基于ＧＲＥＥＴ模型的汽车材料轻量化能耗评价研究——李飞龙郭孔辉杨沿平等基于ＧＲＥＥＴ模型的汽车材料轻量化能耗评价研究李飞龙郭孔辉杨沿平陈轶嵩湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室，长沙，４１００８２摘要：针对美国Ａｒｇｏｎｎｅ国家实验室开发的ＧＲＥＥＴ模型，运用全生命周期评价理论对汽车轻量化进行能耗评价。首先确立了能耗评价系统的边界，然后建立了适用于汽车主要材料的能耗计算模型，并提出了汽车使用、组装以及报废回收阶段的能耗计算方法。选取丰田Ｐｒｉｕｓ车型作为实例，结合计算模型和ＧＲＥＥＴ软件，对轻量化Ｐｒｉｕｓ及普通的Ｐｒｉｕｓ汽车车身进行全生命周期的能耗比较计算及敏感性分析。结果表明，汽车轻量化可有效降低汽车的整个生命周期能耗。关键词：汽车轻量化；生命周期评价；能耗计算模型；ＧＲＥＥＴ软件；丰田Ｐｒｉｕｓ中图分类号：Ｕ４６５ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４—１３２Ｘ．２０１３．０５．０２４ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆＥｎｅｒｇｙＳａｖｉｎｇｉｎＬｉｇｈｔ－－ｗｅｉｇｈｔｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＭａｔｅｒｉａｌＢａｓｅｄｏｎＧＲＥＥＴＭｏｄｅｌＬｉＦｅｉｌｏｎｇＧｕｏＫｏｎｇｈｕｉＹａｎｇＹａｎｐｉｎｇＣｈｅｎＹｉｓｏｎｇＴｈｅＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＤｅｓｉｇｎａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｆｏｒＶｅｈｉｃｌｅＢｏｄｙ，ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，４１００８２Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅＧＲＥＥＴｍｏｄｅｌｏｆＵＳＡＡｒｇｏｎｎｅｎａｔｉｏｎａｌｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，ｗｈｉｃｈｍａｄｅｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｅｖａｌｕａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｗｈｏｌｅｌｉｆｅｃｙｃｌｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｔｈｅｏｒｙｆｏｒａｕｔｏｍｏｔｉｖｅｌｉｇｈｔ—ｗｅｉｇｈｔ．Ｆｉｒｓｔｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｉｅｓｏｆｅｎｅｒｇｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗａｓｃｏｎｆｉｒｍｅｄ，ａｎｄｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｆｏｒｔｈｅｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍａｉｎｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｃａｒｍｏｄｅｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ。ａｎｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｐｈａｓｅｏｆｕｓｅ，ａｓｓｅｍｂｌｙａｎｄｓｃｒａｐｒｅｃｏｖｅｒｙｗａｓｓｕｇｇｅｓｔｅｄ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｓｅｌｅｃｔｅｄＰｒｉｕｓａｓｔｈｅｅｘａｍｐｌｅ，ｗｉｔｈｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ，ｕｓｉｎｇｔｈｅＧＲＥＥＴｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄａｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒｔｈｅｗｈｏｌｅｌｉｆｅｃｙｃｌｅｏｆｔｈｅｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔＰｒｉｕｓａｎｄａｎｏｒｍａｌＰｒｉｕｓｗｅｒｅｍａｄｅ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｕｔｏｍｏｔｉｖｅｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｄｕｃｅｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｔｈｒｏｕｇｈｏｕｔｔｈｅｌｉｆｅｃｙｃｌｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ１ｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ；ｌｉｆｅ—ｃｙｃｌｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ；ｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ；ＧＲＥＥＴｓｏｆｔｗａｒｅ；ＴｏｙｏｔａＰｒｉｕｓ０引言车从原材料开采、生产制造、使用直至报废回收处轻量化是实现汽车节能减排的有效措施［１。２］，理各个阶段的能耗，建立汽车轻量化的生命周期目前，汽车轻量化的能耗和排放评价理论和方法已能耗评价模型，并通过实例计算得出相关结论。成为许多研究机构及研究学者努力探索的方１向［３。４］。世界铝业协会、欧洲铝业协会、美国铝业协汽车轻量化生命周期能耗评价边界会联合委托德国海德堡责任有限公司能源与环境构建汽车轻量化的生命周期能耗评价模型，研究所对汽车减重与节油经济性问题进行了深入首先要确定系统边界，本文借助ＧＲＥＥＴ软件评研究［５］。方鲲等［６３对长纤维增强热塑性塑料在汽价车辆循环能耗的思想（车辆循环是指车辆从材车轻量化与节能减排中的应用进行了探索。康永料准备、生产制造、报废回收的生命周期全过程）林Ⅲ研究了先进高强钢（ＡＨｓｓ）给汽车轻量化带来进行评价边界的界定。通过调研汽车轻量化材料的节能减排效果。当前国内外对于某一产品或某的使用情况，首先分析生产单位质量材料的能耗，一阶段的节能减排绩效评价的研究成果丰富［８．９‘。然后计算出整车材料能耗和汽车组装能耗，其次为了准确而全面地评价汽车轻量化的节能效计算汽车使用阶段的能耗，最后计算报废和回收果，必须从全生命周期的视角寻找答案。在这方能耗，如图１所示。面比较有特色的是美国Ａｒｇｏｎｎｅ国家实验室开部件质量和材料成分发的ＧＲＥＥＴ模型，该模型可对不同类型的汽车生产和报废回收阶段的能耗和排放分别进行计单位质量材料的能耗算［１０｜。本文基于ＧＲＥＥＴ模型，通过全面分析汽整车材料能耗ｌＩ组装、报废和回收收稿日期：２０１１—１２—１４汽车使用阶段的能耗基金项目：国家自然科学基金资助项目（７０９７３０３４）；湖南省科技计划项且（２０１０ＧＫ３２０１）；湖南省自然科学基金资助项且图１汽车轻■化的生命周期能耗评价边界（１１ＪＪ５０４５）・６８１・万方数据２汽车轻量化材料的生产能耗计算模型以钢的生产能耗计算模型为例进行说明。