日益嚴苛的油耗法規、環保節能綠色觀念的普及，汽車輕量化已經成為近幾年炙手可熱的技術議題之一。輕量化是汽車工業當前遇到重要挑戰，許多主機廠商都對該命題展開了巨大的研發投入，雖已經取得了非常大的成就，相比五、六十年前的汽車，當前的汽車平均重量已經下降了50%，但輕量化依然還有很大可以深挖的余地……

在國家部委聯合發布的《中國制造2025》中，已把輕量化當成汽車產業發展的重要方向，當節能減排成為當前汽車工業面對的必然要求時，汽車輕量化對于節省能源和保護環境都有著非常重要的意義。接下來就為大家介紹汽車輕量化的相關內容，以及汽車輕量化的途徑方法，解析汽車輕量化與安全性之間的影響。

什么是汽車輕量化？輕量化系數又是什么？

汽車輕量化并不是一味地降低質量或門板厚度，與“減重”的概念并不能簡單等同。汽車輕量化是在完善或改進汽車綜合性能的基礎上，盡可能地降低車身重量，達到質量降低、結構優化、安全性能提高和成本降低這四者有機結合的目標。實驗證明，汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%—8%；汽車整備質量每減少100公斤，百公里油耗可降低0.3—0.6升。而從成本上來看，減少1公斤的車重則可以減少10美元左右的支出。所以，在保證汽車的強度和安全性能的前提下，輕量化的壓鑄結構件更受熱捧。其中，鎂合金、鋁合金作為輕量化材料的代表，以其質輕、吸震性和鑄造性能好，自動化生產能力和模具壽命高、尺寸穩定等性能，成為最適合鑄造汽車零部件的材料。

隨著材料科技和制造工藝的進步，汽車輕量化的趨勢也越來越明顯。汽車工業為了研究汽車的輕量化水平，還提出了汽車輕量化系數指標來進行衡量：汽車輕量化系數L=白車身（無門蓋、無前后風擋玻璃）質量×1000/（車身扭轉剛度×四輪間正投影面積），該系數越小，表示車輛輕量化水平越高。因此，汽車輕量化的途徑就主要有以下內容構成（途徑一與白車身質量有關，途徑二和途徑三與車身扭轉剛度有關）：

途徑一：采用輕質復合和高強度材料

輕量化材料的應用可能是普通消費者最容易理解的汽車輕量化技術。包括鋁合金、鎂合金、鈦合金在內的輕合金，以及碳纖維復合材料、玻璃纖維增強塑料，還有改性塑料等。甚至高強度鋼也可以劃分到這類材料中，因為可以通過相對更小的使用量達到之前傳統汽車鋼件的設計強度。此外，在現有的輕量化汽車中，很多時候是通過同時使用多種輕量化材料，如同時使用碳纖維和鋁合金，來實現輕量化。
    汽車輕量化常采用的新型材料包括：輕金屬材料和非金屬材料（陶瓷、碳纖維、工程塑料等），在輕金屬材料中，鋁合金是目前輕量化材料中應用最多，也是最成熟的材料，它的密度只有鋼的三分之一，抗沖擊性能好、耐腐蝕，減重效果明顯，可廣泛應用于車身、底盤和發動機等部件上；鎂合金具備密度小、比強度高、比彈性模量大等優點，相比鋁合金減重效果還要高15-20%，目前在汽車輪轂、進氣歧管、離合器、傳動外殼、齒輪箱等應用較多，在航天領域應用更廣泛；此外，航空領域昂貴的鈦合金也在汽車工業中也有少量應用。

在非金屬材料中，碳纖維具備非常低的密度（比鋁合金強2-4倍減重效果），拉伸強度是鋼的7-9倍，還具有耐腐蝕、高模量特性，同樣限于成本原因，在風力發電和航空航天領域應用非常普遍，如今在汽車領域也逐漸開始普及。碳纖維及其復合材料都立下“汗馬功勞”。汽車輕量化的里程碑事件是，2015年，寶馬i3、i8電動車成功商業化，采用全碳纖維車身，重量151公斤，而價格約3.4萬歐元，與金屬車的價格相當。8的輕量化系數已經達到0.99，i3也已經達到1.26，輕量化效果非常明顯。

目前在國際市場上，幾乎所有汽車企業都開展了碳纖維及其復合材料汽車或零部件研發，也與碳纖維企業緊密合作，如日產本田汽車與東麗、寶馬與西格里、福特汽車與陶氏化學、通用汽車與帝人都有合作‍。

工程塑料如PP、PUR、PVC、ABS、PE等等也在汽車上得到了廣泛的應用。此外，還有精細陶瓷、玻璃增強材料、紡織復合材料、高強度結構發泡材料等等。

高強度材料則是在傳統鋼材上繼續挖掘潛能，性能卻更加優越（部分材料的屈服強度可超過1000Mpa），如高強度鋼板、熱沖壓成型鋼、高強度鑄鐵等，成本相比普通鋼材有所增加，但是相較之上述輕質復合材料而言還是顯得便宜得多。高強度鋼材在汽車底盤橫梁加強板、懸架支架、發動機支架等地方應用非常廣泛。

