術、新材料、新 15 工藝為汽車造型的綠色設計提供了廣闊的前景。 綠色設計 (Green DesignGD) ，也可稱為環(huán)境設計 (Design for EnvironmentDFE)、生態(tài)設計 (Ecological DesignED)、生命周期設計 (Life Cycle DesignLCD)或環(huán)境意識設計 (Environment Conscious DesignECD)。其基本思想是在產(chǎn)品設計階段就要 考慮對環(huán)境的影響因素和預防污染的措施，從起源就重視產(chǎn)品可能對環(huán)境產(chǎn)生的影響，而非等產(chǎn)品及其工藝已對環(huán)境產(chǎn)生不良后果后再采取防治措施，力求使產(chǎn)品對環(huán)境的影響降到最低程度。綠色設計貫徹于產(chǎn)品整個生命周期，即從產(chǎn)品的概念形成、設計、制造、使用乃至廢棄后的回收、重用和處理的各個階段著重考慮產(chǎn)品的環(huán)境屬性 (自然資源的利用、環(huán)境影響及可拆卸性、可回收性、可重復利用性等 )，并將其作為設計目標，在滿足環(huán)境要求的同時，并行考慮并保證產(chǎn)品的基本功能、使用壽命、經(jīng)濟性和質量等。 、 車身綠色設計化即指盡量減少能源消耗，提高 能源使用效率；使用新材料、新結構以降低物質消耗；重視車身各類材料的分類回收與再利用；減少城市空間占用，提高交通通行率等；從各個環(huán)節(jié)都考慮到環(huán)境效應。 材料選用 1）車身材料的選擇盡量減少車身材料種類。 2）多采用可回收材料和多利用余料、廢料，少用或不用短缺、稀有或有毒原材料。 3）盡可能尋找短、稀有或有毒原材料的代用材料。盡可能多地選用那些在使用過程中，對生態(tài)環(huán)境無副作用，與環(huán)境有良好協(xié)調性的材料。 4）更多地選用那些廢棄后能自然分解并為自然界吸收的材料。 車身結構設計 1）車身結構和設 計上的考慮簡化車身結構，提倡簡單和樸素美，盡可能減少不必要的裝飾件。 2）重視各功能塊的裝配和拆卸方式設計，以減少由于運輸、裝配、拆卸而導致的廢品。 3）注意產(chǎn)品的前瞻性生和多品種系列化，以減少由于款式、新舊程度和個人喜好等原因造成的縮短產(chǎn)品使用壽命的可能性。 4）減少由于車身結構和車身造型而引起的機械噪聲和氣動噪聲。 16 環(huán)境與能耗 1）材料消耗、廢棄物和排放物等。 2）采用合理工藝和改進工藝，提高產(chǎn)品合格率。 3）重視廢棄物和報廢產(chǎn)品的后期處理，減少二次污染。 4） 燃油汽車一方面會造成嚴重的 大氣污染和噪聲污染，另一方面，汽車材料使用量大，其更新?lián)Q代又比較頻繁，對資源需求量大，因此研制開發(fā)節(jié)約能源、回收率高又不污染環(huán)境的綠色汽車就成為當今汽車工業(yè)的主要發(fā)展方向之一。為了解決汽車報廢后成為汽車垃圾的問題，綠色汽車從開始設計生產(chǎn)就考慮廢棄后的再利用。 安全化 汽車作為一種便利的現(xiàn)代化交通工具，給人們的生活帶來了極大的便利，但同時因其造成的交通事故卻給人類的生命和財產(chǎn)帶來了嚴重的威脅。自 19 世紀汽車誕生以來，汽車安全問題便一直伴隨其左右。如何提高汽車的安全性能，減少汽車事故中駕乘人員的傷亡，一直是世界汽車工業(yè)發(fā)展中亟待解決的問題。在這種情況下，國內(nèi)外汽車業(yè)一直在探索開發(fā)各種汽車安全產(chǎn)品。 