汽车用钢是汽车重要的材料之一，其生产流程中的每个阶段能量消耗不同，钢铁生产阶段的能耗Ｅ可表示为８Ｅ一∑Ｅｉ（１）ｌ—ｌ式中，Ｅ，、Ｅ２、…、Ｅｓ分别为开采矿石的能耗、所用矿石的精细加工能耗、所用焦炭能耗、鼓风炉能耗、所用氧气能耗、电弧炉能耗、转运能耗、冲压成形能耗。通常钢铁生产每个阶段能量消耗Ｅ包括五种典型能源——残油（ｒｅｓｉｄｏｉｌ）、柴油、天然气、煤、电力，分别用Ｅ，、Ｅｄ、Ｅ。、Ｅ。、Ｅ。表示这五种能源的能耗，用Ｗ，、Ｗ。、Ｗ。、硼。、Ｗ。表示这五种能源在整个能量消耗中所占的比重，则每个阶段的能耗计算公式为Ｅｆ—Ｅ。训，＋Ｅｄｗｄ＋Ｅ。ｗ。＋Ｅｅｗ。＋Ｅ。毗（２）（１）残油能耗Ｅ，的计算。残油能耗主要是以残油整个生产过程为依据得出的。残油能耗Ｅｒ计算公式为３Ｅ，一∑Ｅ。（３）ｔ罩１其中，Ｅ。表示残油本身的能量，残油本身的能量为产生城市污染的总能量与总能源中残油的能量占有率的乘积；Ｅ，：表示残油生产过程能耗；Ｅ，。表示残油生产过程功耗（涉及功耗的损失），残油生产过程功耗涉及残油的整个生产过程：残油存储、残油再提炼、残油转运和处理。设Ｅ，。为残油生３产原料供给过程能耗。ｆ，＝口，。为残油生产过两程的总功耗系数，其中，，，，为残油存储功耗，主要与残油中部分挥发物质有关；ｆ心为残油提耗，与再提率损失和原料损失有关；厂站为残油运输功耗。则残油生产过程功耗Ｅ，。可表示为Ｅｎ一工Ｅｒｏ（４）（２）柴油能耗Ｅｄ的计算。柴油能耗Ｅ。的计算公式为３Ｅａ一∑Ｅｍ（５）ｌ≈ｌ其中，Ｅａ，表示柴油能源本身的能量；Ｅ。：表示柴油能源生产过程的能耗；Ｅｄ。表示柴油能源生产过程功耗（涉及功耗的损失），在Ｅ由的计算过程中，将损失与燃油生产原料供给过程耗能结合考虑。设Ｅａ。为柴油生产原料供给过程能耗；ｆａ一３口，出为柴油能源生产过程功耗系数，其中，ｆ。。ｉ一１为柴油能源生产过程存储功耗，＾。为柴油能源生・６８２・万方数据中国机械工程第２４卷第５期２０１３年３月上半月产过程提耗，厂。。为柴油能源生产过程转运功耗，则Ｅ出可表示为Ｅｄ３一ｆｄＥａｏ（６）（３）天然气能耗Ｅ。的计算。天然气能耗Ｅ。的计算公式为３Ｅｎ一∑Ｅｎ，（７）式中，Ｅｔ、如、Ｅｓ分别为天然气能源本身的能量、天然气能源生产能耗、天然气能源生产过程的能量损失。（４）煤能耗Ｅ。的计算。煤能耗Ｅ。的计算公式为３Ｅ。一∑Ｅ。（８）式中，Ｅ—Ｅ。、Ｅ。分别为煤能源本身的能量、煤能源生产能耗、煤能源生产过程的能量损失。（５）电力能耗Ｅ的计算。电力能耗Ｅｅ的计算公式为３Ｅ一∑氏（９）式中，Ｅｃ－、Ｅ。：、Ｅ。ａ分别为电能生产时所消耗的能源原料的能量、电能源生产消耗燃料的能量、电能源生产过程的能量损失。式（３）～式（９）分别给出了各个阶段五种能源能耗的计算模型，根据不同的阶段的特点，硼。ｗ。、例。、ｗ。、硼。的取值也是不同的，如表１所示。表１各个阶段五种能源消耗占总能耗的比例％Ｅ１Ｅ２Ｅ３Ｅ４ＥｓＥ６Ｅ７Ｅ８ＷｒＯＯＯＯＯＯＯＯＩＬＣＪｄｌｏｏＯＯＯＯＯＯＯｔＵｎＯＯＯ０ＯＯ０ＯｔＵｃＯ８７．５Ｏ１００Ｏ１００８４．４８７．５ＺＵｅ０１２．５１０００１００Ｏ１５．６１２．５按照以上方法可计算出汽车钢部件生产耗能情况，如表２所示。袭２钢部件的生产能耗ＭＪ／ｔ铁燧岩矿石制粒焦炭基本氧化过程鼓风炉开采和烧结生产过程能耗５６．９７０１４６７．５０５５８８６．９００１６７５３．４００１７１６．４８５精炼钢和钢板的生过程不锈钢冲压回收钢产和轧制能耗４４７３．２００５０８４．０４５６４４３．９４０５７５２．９１５３汽车组装能耗的计算模型汽车的组装过程包括部件组装、油漆的生产和喷漆过程。Ａｒｇｏｎｎｅ实验室调研了多家汽车组装厂的工作情况（包括车身焊接、组装和喷漆），调研结果用于估计各工厂的能效差异。根据这些结果，计算得到了汽车组装的平均能耗，估计组装一辆中等尺寸的乘用车的能耗为４１１４．５ＭＪ。