铝合金在客车车体上的应用现状及发展历程.docx

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铝合金在客车车体上的应用现状及发展历程

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铝合金在客车车体上的应用现状及发展历程（总14页）

铝合金在客车车体上的应用现状及发展历程

初稿：

中国客车网[　一、背景：

节能、环保、安全、舒适是当前汽车技术发展的趋势，降低燃油消耗、减少向大气排出二氧化碳和有害气体及颗粒已成为汽车界主要研究课题之一。

减小客车自身质量是客车降低燃油消耗和减少排放的最有效措施之一。

据统计汽车质量每减少10％，燃油消耗可降低6％－8％。

据了解，车辆轻量化主要包括优化汽车框架结构和采用轻质材料。

其中采用轻质材料是车身轻量化的主流，当前针对规模化生产的需要，已经有很多种轻质材料应用于车身制造工业，比如高强度钢、铝合金和碳纤维等等。

新型轻量化材料的开发与应用，逐渐成为汽车材料的研究热点，铝合金车体由于在轻量化、密封性、抗腐蚀性、美观性等方面优于钢结构车体，是目前汽车制造业比较好的选择。

表1铝板与普通铝板硬度比较

材料

硬度MPa

SG112-T4A涂装前

110

SG112-T4A涂装后

210

普通铝板

140

二、未来铝车身客车的发展趋势

　　据调查，自2007中国交通用铝研讨会上，来自德国海德堡能源和环境研究中心的最近一项研究结果表明，一部经停若干站的城市柴油客车减重100公斤，将在其整个运营周期内节约燃油2550升，并且大大降低二氧化碳等温室气体排放量。

　　铝制部件和车身是未来发展趋势；根据交通部估计2010年中国客运总量将达到220－250亿人次，公路总里程将达到230万公里，高速公路通车里程将达到6．5万公里，三项指标未来5年复合增长率分别为5．5％，3．4％和9．7％。

公路建设的快速发展、公路条件的不断改善，对客车行业会产生两个方面的促进作用，一是新增运输线路直接带动客车销售量的增加，二是高等级公路的增加将促使客运公司提升营运客车的档次，通过产品升级和营运客车大型化的趋势间接拉动客车销量。

　　油价上涨，客车的使用成本直线上升，使如何降低用户的运营成本成为客车企业迫切需要解决的问题，针对中国客运业的状况和耐用、节油这两个客运企业普遍关心的热点问题，以市场需求为导向是客车技术进步的大方向。

国家在新发布的中国能源规划中，已经明确国家将很快出台燃油附加税及鼓励环保节油型交通工具的税收优惠政策。

　　节能降耗技术是重中之重，如围绕提高车辆燃油经济性而进行的发动机技术研究、整车轻量化、造型技术研究等。

在能源日益紧张的今天，如何降低油耗成为重型发动机技术的一项重要课题。

“十五”期间，中国一些客车企业已经开始关注这一问题。

但从目前的情况看，重型发动机技术难度较大，国内的相关研究不充分，技术积累也比较薄弱。

特别是在整车轻量化方面，重点是承载式车身技术及替代材料技术，如车身更多地采用铝材，零部件附件采用寿命更长、可靠性更高的材料，内饰件使用更环保、更舒适的材料。

　　减轻客车车自身质量，是降低汽车排放量、提高燃油效率的最有效措施之一。

车身轻量化的研究是现代车身设计的一大主流。

其发展主要有两个方向，一个是优化汽车框架结构；一个是在车身制造上采用轻质材料。

　　目前，国外客车自身质量同过去相比，已减轻了20％－26％。

预计未来10年内，自身质量还将继续减轻20％。

因此，新型轻量化材料的开发与应用，将继续成为汽车材料的热点，而铝及其合金材是目前汽车制造业比较好的选择。

铝合金是最常见的汽车用轻金属，而且在汽车上使用较早，相对比较成熟。

发动机活塞几乎都用铸铝，这是因为活塞作为主要的往复运动件要靠减重来减小惯性，减轻曲轴配重，提高效率，并需要材料有良好的导热性，较小的热膨胀系数，以及在350℃左右有较好的力学性能，而铸铝能符合这些要求。

