纯电动汽车与传统汽车轻量化全生命周期多目标优化研究

汽车轻量化虽然能够有效降低使用阶段的能耗和排放,但如果把涵盖材料获取、材料加工、零部件加工制造、整车装配、使用和回收利用的全生命周期都考虑进去,轻量化并不一定节能减排,成本也可能增加。以往评价汽车产品的轻量化效果主要关注汽车的运行使用阶段,而未能从整个汽车生命周期的各个阶段予以综合考虑,也未进行汽车轻量化全生命周期多目标优化研究。针对此问题,本文中提出在轻量化设计阶段协同考虑轻量化后的全生命周期能耗、环境排放和成本变化,并进行轻量化全生命周期多目标优化研究,达到在轻量化的同时汽车全生命周期的能耗、环境排放减少和成本不增加的目标。选取某公司生产的传统汽油车和在此平台上开发的纯电动汽车作为实证研究对象,基于静态生命周期评价模型,选择钢质量减少比例、铝质量增加比例和镁质量增加比例作为设计变量,全生命周期能耗、温室效应(GWP)和生产成本作为3个目标。通过多目标优化,当纯电动汽车和传统汽油车钢质量分别减少6.44%和6.41%、铝质量均增加1%、镁质量分别增加0.44%和0.41%时,全生命周期能耗分别减少3.20%和3.21%,GWP分别减少2.84%和2.88%,生产成本不增加。     

形变铝合金在客车车身上的应用

轻量化是实现汽车节能环保的途径之一。车辆每减重10%,可节油5%~8%;每使用1 kg铝,可使轿车寿命期减少20 kg尾气排放。材料轻量化是汽车轻量化技术中最直接有效的。随着汽车轻量化技术的发展,形变铝合金在汽车上的应用日益增大。本文通过对国内外铝合金客车的调查研究,阐述了目前铝合金客车的发展、车身结构方式、车身用铝合金材料牌号及其主要连接方法。     

基于LCA的汽车前端模块轻量化方案对比研究

围绕汽车生态设计的理念,以生产1件汽车前端模块(零部件)轻量化设计为切入点,使用生命周期评价(LCA)的方法,对比分析传统纯钢制造方案和铝钢、塑料轻量化制造方案在能耗与环境的影响差异,运用Ga Bi Ts软件计算得出,铝钢和塑料方案比纯钢方案在汽车行驶阶段中节油8.43 L和21.53 L。同时,在整个生命周期过程中温室气体排放分别减少70.352 kg CO_2e和184.079 kg CO_2e,以定量化分析明确轻量化设计对环境影响优于传统设计。     

基于结构轻量化的城市客车车身生命周期评价

为某12 m全承载混合动力城市客车建立车身有限元模型,通过强度、刚度、模态分析、结构轻量化和生命周期评价,分析车身结构优化对整车节能减排效果的影响。结果表明,与原车身骨架相比,结构优化后车身骨架质量减轻了52.5 kg,弯曲与极限扭转两种工况下均满足强度、刚度要求,且具有良好的固有振动特性。就全生命周期而言,轻量化后矿产资源消耗减少了0.4E04 kg Sb-eq.,化石能源消耗减少0.7E04 MJ,综合环境影响值减少0.42E11,减低率分别为3.81%、4.46%和4.56%。     

产品与技术

国内首款全铝底架冷藏车在沪发布近日,国内首款全铝底架轻量化冷藏车在上海亮相。据介绍,该车底架全部采用特种铝合金,大大降低了自质量,提高了载货量,且大大提高型材回收率。该车由镇江飞驰汽车集团有限责任公司携手日本三菱冷冻机和郑州日产研制。镇江飞驰公司分管技术研发的副总经理胡建军表示:"该车自质量降低10%以上,全铝底架几乎可以全部回收再利用,摒弃焊接工     

世界汽车轻量化新进展及新型材料的研发应用

汽车轻量化是当今汽车工业的核心问题之一,有关机构的研究表明:若汽车整备质量减轻10%,则油耗减少4%～5%;若滚动阻力减少10%,则油耗可减少3%;车轿、变速器等传动效率提高10%,则油耗下降7%.     