本文中采用ＧＲＥＥＴ模型中的默认数据。基于ＧＲＥＥＴ模型的汽车材料轻量化能耗评价研究——李飞龙郭孔辉杨沿平等４汽车使用阶段的能耗计算模型和汽车报废及回收能耗的计算模型设燃油的密度为Ｐ，热值为ｑ，每１００ｋｍ油耗为６，则汽车使用阶段能耗Ｅ１Ｔｗ（ＧＪ）的计算公式为Ｅ丌ｗ—ｐｑｂ（１０）要完整地计算汽车完整使用阶段的能耗，还需考虑汽车的年均行驶距离ｓ及使用年限Ｙ。根据相关调查，本文选择２５０００ｋｍ作为年平均行驶距离，采用１０年作为汽车的使用寿命。则汽车使用阶段的能耗计算公式为ＥＴＴｗ＝ｐｑｂｓｙ（１１）由于国内外汽车报废和回收正处于发展阶段，尚未形成统一的操作流程，本文中报废回收阶段的能量消耗主要通过实验和调查统计数据得到。报废主要指车辆的分解过程，每辆车分解的能耗约为１．４７７ＧＪ，回收的能耗是按照材料的种类来考虑的。本文采用ＧＲＥＥＴ模型中的默认数据。５实例计算及敏感性分析５．１实例计算本文选取丰田Ｐｒｉｕｓ车型作为实例计算对象，新款轻量化Ｐｒｉｕｓ和普通Ｐｒｉｕｓ的材料组成如表３所示。表３轻■化车型和普通车型材料组成ｋｇ材料轻量化普通轻量化普通材料车型车型车型车型钢３０５．ｏ５６４．ｏ镁４．ｏｏ４．ＯＯ不锈钢１１．ｏ１１．ｏ玻璃３０．ｏ３０．ｏ铸铁４２．ｏ４２．ｏ塑料１４０．ｏ１０２．ｏ锻铝６９．ｏ５９．ｏ橡胶２４．ｏ２４．Ｏ铸铝】４９．ｏ３２．０ＣＦＲＰｂ１５１．ｏ】５】．ｏ铜３２．０３２．ｏ其他２２．０２２．ｏ根据上述计算模型，将以上数据转化为英制单位后再输入ＧＲＥＥＴ软件，得到钢的生产能耗约为４２．２０ＧＪ／ｔ，钢的回收能耗约为２４．４９ＧＪ／ｔ。锻铝的生产能耗约为１７９．３５ＧＪ／ｔ，锻铝的回收能耗约为２９．５４ＧＪ／ｔ。铸铝的生产能耗约为８４．４ＧＪ／ｔ，铸铝的回收能耗约为３７．９８ＧＪ／ｔ。铜的生产能耗约为６９．６３ＧＪ／ｔ，铜的回收能耗约为３１．６５ＧＪ／ｔ。其他材料的生产和回收能耗均采用ＧＲＥＥＴ软件的默认值。普通Ｐｒｉｕｓ油耗为４．３２Ｌ／１００ｋｍ，轻量化Ｐｒｉｕｓ油耗为３．７６Ｌ／１００ｋｍ，两款车燃油密度为０．７２ｋｇ／Ｌ，燃油热值为４６ＭＪ／ｋｇ。两款车年均行驶距离为２５０００ｋｍ，万方数据使用年限为１０年。组装和报废的能耗设定亦采用ＧＲＥＥＴ软件的默认值。两款丰田Ｐｒｉｕｓ的能耗对比计算结果如表４所示。表４普通车型和轻量化车型的能耗比较ＧＪ车辆循环使用阶段生命周期阶段能耗能耗能耗普通车型４５．２１３５７．６７４０２．８７轻量化车型７０．３６２９５．３９３６５．７５由表４可知，轻量化Ｐｒｉｕｓ的车身材料的车辆循环能耗比普通Ｐｒｉｕｓ能耗高５５．６％以上，但其生命周期能耗却比普通Ｐｒｉｕｓ减少９．２２％。由此可以得到以下结论：（１）由于轻量化Ｐｒｉｕｓ车身材料采用了大量的锻铝，因此，其质量比普通Ｐｒｉｕｓ小。但锻铝的生产能耗强度比铸铁的生产耗能能耗强度高得多，因此，轻量化Ｐｒｉｕｓ车身材料的车辆循环能耗反而比普通Ｐｒｉｕｓ能耗还要高。（２）在汽车使用阶段，由于轻量化技术导致轻量化Ｐｒｉｕｓ汽车车身质量的明显改善，使汽车的燃油经济性大大提高，在汽车生命周期中占据较大比重的使用阶段的能耗相比普通Ｐｒｉｕｓ明显改善，显著地降低了汽车的全生命周期能耗，具有重大的现实意义。５．２敏感性分析以铝的质量变化为例，对轻量化Ｐｒｉｕｓ能耗变化影响进行单因素敏感性分析。假设Ｐｒｉｕｓ的车身材料铝的质量变化仅限于铝部件与钢部件的相互替换而引起，同时假定Ｐｒｉｕｓ车身材料中其他材料（包括铜、橡胶、铸铁、不锈钢、塑料等）的质量不变。设铝的质量变化为Ａｍ，因铝的质量变化引起的车辆循环阶段能耗变化为ＡＥ，。因铝的质量变化得到的车身总质量ｍ的计算公式为ｍ＝（２１８＋Ａｍ）＋（３０５—２．６９６Ａｍ）＋ｍ妇（１２）式中，ｍ一为Ｐｒｉｕｓ车身材料中除钢和铝外，其他材料质量的总和。铝、钢的密度分别为２．７９／ｃｍ３、７．８２９／ｃｍ３，铝的质量变化引起车身质量变化关系如图２所示。