安全性分為主動安全性和被動安全性，目前主動安全中的配置主要包括 ABS(制動防抱死系統(tǒng) )、 EBD(電子制動力分配系統(tǒng) )、 ESP(電子穩(wěn)定控制系統(tǒng) )、胎壓監(jiān)測系統(tǒng)、閘由導線技術和智能巡航控制系統(tǒng)等，被動安全中的配置主要包括安全帶、安全氣囊、可充氣式幕系統(tǒng)、管狀充氣結構頭部空氣囊、頭部支撐系統(tǒng)等。這些配置中有的已經(jīng)得到普及，如安全帶、安全氣囊等，但是有部分配置還未得到普及。近年來德爾福公司開發(fā)的新技術解決了安全氣囊的不安全的問題，該公司開發(fā)了一種“被動式乘客識別系統(tǒng)”的贏技術，推出了世界第一個乘員體重傳感系統(tǒng)，使保護人員的安全氣囊可以很智能地打開或收縮。傳感系統(tǒng)可以根據(jù)乘員的體重、身高和胖瘦程度以及在座位上的具體位置，來決定安全氣囊打開的確切程度，從而可 以對多種體形和身高的乘員進行有識別的保護。 17 第 4 章 汽車車身材料 汽車用鋼中的板材 (包括熱軋鋼板、冷軋鋼板和鍍層板 )是生產(chǎn)汽車的最主要原材料，用于制造汽車的鋼板簡稱汽車板，制造一輛轎車約需使用薄鋼板600kg～ 800kg。汽車板要求有優(yōu)良的沖壓成型性、焊接性及耐蝕性。為解決腐蝕問題，新型的鍍層鋼板應運而生。目前，汽車制造業(yè)規(guī)定的汽車車體表面涂層耐蝕為 5 年，車體穿孔耐蝕為 10 年。雖然新材料將取代部分汽車用鋼，但鋼鐵在相當長的時間內(nèi)仍是汽車最主要的原材料，并長期穩(wěn)定在 60％～ 70％的比例。鋼鐵是汽 車安全、長壽及低成本的關鍵。當前全球汽車工業(yè)正積極尋求減輕汽車自重的方法和途徑。汽車工業(yè)用來減輕汽車自重的先進的高強度鋼材主要用于汽車外殼和結構件，并和輕金屬進行競爭。 4． 1 冷軋汽車鋼板 汽車產(chǎn)量在高速增長，冷軋汽車板在汽車用鋼中仍占有較大比重。 4． 1． 1 冷軋汽車板主要品種類型 1．深沖 IF 鋼系列 深沖 IF 鋼由于具有良好的深沖性能和無時效性，廣泛用于生產(chǎn)汽車中的復雜沖壓件和外覆蓋板，如轎車側圍板、轎車油底殼、門板、行李箱蓋板等，一般占轎車用冷軋鋼板總量的 40％～ 60％ 。 IF 鋼的含碳量極低，再通過添 加微量的Ti、 Nb 合金元素，形成微量碳氮化合物，避免了間隙固溶原子的存在，沒有時效性。 IF 鋼系列冷軋板典型牌號為 DC0 I)C0 DC06。 2．加磷高強鋼 加磷高強鋼兼具良好的成型性、較高的強度、良好的焊接性及耐腐蝕性等綜合性 能，其強度級別主要為 340MPa、 390MPa、 440MPa，用于中高檔轎車的覆蓋件、結構件等。一般占轎車用冷軋鋼板總量的 10％～ 40％。其機理是在低碳或 IF 鋼機體中加入適量的 P，通過固溶強化提高材料性能。典型牌號為 B1 70P、B210P、 B250P、 B220P2 等。 3．烘烤硬化鋼 (BH 鋼 ) BH 鋼板是為了克服高強度鋼板屈服應力高、沖壓成型性差的缺點而開發(fā)的 18 一種汽 車用鋼板，具有良好的成型性與抗凹陷性能，主要用于中高檔汽車外覆蓋件和一些變形量較大的結構件，如轎車發(fā)動機蓋、頂蓋等。其機理是含有間隙固溶原子碳、氮的鋼板經(jīng)過預變形，導致機體內(nèi)位錯密度增加，隨著涂漆烘烤的時效處理，碳、氮間隙原子在位錯處聚集，釘扎位錯，從而使強度提高。典型牌號為B180H2。 4．低合金高強鋼 低合金高強鋼具有高的屈強比，有利于提高結構件的安全性，主要用于汽車內(nèi)部結構件，如車門鉸鏈加強板、車