同时由于活塞、连杆采用了铸铝件，减轻了重量，从而减少发动机的振动，降低了噪声，使发动机的油耗下降，这也符合了汽车的发展趋势。

另外，车身约占汽车总质量的30％，对汽车本身来说，约70％的油耗是用在车身质量上的，所以汽车车身的铝化对减轻汽车自重，提高整车燃料经济性至关重要。

铝合金客车身广泛应用

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1kg铝,可使轿车寿命期减少20kg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。

目前,国内外对城市公交客车的环保指标要求越来越高。

随着混合动力及纯电动公交客车的发展,采用铝合金车身减轻整车质量已得到了广泛的应用。

国外Volvo、亚历山大-丹尼斯的混合动力公交车已全部采用铝合金车身,产品在伦敦、香港等多个地区得到了大量推广。

其次是当前国内外汽车工业中铝材的应用优势及其主要障碍，通过使用铝材来代替传统的钢铁材料，可大大减轻汽车自重以降低能耗、减少环境污染、提高汽车的燃油经济性。

并对铝材的发展趋势做了预测。

三、实例分析：

早在2011年的时候，比亚迪电动巴士采用全新铝车身轻量化达40%；比亚迪发布了和美国铝业公司合作开发的全新铝车身和纯电动车设计，它使比亚迪长达40英尺的纯电动车eBUS-12，较之前的钢制车身轻量化达40%（相当于1吨）。

同月，2辆这款全新全铝车身设计的比亚迪纯电动大巴eBUS-12已经在长沙下线。

　　除了减少巴士车身重量之外，这款eBUS-12还运用了美铝的锻件车轮以及哈克旋转（R）紧固件，以减少达吨的车身重量。

整个车身重量的下降将使这款单次充电能行驶300公里的巴士的续航里程提高至少10%以上。

　　比亚迪计划为中国及东南亚地区生产上千台纯电动巴士，并将根据全球电动汽车及电动巴士的市场需求进行出口，甚至将生产当地化。

赫兹上周曾宣布首批比亚迪纯电动巴士已经在美国洛杉矶国际机场运行。

美国铝业公司是为大巴提供硬铝挤压产品、锻件铝制轮胎及紧固件的供应商。

　　新的巴士结构设计基于美国铝业公司的安全运输设计实力，这一设计涵盖为法拉利及奥迪这样的世界顶级品牌设计的汽车地面运输空间构架技术。

“将钢制的巴士车身替换成铝制车身，足足将巴士的车重减轻了吨，令人非常振奋，”美国铝业公司亚太区总裁JinyaChen说。

“然而，这项设计不仅仅在于减轻车身重量——新的设计在耐用性、抗腐蚀、可循环使用方面更加突出，预期能将巴士的单次充电行驶里程至少提升10%。

”

　　比亚迪汽车工程研究院副院长谢世斌表示：

“美国铝业公司的设计和材料与我们公司环保的铁电池和动力系统相结合，使得我们的电动大巴不论从环保性、排放量、续航里程、安全性及其他性能方面都成为业内最强。

”

2009-07-23国内首台全铝公交在郑示范运营；标志着国内首台全铝车身公交客车——宇通ZK6126HGE型公交客车正式投入市场运营。

油价上涨，造成客车的燃油成本直线上升。

减轻客车重量，是提高燃油效率、节能减排最有效的措施之一，可有效提高运营盈利。

车身轻量化已成为现代车身设计的一大主流，ZK6126HGE正是顺应这种形势而诞生的。

ZK6126HGE由宇通和美铝公司于2008年10月完成联合研制开发，也是国内首台新型全铝车身环保公交客车。

车身连接大面积采用焊接和铆接相结合的方式，大大提高了车身的平整度和美观度。

采用的全铝车身框架技术和强度高、重量轻的全铝外蒙皮车身材料，使车身重量比同类传统客车减轻约46%。

根据测算，车的自身重量每减少10%，燃油消耗便可降低6%～8%，ZK6126HGE可显著提高燃油经济性并降低温室气体排放量，是名副其实的新一代节能环保公交的代表，开拓了客车领域全新的“绿色”之路。

