日益嚴苛的油耗法規、環(huán)保節能綠色觀(guān)念的普及，汽車(chē)輕量化已經(jīng)成為近幾年炙手可熱的技術(shù)議題之一。輕量化是汽車(chē)工業(yè)當前遇到重要挑戰，許多主機廠(chǎng)商都對該命題展開(kāi)了巨大的研發(fā)投入，雖已經(jīng)取得了非常大的成就，相比五、六十年前的汽車(chē)，當前的汽車(chē)平均重量已經(jīng)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(lián)合發(fā)布的《中國制造2025》中，已把輕量化當成汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向，當節能減排成為當前汽車(chē)工業(yè)面對的必然要求時(shí)，汽車(chē)輕量化對于節省能源和保護環(huán)境都有著(zhù)非常重要的意義。接下來(lái)就為大家介紹汽車(chē)輕量化的相關(guān)內容，以及汽車(chē)輕量化的途徑方法，解析汽車(chē)輕量化與安全性之間的影響。

什么是汽車(chē)輕量化？輕量化系數又是什么？

汽車(chē)輕量化并不是一味地降低質(zhì)量或門(mén)板厚度，與“減重”的概念并不能簡(jiǎn)單等同。汽車(chē)輕量化是在完善或改進(jìn)汽車(chē)綜合性能的基礎上，盡可能地降低車(chē)身重量，達到質(zhì)量降低、結構優(yōu)化、安全性能提高和成本降低這四者有機結合的目標。實(shí)驗證明，汽車(chē)整車(chē)重量降低10%，燃油效率可提高6%—8%；汽車(chē)整備質(zhì)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(lái)看，減少1公斤的車(chē)重則可以減少10美元左右的支出。所以，在保證汽車(chē)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(zhì)輕、吸震性和鑄造性能好，自動(dòng)化生產(chǎn)能力和模具壽命高、尺寸穩定等性能，成為最適合鑄造汽車(chē)零部件的材料。

隨著(zhù)材料科技和制造工藝的進(jìn)步，汽車(chē)輕量化的趨勢也越來(lái)越明顯。汽車(chē)工業(yè)為了研究汽車(chē)的輕量化水平，還提出了汽車(chē)輕量化系數指標來(lái)進(jìn)行衡量：汽車(chē)輕量化系數L=白車(chē)身（無(wú)門(mén)蓋、無(wú)前后風(fēng)擋玻璃）質(zhì)量×1000/（車(chē)身扭轉剛度×四輪間正投影面積），該系數越小，表示車(chē)輛輕量化水平越高。因此，汽車(chē)輕量化的途徑就主要有以下內容構成（途徑一與白車(chē)身質(zhì)量有關(guān)，途徑二和途徑三與車(chē)身扭轉剛度有關(guān)）：

途徑一：采用輕質(zhì)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(chē)輕量化技術(shù)。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(lèi)材料中，因為可以通過(guò)相對更小的使用量達到之前傳統汽車(chē)鋼件的設計強度。此外，在現有的輕量化汽車(chē)中，很多時(shí)候是通過(guò)同時(shí)使用多種輕量化材料，如同時(shí)使用碳纖維和鋁合金，來(lái)實(shí)現輕量化。
    汽車(chē)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(chē)身、底盤(pán)和發(fā)動(dòng)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(yōu)點(diǎn)，相比鋁合金減重效果還要高15-20%，目前在汽車(chē)輪轂、進(jìn)氣歧管、離合器、傳動(dòng)外殼、齒輪箱等應用較多，在航天領(lǐng)域應用更廣泛；此外，航空領(lǐng)域昂貴的鈦合金也在汽車(chē)工業(yè)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(fēng)力發(fā)電和航空航天領(lǐng)域應用非常普遍，如今在汽車(chē)領(lǐng)域也逐漸開(kāi)始普及。碳纖維及其復合材料都立下“汗馬功勞”。汽車(chē)輕量化的里程碑事件是，2015年，寶馬i3、i8電動(dòng)車(chē)成功商業(yè)化，采用全碳纖維車(chē)身，重量151公斤，而價(jià)格約3.4萬(wàn)歐元，與金屬車(chē)的價(jià)格相當。8的輕量化系數已經(jīng)達到0.99，i3也已經(jīng)達到1.26，輕量化效果非常明顯。