A Comparative Analysis on the Lightweighting Effects of Electric Vehicles and Fuel Vehicles

对纯电动客车和燃油客车的轻量化效果进行对比分析.结果表明,两者轻量化的节能效果没有明显的差别,但纯电动客车轻量化还有另一收益,即可使续驶里程显著增加,从而减少动力电池的更换次数,降低电池使用成本.因此,在两种客车减少相同质量,为轻量化付出相同成本的条件下,纯电动客车的轻量化收益高于燃油客车.在目前动力电池成本高、关键技术尚未突破的状况下,纯电动汽车比燃油汽车对轻量化的需求更为迫切.     

纯电动客车底架的拓扑优化设计

采用线性加权的多工况结构优化设计方法,对某款纯电动客车底架进行两轮拓扑优化;根据优化结果进行底架拓扑结构设计,并对比拓扑优化设计前后的刚度性能和轻量化情况。     

汽车轻量化技术的应用

应用汽车轻量化技术可实现减轻汽车质量,解决节能与环保问题。文章通过轻量化对促进汽车工业健康发展重要性的论述,阐明轻量化技术在汽车结构优化设计、轻量化材料开发应用及新工艺上实现的方法和主要作用,以及产品全生命周期评价列为轻量化技术之一的考虑,揭示汽车轻量化技术的主要应用方向和应用现状,强调轻量化技术在汽车轻量化中的重要作用与前景。     

基于生命周期的轻型商用货车轻量化碳排放研究

以某轻型商用货车为研究对象,根据生命周期理论构建以汽车生产过程中的原材料获取、生产运输、零部件制 造和车辆装配阶段为边界的碳排放量计算模型,探讨了轻量化措施中所涉及材料的生命周期碳排放差异,对比分析了该 车轻量化前后的碳排放量。结果表明,替代材料铝合金、镁合金、碳纤维增强塑料的生命周期碳 （CO2 ） 排放量显著高 于被替代材料钢和铸造铁,分别为 6.23 kg/kg （锻造铝合金）、6.92 kg/kg （铸造铝合金）、14.76 kg/kg （车用镁合金）、 20.2 kg/kg （车用碳纤维增强塑料）、2.85 kg/kg （普通钢）、0.67 kg/kg （不锈钢） 和0.81 kg/kg （铸造铁）;轻量化后的动 力总成系统、传动系统、底盘和车身部分的碳 （CO2 ） 排放量分别增加了0.57%、525.51%、11.57%和33.29%,车辆生命 周期碳 （CO2 ） 排放量增加了 36.22%;钢和铝生命周期碳 （CO2 ） 排放量的降低对于轻量化前后车体部分的减碳效果均 较明显。     

纯电动客车铝合金车身连接技术应用

铝合金车身对电动客车的轻量化有着十分重要的作用。本文介绍了客车铝合金车身构件之间及其与钢底架之间的连接技术及应用。     

城市公交车身轻量化分析与设计

作为城市枢纽的公交车,采用纯电动技术可作为降低城市环境污染、减少能源消耗的切入点。目前续驶里程短是制约纯电动公交发展的主要因素。可以通过增加动力电池的电量或者对整车进行轻量化来增加续驶里程。在轻量化设计方面,对高强钢、铝合金、镁合金、工程塑料和碳纤维等几种轻量化材料进行对比分析,从中选出目前较为合适的铝合金材料。通过理论计算与设计,再通过有限元分析手段进行验证,设计出合理的车身骨架用型材截面以及连接结构。实现减重的同时保证车身结构可靠性,同时通过全生命周期中成本评估对比,发现铝合金车身可以实现降本。     

基于安全、轻量化、可靠性多目标的新能源汽车电池包壳体开发

电池包作为新能源汽车的动力源,是新能源汽车最重要的部件之一,而电池包壳体对电池包乃至整车起重要保护作用,是新能源汽车的关键部件。电池包壳体质量占整车的2%～6%,电池包壳体对汽车轻量化同样起到重要作用。基于全球汽车产业的节能减排发展目标,从安全性、轻量化、可靠性3个角度出发,论述了新能源汽车电池包壳体开发的行业发展现状,展望其未来的发展趋势,同时针对这一领域存在的共性关键技术问题进行了讨论。     

