汽车车轮轻量化技术——理论与应用

本书以车轮轻量化技术研发为主线，在讨论车轮共性评价与测试技术、共性设计与分析技术的基础上，详细阐述了轻量化铸造铝合金车轮、锻造铝合金车轮、高强度钢车轮、热成形钢车轮、镁合金车轮、新兴轻量化车轮等的最新设计、工艺技术，并对未来车轮轻量化技术的发展及应用路线图进行了探讨。

本书由长期从事车轮研发的高校教师、车轮材料/ 制造企业或研发机构的专业技术人员、汽车整车企业的工程师以及行业资深专家联合编写，汇集了目前我国在汽车车轮轻量化领域最新的技术和进展，并在车轮轻量化的理论方法、前沿技术和工程应用方面均有较深入的分析，具有较强的实用性。

本书主要面向汽车工业及汽车车轮产业相关的设计开发人员、工艺技术人员和管理人员，以及高等院校及科研机构相关专业的研发人员和学生。

轻量化已成为汽车的发展趋势。对传统汽车而言，轻量化可降低燃油消耗、减少排放并提高运输效率；对电动汽车而言，轻量化可减少耗电量、增加续航里程。汽车车轮属旋转的簧下质量，其轻量化效果显著高于簧上质量和不旋转簧下质量，因此车轮轻量化是汽车轻量化的重要组成部分。

汽车上唯一接地的是车轮-轮胎总成，该总成承受着垂向力、纵向力、侧向力及由这些力产生的力矩，这些载荷通过车轮传至轮毂、悬架系统，最终传至车身。作为汽车关键安全件的车轮，支撑轮胎、连接轮毂，承受巨大且复杂的载荷作用，同时运行中还处于高速旋转状态。因此，既要保证车轮足够的可靠性，又要实现最大程度的轻量化，是一项艰巨的挑战。

汽车车轮轻量化的主要途径是采用满足要求的轻量化材料、进行车轮结构的优化设计和应用可保证制造质量的工艺技术。本书在对车轮共性评价与测试技术、共性设计与分析技术进行研讨的基础上，分别阐述了轻量化铸造铝合金车轮、锻造铝合金车轮、高强度钢车轮、热成形钢车轮、镁合金车轮、新兴轻量化车轮等最新的材料、结构设计和制造工艺技术，并对未来车轮轻量化的发展方向进行了探讨。

本书共分为10 章。

第1章由中信戴卡股份有限公司（简称“中信戴卡”）徐佐、北京航空航天大学（简称“北航”）刘献栋和中信金属股份有限公司（简称“中信金属”）路洪洲联合撰写，李军、郭爱民等参与编写，顾钢、刘彦戎、李军和王智文等进行审稿。该章介绍了车轮轻量化与汽车轻量化的关系、对汽车性能的影响，并讨论了车轮轻量化技术发展历程、现状和最新进展。

第2章由北航单颖春牵头撰写，中信戴卡刘强和天津久荣车轮技术有限公司顾正等参与编写，东风汽车底盘系统有限公司雷娜，中信戴卡刘春海、李世德、刘强等进行审稿。该章结合车轮测试、评价标准，对轻量化车轮的各类试验测试技术及评价方法进行了分析，并讨论了现有标准的待改进之处。

第3章由北航单颖春牵头撰写，中信戴卡刘强和孔德才等参与编写，中信戴卡徐世文和郎玉玲等进行审稿。该章总结了车轮设计中进行各类强度预测的仿真方法及需注意的问题，并结合具体工程实践阐述了车轮概念设计阶段的拓扑优化方法以及结构详细设计阶段的参数优化方法。

第4章由中信戴卡徐佐和李世德牵头撰写，中信戴卡刘强、朱霖和朱志华等参与编写，童胜坤和刘献栋等进行审稿。该章围绕铸造铝合金车轮成形过程的轻量化技术，分析了技术要点和相关工艺措施，并以某款车轮为案例介绍了一类铸造铝合金车轮的轻量化技术手段。