另外，此款车由于车身重量的减轻可以使整车重心下移，运行时更加平稳，进一步提升了产品的安全性能。

加之铝合金车体耐腐蚀性强，产品更加经久耐用，产品品质有了新的飞跃。

此次交车仪式在为城市客车的轻量化发展，及节能减排工作做出重大贡献的同时，也进一步发展和深化了宇通与郑州公交总公司、美铝公司三方的合作基础，将三家的合作共赢推向了新的高峰。

宇通客车（与美国铝业公司（以下简称美铝）正式宣布建立合作伙伴关系，双方将应用世界领先的客车结构设计、材料及制造技术，共同开发新一代的节能环保公交客车。

据悉，双方合作的第一步是共同开发一部全新的、可显著降低温室气体排放并提高燃油经济性的客车。

这种客车即全铝车身的客车，是美铝根据世界客车对轻量化的要求而提出的技术创新方案。

其核心突破在于采用美铝全铝框架设计和硬合金技术，兼含美铝新合金车身铝制覆盖件，及独有的全铝锻造轮毂，使客车自重降低15％以上。

美国铝业公司期望通过和宇通客车开展技术合作，提升中国客车业的轻量化技术应用，支持宇通客车在世界高端市场技术应用和研发上的领先和持续竞争力，从根本上改善客车节能减排的性能。

宇通全铝车身客车量产现良机

在第二届中国国际汽车零部件博览会上，一个600平米的超大展位尤为引人注目。

在这个展位上，宇通客车首度在国内公开亮相了全铝车身客车ZK6126HGE。

由于全铝车身具有轻量化、低燃油等特点，所以现场的不少参观者认为：

"随着当前燃油税的热议，全铝客车极有可能迎来市场化契机。

"

"这款12米城市公交客车实现了减重超过1400公斤，将近吨，也就是使车辆空载状态下重量降低约%。

"宇通有关负责人告诉记者，"与传统钢制客车车身相比，铝制客车车身可减重46%。

"这是国内客车在减轻自身重量上迈出的非常重要的一步。

"听到这个消息后，重庆交通大学交通运输管理学院教授王健激动地对记者说，"据了解，国内其他客车企业也做过全铝车身，但当时是帮香港的客户制造的。

"

节油收益小于成本增长

尽管全铝客车在轻量化上有着巨大的优势，但也有分析人士认为：

"全铝车身的生产成本将比普通客车上升40%～50%，且技术要求较高，所以其销售价格很高，大概在30万美元左右。

"虽然这款全铝车身客车以节油为卖点，但燃油费的节省与较高的价格成了业内关注的焦点。

德国海德堡能源和环境研究所公布的一项研究结果表明：

一部经停若干站的城市柴油客车每减重100公斤，在其整个运营周期内就可节约燃油2550升，可以大幅降低二氧化碳等温室气体的排放量。

依据该研究结果，宇通全铝车身客车因减重约吨，整个运营周期就可节约燃油38250升。

客车的运营周期按8年计算，如果按照目前0号柴油每升6元的价格，全铝车身客车样车在整个运营周期内可比普通客车省下约23万元的油钱。

据了解，北京地区A00规格的铝锭价格为每吨13650元，废铝每吨9100～12000元。

而钢材市场价格行情为每吨3280～3400元，废钢为1950～2470元。

同时，全铝车身客车运用的铝材质量相比钢材有所减少，所以，在材料回收方面的损失也较小。

总体看来，全铝客车在车身材料高投入的同时，也将达到资源高回收。

尽管全铝客车在使用和回收利用方面存在着优势，但全铝车身客车的销售价格仍然会高于整个运营期间所省下的油费。

为此有人认为：

"其更重要的意义在于环保，这将是一笔无法计算的经济账。

"

在环保车型的推广中，最重要的是通过产业链的发展、技术的提高来解决推广中的成本问题。

"王健认为，"政府的扶持让企业站起来，可走好发展这条路还是要靠自身的力量。

"

安全不会"轻量化"