式（１２）可化简如下：ｍ＝９７９—１．８９Ａｍ（１３）根据中国汽车油耗与整车质量的关系［１１｜，假定Ｐｒｉｕｓ的车身材料量占总质量的４０．３％，则由油耗与整车质量关系可得到Ｐｒｉｕｓ的油耗Ｂ（Ｌ）与铝的质量变化的关系（图３）为Ｂ＝１３．５—０．０３△ｍ（１４）Ｐｒｉｕｓ油耗的变化会引起燃料循环阶段能耗的变化，而铝的质量变化会引起车辆循环阶段能・６８３・＼翌蒜■蝴蘧嘛＊詈．星图２铝质量变化引起车身质量变化关系∞：三地８４一图３铝质量变化引起的油耗变化曲线耗的变化，这些变化最终会引起Ｐｒｉｕｓ车身材料生命周期总能耗的变化，下面依次对铝质量变化引起的能耗敏感性变化进行分析。由汽车使用阶段的能耗计算模型式（１０）、式（１１）可以推算出因铝的质量变化引起的Ｐｒｉｕｓ使用阶段的能耗变化：△Ｅ＂ｗ一１２１１７１ＡＢ＝１６３５８０８．５—３６３５．１３Ａｍ图４铝质量变化引起车辆循环阶段能耗变化最终可以得出因铝的质量变化引起的Ｐｒｉｕｓ车身材料生命周期能耗变化（图５）为△Ｅ—ＡＥＴＴｗ＋ＡＥ，一１６４０４２８．９９—３６３０，６５Ａｍ由敏感性分析得到以下结论：车辆循环能耗变化并不显著，但是由于汽车应用轻量化技术大量采用铝作为轻量化材料，使汽车在使用阶段的燃油经济性大大提高，从而降低了整个生命周期的能耗。・６Ｒ４・万方数据中国机械工程第２４卷第５期２０１３年３月上半月＾一、、∞司基｛争（＼＼、、、＼、零…妣雹ｊ｛０｛端车辆循环能耗变化变化“＼．．＼铝质量的变化Ａｍ／ｋｇ图５铝质量变化引起车辆全生命周期能耗变化结语轻量化是汽车工业发展的关键，是汽车产品［Ｍ３．北京：科学出版社，２００９．马鸣图，易红亮，路洪洲，等．论汽车轻量化ＥＪ３．中国工程科学，２００９，１１（９）：２０—２７．ＭａＭｉｎｇｔｕ，ＹｉＨｏｎｇｌｉａｎｇ，ＬｕＨｏｎｇｚｈｏｕ，ｅｔａ１．ＴｈｅＴｈｅｏｒｙｏｆＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＬｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔＥＪ－３．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅｓ，２００９，１１（９）：２０－２７．张勇，李光耀，孙光永，等．多学科设计优化在整车轻量化设计中的应用研究［Ｊ］．中国机械工程，２００８，１９（７）：８７７－８８１．ＺｈａｎｇＹｏｎｇ，ＬｉＧｕａｎｇｙａｏ，ＳｕｎＧｕａｎｇｙｏｎｇ，ｅｔａ１．Ｍｕｌ—ｔｉｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙＤｅｓｉｇｎＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｉｎｔｈｅＬｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔＤｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈＥＪ］．ＣｈｉｎａＭｅｅｈａｎｉ—ｃａＩＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００８，１９（７）：８７７—８８１．施欲亮，朱平，沈利冰，等．汽车前纵梁的拼焊板轻量化设计研究ＥＪ３．中国机械工程，２００８，１９（７）：３７４—３７７．ＳｈｉＹｕｌｉａｎｇ，ＺｈｕＰｉＩｌｇ，ＳｈｅｎＬｉｂｉｎｇ，ｅｔａ１．ＴｈｅＬｉｇｈｔ—ｗｅｉｇｈｔＤｅｓｉｇｎＲｅｓｅａｒｃｈＣａｒＦｒｏｎｔＬｏｎｇｅｒｏｎＳｐｅｌｌＷｅｌｄｉｎｇＰｌａｔｅＤ］．ＣｈｉｎａＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００８，１９（７）：３７４—３７７．郭千里．