第5章由中信戴卡徐佐和谌铁强牵头撰写，中信戴卡王震和尹志高等参与编写，朱志华、刘献栋等进行审稿。该章介绍了锻造铝合金车轮对材料性能的要求、成形工艺流程与特点、成形中存在的问题及应对措施等，并结合具体案例讨论了轻量化工艺过程。

第6章由北航单颖春和刘献栋牵头撰写，首钢研究院张大伟、兴民智通（集团）股份有限公司姜二和吉林大学宣兆志等参与编写，中信金属路洪洲提供了部分素材和资料，东风汽车底盘系统有限公司雷娜和钢铁研究总院刘清友等进行审稿。该章介绍了高强度车轮钢的研发状况及其性能特点，讨论了钢制车轮轮辐和轮辋对钢材性能的不同要求，总结了轮辐和轮辋的各成形工艺及其仿真方法，还给出了3 款轻量化钢制车轮的工程实例。

第7章由中国汽车工程研究院马鸣图、鞍钢集团有限公司时晓光、浙江金固股份有限公司袁海州和中信金属路洪洲联合撰写，董毅等参与编写，马鸣图进行审稿。该章总结了车轮用热冲压成形钢的技术要求和制造工艺流程，讨论了高性能热成形钢的开发、强韧性匹配、疲劳性能、抗氢脆性能以及商用车轻量化车轮专用热成形钢的开发，阐述了热成形钢车轮的结构优化、工艺选择、焊接影响因素，并介绍了热冲压成形商用车轻量化车轮典型案例。

第8章由中信戴卡黄礼新牵头撰写，中信戴卡刘春海等参与编写，北京汽车股份有限公司曹伟提供了部分素材和资料，刘献栋、尹志高等进行审稿。该章介绍了车轮用镁合金的性能需求、实现方法、腐蚀机理和防护措施，并讨论了镁合金车轮的安全生产要求。

第9章由北航单颖春和刘献栋牵头撰写，中信戴卡韩星和肖令、吉林大学王登峰等参与编写，中信戴卡徐世文和阿拉腾等进行审稿。该章针对连续碳纤维增强复合材料车轮、长纤维增强热塑性复合材料车轮、采用机械连接的镁/铝合金组装式车轮等3种新兴的轻量化车轮，着重讨论了其性能预测方法、结构优化设计方法以及加工工艺等，并对目前存在的问题及解决思路进行了分析。

第10章由中信金属路洪洲和中信戴卡徐佐牵头撰写，刘献栋等参与编写，顾钢、刘彦戎、王孝东和李军等进行审稿，同时邀请北汽福田汽车股份有限公司任鹏、陕西汽车控股集团有限公司王亮等，以及李晓擎和张新颖等对路线图部分进行审稿，并征求了一汽解放汽车有限公司等其他主机厂以及中国汽车工业协会车轮分会会员单位相关专家的意见和建议。该章讨论国家战略及汽车行业发展趋势对车轮及其产业的影响，并在总结本书前序章节以及广泛征求业内专家意见的基础上，初步提出了未来15年的车轮发展及应用路线图。

徐佐、刘献栋、路洪洲对本书进行了规划、组织，并对全书内容进行了统稿和完善。

在本书的编写过程中，除依据作者团队的研发成果外，还参考了国内外同行的相关文献，在此表示感谢。同时，本书的部分内容受到了国家自然科学基金项目（51875025、U1664250、51405011、51475201）、国家重点研发计划新能源汽车重点专项项目（2016YFB0101604）、中信铌钢发展奖励基金资助项目（2013FWJS3014、2015FWNB3017、2018FWNB30044、2020FWNB30029）的支持，在此一并感谢。

感谢本书的专家委员会以及审稿专家和全体编写人员，没有他们的无私付出，就没有本书的顺利出版。诚挚感谢付于武先生、顾钢先生在百忙中抽出宝贵时间为本书作序。最后，特别感谢化学工业出版社对本书出版的大力支持。

由于作者水平有限，书中难免有不妥之处，敬请读者批评指正，以便日后完善和修改。