智能网联汽车全生命周期节能减排绩效评价研究

为进一步研究不同级别智能网联汽车全生命周期节能减排绩效,基于生命周期评价方法(LCA),以某国产合资紧凑型纯电动乘用车为评价对象,搭建智能网联汽车生命周期评价模型,研究分析其全生命周期的矿产资源消耗、化石能源消耗及环境排放影响;进而基于不同级别智能网联汽车采用智能装备的差异,对L0~L5级别智能网联汽车全生命周期各阶段能源消耗和环境影响进行评估预测与对比分析。研究结果表明：在智能网联汽车全生命周期矿产资源消耗方面,原材料获取阶段占比最高;在化石能源消耗方面,运行使用阶段占比最高;在综合环境影响方面,受中国电力结构影响,运行使用阶段环境影响综合值最大;随着智能化程度的不断提高,智能网联汽车相邻级别间全生命周期化石能源消耗可降低3.5%~6.3%,GWP、AP、EP、POCP环境排放最高可分别降低约13.9%、13.3%、13.7%、11.7%,其中使用阶段环境排放降低程度最为明显;综上,通过进一步加强汽车轻量化研究,拓展新型材料在智能网联汽车领域的应用,合理优化我国电力结构布局,提升车辆自主决策水平,加快云平台与大数据等关键技术在智能网联汽车上的应用等途径,可有效提升智能网联汽车节能减排效果。     

低地板公交车结构轻量化研究

本论文主要通过对低地板公交车结构轻量化设计背景的阐述,低地板公交车轻量化技术作用和发展现状的研究,进一步讨论了低地板公交车轻量化技术所存在的不足,最后提供了实现低地板公交车结构轻量化的途径和在行业中的应用,从而为低地板公交车行业轻量化设计提供有效的帮助。     

EWL组合近似模型在铝车身轻量化优化中的应用

以铝车身为研究对象,基于详细接头建立了铝车身参数化概念模型,其与车身详细模型的误差控制在15%以内,满足工程开发要求。采用相对灵敏度分析法筛选出铝车身的8个关键断面作为设计变量。提出EWL组合近似模型;运用最优拉丁超立方设计（Optimal Latin Hypercube Design,OLHD）采样法分别建立基础性能的KRI、响应面法（Response Surface Methodology,RSM）、径向基函数（Radial Basis Function,RBF）法、反比例平均化（EI）法、启发式计算（EG）法和EWL组合近似模型,通过对比分析误差评价指标得出EWL组合近似模型具有最优的拟合精度和稳定性。综合运用EWL组合优化模型和组合优化算法,即全局自适应模拟退火算法（Adaptive Simulated Algorithms,ASA）和梯度序列二次规划（Non-linear Programming by Quadratic Lagrangian,NLPQL）法的组合优化策略对参数化概念铝车身模型进行轻量化优化。结果表明,在4项基础性能不降低的情况下实现铝车身质量减轻6.7 kg...     

18000 r/min超高转速轻量化新能源汽车电机轴开发

随着新能源汽车电机转速的不断提升,电机轴面临更加苛刻的刚强度、耐久性和抗过挠要求。通过合理选材,并辅之以轻量化设计、磁环境优化、工艺匹配等方法,成功开发出满足18 000 r/min服役要求的电机轴。新电机轴在质量减少25.5%时,其自由模态频率、扭转强度、扭转疲劳寿命、台架试验过程中的噪声和温升等性能指标均不低于原低转速电机轴。通过对材料成分及工艺的优化以增强基体的强韧性有利于提升电机轴的抗扭及抗疲劳性能。通过轻量化结构设计和反向辅助磁场设计,可降低电机轴在高速旋转过程中承受的单边磁拉力、离心力、系统重力等,也有利于提升电机轴的抗挠能力,进而提升电机的耐久性和车辆的舒适性。     

12米高性能纯电动公路大客车开发与性能仿真

简要介绍了12米高性能纯电动公路大客车设计开发方案,重点对其无动力中断自动变速电驱动系统研究、高能量密度液冷磷酸铁锂电池匹配、整车轻量化技术研究、整车性能仿真等进行阐述。     

城市客车GTL燃料的全生命周期分析

通过发动机台架试验和道路运行,比较了城市客车使用天然气合成柴油(GTL)和普通柴油的能耗与排放;结合燃料生产阶段和运输过程的数据,分析和比较了两种燃料在城市客车上应用的全生命周期指标.结果表明,与柴油相比,在全生命周期内GTC的总能耗增加63%,石油消耗降低91%,排放有所恶化;而在车辆应用阶段,GTL在不同程度上改善了车辆的性能,其中以质量计的燃料经济性改善5%,VOC,NOx,CO,PM和SOx等排放均有大幅度的降低.