當然了，鋼材并沒有全部敗給輕合金陣營，值得注意的是，奧迪全新A8就逆潮流而動，“拋棄”了堅持了二十余年的全鋁合金車身。全新A8內部40%的車身結構件將使用鋼鐵，17%車身結構件將由熱成形用鋼（PHS），屈服強度高達1500Mpa，相比全鋁合金車身強度更高，“相對”輕量化程度更好，雖然相比上一代車型增重了51KG，但車身剛度增強，安全性大幅增強，同時也大幅降低了成本，為汽車輕量化的方向提出了新的解決方案。目前輕量化材質主要面對的問題確實是應對制造成本升高的挑戰，這些高科技材料只有通過技術進步或規模效應來降低成本，才能使得它們從專業級賽車、超跑、豪華車型陣營下放到經濟車型中來。

途徑二：車身結構優化設計和計算機輔助集成（CAX）

車身結構優化設計可以很好地解決因上述新材料所帶來的成本問題，在保證碰撞安全和操控穩定性的基礎上，通過結構優化設計（如傳力路徑的優化，環形回路設計提升剛性）、拓撲優化等，來達到在相同的材質基礎上提升受力性能。

當前，汽車設計工程師還會通過計算機系統進行CAD和CAE進行輔助分析和優化等，與結構優化一起結合，保證汽車的綜合性能。此外，提高汽車零件總成水平，減少零件數量和體積，按工況優化零部件的形狀，提高組件集成化程度等也可以達到優化的目的。

途徑三：輕量化制造工藝技術

汽車輕量化制造工藝技術包括了新的材料成型方法和連接技術，比如激光焊接、液壓成型、半固態鑄造技術、噴射成型技術等，這些技術可以大幅度減少零部件數量、提高車身質量穩定性、提高結構可靠性，在高強度負荷下可以保持強度均衡。不過這些技術都會導致整個生產線技術的更迭，對于規模較小的汽車企業來說，制造成本壓力將非常大。

汽車輕量化后會影響安全嗎？

從理論上說，汽車碰撞時的沖擊能量與汽車的質量成正比。在同等條件下汽車越輕，碰撞時沖擊能量越小，車身結構的變形、侵入量和乘員受到的沖擊加速度就越小，汽車對乘員的保護性能越好、越安全。

實際上，汽車的碰撞安全性不能用車的輕重和鈑金覆蓋件的薄厚來簡單地衡量，汽車重不等于它的碰撞安全性就一定好，反之亦然。對汽車碰撞安全性的評價，國內外都用相應的汽車被動安全性法規和標準。汽車的重量輕，只要其碰撞吸能區結構設計、選材和連接方式合理，也能達到優異的被動安全性；汽車重量大，如果碰撞時緩沖、壓潰、吸能和載荷傳遞不夠合理，也不會取得好的被動安全性。那是鐵皮厚一點好還是薄一點好呢？車身不管厚薄只要滿足工藝和性能要求的前提下，車身越輕越好，即可以降低油耗還可以減少成本。如某系車的前翼子板也是采用非金屬材料，但性能標準即能達到使用要求又降低成本。汽車發展至今最大的問題不是汽車越重越安全，而是汽車重量既輕又安全。汽車加重100KG很簡單，但是要減少100KG所依靠的就是汽車精尖制造工藝和技術。而反過來在汽車制動方面，由于輕量化所致汽車質量降低，在相同速度減速時，減速系統所消耗的能量就會降低，相同的制動器條件下，制動效果就更大，制動距離也會縮短，制動性能則有明顯的提升，因此，汽車在輕量化之后，主動安全性能反而會得到提升。到底如何看待以上的這些輕量化的問題？輕量化并不難做到，而做到車輛的性能、安全、成本和重量四者之間的平衡才是我們需要去追求的，這四者只兼顧一方并不算是高明，而是四者做到和諧統一才是高的境界。鋁合金、鎂合金等高科技材料的應用必然受到高昂的成本阻隔，但是在整車輕量化的大趨勢面前，相信汽車工程師們一定能找到更加完美的解決方案。

節能減排、提高汽車性能推動著輕質結構的創新發展，采用輕質化和更高性能替代材料和新成型工藝已成為汽車發展的主流，例如鋁合金、鎂合金、聚合物、碳纖維等復合材料的采用。隨著輕量化概念的持續升溫，傳統材料未來將面臨大范圍的更新及替換，而輕質材料之間也將掀起新一番的激烈競爭。 

作為中國輕質結構技術展，ChinaLITE 2018將集中展示未來汽車開發材料及輕量化解決方案，展品包括：輕量化材料、材料成型加工技術與設備、輕量化材料連接技術、模擬、原型和模型制造、批量生產、接合、表面處理、測試等工藝、設備，致力于為汽車產業設計與研發工程技術人員帶來具有前瞻性及創新的技術解決方案，促進未來汽車研發。

與此同時，汽車工程領域盛會AMTS 2018、未來汽車開發者平臺EVTech World 2018將繼續攜手AMC國際汽車工程系列會議及EVC國際電動車工程系列會議在ChinaLITE 2018同期舉辦，這些展會與論壇的舉辦將為汽車產業打造從傳統汽車制造到未來汽車設計、研發、生產、制造的盛大平臺。

參展咨詢

張女士 |18916548836

Tel：86-021-80253860  

E-mail：lu7895630@163.com