关于客车轻量化的安全问题，业界一直都在讨论。

此次宇通全铝车身客车的安全问题同样引起了人们的关注。

客车和轿车是同样的道理，汽车安全和自身重量不是线性关系。

即使汽车上使用很轻的材料，如果采取高强度的加工工艺，也能达到很轻但弹性非常之好的效果，从而也就越安全。

"他还表示，"汽车设计师考虑安全问题时，不只是仅仅考虑驾乘人员的安全，还要考虑行人的安全。

如果发生汽车与行人碰撞之后，车越重，冲击力越大，这对行人伤害就更大。

"

开征燃油税或成量产良机

目前来看，客车的价格在销售中起到十分重要的作用，这使环保车的推广一直以来处在十分尴尬的地位。

而近期爆出了国家即将对汽车征收燃油税的消息，这可能扭转当下局面。

根据国家发改委公布的消息，市场人士预计12月1日燃油税新方案很有可能浮出水面。

酝酿开征中的燃油税，将取代包括公路养路费等六项收费项目。

国家发改委能源研究所研究员、能源系统分析和市场分析室主任姜克隽表示，出台燃油税的最根本目的是节能减排。

征收燃油税的结果就是多用油者多纳税，这将有力地推动节能减排。

由此看来，在国家开征燃油税后，全铝车身客车的投入产出比将更为显著。

因为这样一来，全铝车身客车不仅节省了燃油费，而且减少了燃油税的开支。

从某种程度上讲，开征燃油税将推进全铝车身客车等环保车型的市场化。

"国家的燃油税和排放标准将是决定中国环保汽车发展的两大因素。

这直接决定了环保汽车制造厂能否赚钱，也注定了环保车的命运。

"世界电动车协会主席陈清泉向外界表示

四、客车轻量化仍面临挑战

　　客车轻量化技术在国内外尽管被普遍认为是未来发展趋势，但在推广、应用当中，仍然面临着许多挑战。

美铝认为主要包括以下几个方面：

　　首先，国内客车企业在全铝客车技术及开发经验上尚处于空白，关键技术问题仍未突破。

　　铝合金作为新型材料，在国内客车领域大规模应用仍属空白；铝合金客车空间框架结构需根据材料特点重新设计、开发，包括：

零部件开发、有限元及ＣＡＥ分析，零部件及整车试验等；国内客车生产企业缺乏对铝合金材料的深入认识，材料及试验标准不熟悉。

　　国内客车企业对铝合金材料加工、生产工艺等相应的经验有待提高：

国内企业仍未具备对铝合金板材的冲压工艺足够的经验，包括：

下料、润滑、冲压工艺控制等；板材冲压模具需重新设计／开发，国内企业在相关经验尚有空白；在铝合金部件的焊接工艺经验上国内企业相对不足，并需引进新设备，增加额外投入；由于铝合金材料与钢材使用不同的底涂工艺，需对目前的喷涂工艺、设备进行改造，根据铝合金材料的特性，烘烤工艺可能需要适当改进。

　　其次，国内环保节能法规相对滞后，政府对客车轻量化重视不足，缺乏政策上的扶持。

国内法规的制定和研究单位，对于采用有效的汽车轻量化技术尚处在开发阶段。

而对于排放的要求，仍然没出确定具体的限值。

在环保法规与企业利益的矛盾下，经济利益仍被看作是第一位的，而社会效益严重被忽视。

据美国权威机构统计，如果客车重量减轻1000公斤，在其生命周期内（40万公里）内，单纯二氧化碳的排放量减少接近11．2吨，将带来巨大的社会效益。

　　此外，国内对全铝客车附加价值认识不足，一味进行低成本竞争。

　　目前国内主流客车企业面临巨大的竞争压力，不得不在成本和长远发展以及社会效益方面做出妥协。

随着国际国内燃油价格的不断上升，以及中国政府燃油税的出台，美铝认为客车轻量化（燃油节省）给客户的回报，远远超过材料成本的增加。

五、总结

当前业内普遍认为全铝客车开发，技术难度大，材料成本高，而缺乏经济效益，一味强调一次性开发及材料成本，而忽视了后期的使用价值。

经过美铝及权威机构的估算，假使一部客车的生命周期为40万公里，每减重1吨，可以有效改善4％－8％燃油经济性，节油效果至少可达4800升，其经济效益显而易见，在国家开征燃油税后，其投入产出比将更为显著。

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