汽车轻量化，节能减排之利器［Ｊ３．现代零部件，２００９（１０）：３２—３３．ＧｕｏＱｉａｎｌｉ．ＡｕｔｏＬｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ，ＥｎｅｒｇｙＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎａｎｄＥｍｉｓｓｉｏｎＲｅｄｕｃｔｉｏｎｉｎｔｈｅＩｎｓｔｍｍｅｎｔＥＪ］．ＭｏｄｅｍＣｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，２００９（１０）：３２—３３．６研发的方向。随着国家节能减排、绿色环保法规的逐步实施，汽车轻量化为越来越多的企业所重视。本文在对汽车生命周期能耗评价边界界定的基础上，建立了主要轻量化材料生产、汽车循环使用及组装、报废和回收的能耗计算模型，并结合美国Ａｒｇｏｎｎｅ国家实验室开发的ＧＲＥＥＴ软件，用实例研究了轻量化Ｐｒｉｕｓ和普通Ｐｒｉｕｓ汽车的生命周期能耗，得出轻量化可以显著降低汽车全生命周期能耗的结论。下一步研究可考虑汽车轻量化所引起的排放变化情况，从而综合评价汽车轻量化的节能减排绩效。参考文献：Ｅ１３唐杰，杨沿平，周文杰．中国汽车产业自主创新战略ｒ４］ｒ；］基于灵敏度分析的汽车动力传动系扭振特性优化——张代胜王浩基于灵敏度分析的汽车动力传动系扭振特性优化张代胜王浩合肥工业大学，合肥，２３０００９摘要：利用偏导数法分析得出汽车动力传动系无阻尼自由扭振固有频率和振型对转动惯量和扭转刚度的灵敏度。以某车型动力传动系扭振特性为例，通过分析固有频率和振型对转动惯量和扭转刚度的灵敏度，找出对固有频率和振型影响最灵敏的结构参数，对其进行动力学修改，实现传动系固有频率和振型的优化，从而减轻扭振的程度。研究成果可为汽车传动系的动态特性优化提供依据。关键词：扭振；固有频率；振型；灵敏度；动力学修改中图分类号：Ｕ４６３．２ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４—１３２Ｘ．２０１３．０５．０２５ｏｎＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＶｅｈｉｃｌｅＤｒｉｖｅｔｒａｉｎＴｏｒｓｉｏｎａｌＶｉｂｒａｔｉｏｎＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓＢａｓｅｄＺｈａｎｇＤａｉｓｈｅｎｇＷａｎｇＨａｏＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｒｅｉ，２３０００９ＳｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙＡｎａｌｙｓｉｓＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙｕｓｉｎｇｐａｒｔｉａｌｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｆｏｒｍｕｌａｏｆｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｖｉ—ｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｓｈａｐｅｔｏｍｏｍｅｎｔｏｆｉｎｅｒｔｉａａｎｄｓｔｉｆｆｎｅｓｓｉｎｎｏｎ—ｄａｍｐｉｎｇｆｒｅｅｔｏｒｓｉｏｎａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｆａｖｅｈｉｃｌｅｄｒｉｖｅｔｒａｉｎｗｅｒｅｗｏｒｋｅｄｏｕｔ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｆｏｒｍｕｌａ，ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｖａｌｕｅｏｆｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｓｈａｐｅｏｆａｖｅｈｉｃｌｅｄｒｉｖｅｔｒａｉｎｔｏｒｓｉｏｎａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｔｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐａ—ｒａｍｅｔｅｒｓｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｎｄｔｈｅｍｏｓｔｓｅｎｓｉｔｉｖｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｂｙｍｏｄｉｆｙｉｎｇｔｈｅｓｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｓｈａｐｅｏｆｄｒｉｖｅｔｒａｉｎｗｅｒｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｅｄａｎｄｔｏｒ—ｓｉｏｎａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｂｅｃａｍｅｗｅａｋｅｎ．Ｔｈｅｓｔｕｄｙｃａｎｐｒｏｖｉｄｅａｐｒｏｏｆｆｏｒｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｐｔｉｍｉ—ｚａｔｉｏｎｏｆａｕｔｏｍｏｔｉｖｅｐｏｗｅｒｔｒａｉｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｏｒｓｉｏｎａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎ；ｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｓｈａｐｅ；ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ；ｄｙｎａｍｉｃｓｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ０引言汽车动力传动系统是一个复杂的多自由度扭现代汽车向高速、大功率方向发展，发动机负荷增大，更容易引起汽车动力传动系的扭振问题。因此，对汽车动力传动系扭转振动进行研究，优化传动系扭振系统的结构参数，对汽车动力传动系统设计和匹配具有实际意义。转振动系统，当外界激励的频率与动力传动系扭振系统的固有频率一致时，便会发生扭转共振‘¨。收疆日期：２０１１－－１２－－０８基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０９７５０７１）学者们对传动系的扭转振动进行了很多富有［６］方鲲，吴丝竹，邓云飞．等．长纤维增强热塑性塑料在汽车轻量化与节能减排中的应用［－Ｊ＇１．新材料产业，２０１０（４）：１４—２０．ＦａｎｇＫｕｎ，ＷｕＳｉｚｈｕ，ＤｅｎｇＹｕｎｆｅｉ，ｅｔａ１．ＴｈｅＡｐｐｌｉｃａ—ｔｉｏｎｉｎｔｈｅＮｅｗＭａｔｅｒｉａｌＩｎｄｕｓｔｒｙｏｆＬｏｎｇＦｉｂｅｒＲｅｉｎ—ｆｏｒｃｅｄＴ—ｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃＰｌａｓｔｉｃｓｉｎＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＬｉｇｈｔ—ｗｅｉｇｈｔａｎｄＥｎｅｒｇｙＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ［９３ＢｅｒｔｒａｍＭ，ＢｕｘｍａｎｎＫ，ＦｕｒｒｅｒＰ．ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＧｒｅｅｎ—ｈｏｕｓｅＧａｓＥｒｎｉｓｓｉｏｎｓＲｅｌａｔｅｄｔｏＡｌｕｍｉｎｉａｍＴｒａｎｓｐｏｒｔｏｆＬｉｆｅＣｙｃｌｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＴｈｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，２００９，１４（１）：６２—６９．［１０］Ｐｌｅｖｉｎ融ｃｈａｒｄ．ＭｏｄｅｌｉｎｇＣｏｒｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ５０７．ＥｔｈａｎｏｌａｎｄＣｌｉｍａｔｅ：ａＣｒｉｔｉｃａｌＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅＢＥＳＳａｎｄＧＲＥＥＴＭｏｄｅｌｓａｎｄＥｍｉｓｓｉｏｎｓＲｅｄｕｃ—ｏｆＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｃｏｌｏｇｙ，２００９，１３（４）：４９５—ｔｉｏｎ［Ｊ］．Ａｄｖａｎｃｅｄ［－７ＩＭａｔｅｒｉａｌｓＩｎｄｕｓｔｒｙ，２０１０（４）：１４—２０．康永林．汽车轻量化先进高强钢与节能减排［Ｊ］．汽钢铁，２００８，４３（６）：１－７．ＫａｎｇＹｏｎｇｌｉｎ．ＨｉｇｈＳｔｒｅｎｇｔｈＳｔｅｅｌａｎｄＡｄｖａｎｃｅｄＥｎｅｒ—ｇｙ［－１１］ＰｌｏｔｋｉｎＳＥ．ＥｘａｍｉｎｉｎｇＦｕｅｌＥｃｏｎｏｍｙａｎｄＣａｒｂｏｎＳｔａｎｄａｒｄｓｆｏｒＬｉｇｈｔＡｒｇｏｎｎｅＮａｔｉｏｎａｌＶｅｈｉｃｌｅｓ［Ｒ］．ＷａｓｈｉｎｇｔｏｎＤＣ：Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，２００７．（编辑陈勇）ＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎａｎｄＥｍｉｓｓｉｏｎｓＲｅｄｕｃｔｉｏｎＩｒｏｎｏｆＡｕｔｏＬｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ［，Ｊ］．Ｓｔｅａｍｌ一７．ａｎｄＳｔｅｅｌ，２００８，４３（６）：作者简介：李飞龙，男。１９７８年生。湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室博士研究生。主要研究方向为汽车技术与产业发展战略。ＩＦ孔辟，男。１９３５年生。湖南大学机械与运载工程学院特聘教授、博士研究生导师，中国工程院院士。格沿平，女，１９５５年生。湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室教授、博士研究生导师。陈轶嵩，男，１９８８年生。湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室博士研究生。・６８５・［８］马鸣图，马露霞．铝合金在汽车轻量化中的应用及其前瞻技术［Ｊ］．新材料产业，２００８（６）：４３—５０．ＭａＭｉｎｇｔｕ，ＭａＬｕｘｉａ．ＴｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＡｌｕｍｉｎｕｍＡｌｌｏｙｉｎＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＬｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔａｎｄｔｈｅＰｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．Ａｄｖａｎｃｅｄ（６）：４３—５０．ＭａｔｅｒｉａｌｓＩｎｄｕｓｔｒｙ，２００８万方数据