目前在國際市場(chǎng)上，幾乎所有汽車(chē)企業(yè)都開(kāi)展了碳纖維及其復合材料汽車(chē)或零部件研發(fā)，也與碳纖維企業(yè)緊密合作，如日產(chǎn)本田汽車(chē)與東麗、寶馬與西格里、福特汽車(chē)與陶氏化學(xué)、通用汽車(chē)與帝人都有合作‍。

工程塑料如PP、PUR、PVC、ABS、PE等等也在汽車(chē)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(fā)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(yōu)越（部分材料的屈服強度可超過(guò)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(zhì)復合材料而言還是顯得便宜得多。高強度鋼材在汽車(chē)底盤(pán)橫梁加強板、懸架支架、發(fā)動(dòng)機支架等地方應用非常廣泛。

當然了，鋼材并沒(méi)有全部敗給輕合金陣營(yíng)，值得注意的是，奧迪全新A8就逆潮流而動(dòng)，“拋棄”了堅持了二十余年的全鋁合金車(chē)身。全新A8內部40%的車(chē)身結構件將使用鋼鐵，17%車(chē)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(chē)身強度更高，“相對”輕量化程度更好，雖然相比上一代車(chē)型增重了51KG，但車(chē)身剛度增強，安全性大幅增強，同時(shí)也大幅降低了成本，為汽車(chē)輕量化的方向提出了新的解決方案。目前輕量化材質(zhì)主要面對的問(wèn)題確實(shí)是應對制造成本升高的挑戰，這些高科技材料只有通過(guò)技術(shù)進(jìn)步或規模效應來(lái)降低成本，才能使得它們從專(zhuān)業(yè)級賽車(chē)、超跑、豪華車(chē)型陣營(yíng)下放到經(jīng)濟車(chē)型中來(lái)。

途徑二：車(chē)身結構優(yōu)化設計和計算機輔助集成（CAX）

車(chē)身結構優(yōu)化設計可以很好地解決因上述新材料所帶來(lái)的成本問(wèn)題，在保證碰撞安全和操控穩定性的基礎上，通過(guò)結構優(yōu)化設計（如傳力路徑的優(yōu)化，環(huán)形回路設計提升剛性）、拓撲優(yōu)化等，來(lái)達到在相同的材質(zhì)基礎上提升受力性能。

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

途徑三：輕量化制造工藝技術(shù)

汽車(chē)輕量化制造工藝技術(shù)包括了新的材料成型方法和連接技術(shù)，比如激光焊接、液壓成型、半固態(tài)鑄造技術(shù)、噴射成型技術(shù)等，這些技術(shù)可以大幅度減少零部件數量、提高車(chē)身質(zhì)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(guò)這些技術(shù)都會(huì )導致整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)技術(shù)的更迭，對于規模較小的汽車(chē)企業(yè)來(lái)說(shuō)，制造成本壓力將非常大。

汽車(chē)輕量化后會(huì )影響安全嗎？

從理論上說(shuō)，汽車(chē)碰撞時(shí)的沖擊能量與汽車(chē)的質(zhì)量成正比。在同等條件下汽車(chē)越輕，碰撞時(shí)沖擊能量越小，車(chē)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(chē)對乘員的保護性能越好、越安全。

實(shí)際上，汽車(chē)的碰撞安全性不能用車(chē)的輕重和鈑金覆蓋件的薄厚來(lái)簡(jiǎn)單地衡量，汽車(chē)重不等于它的碰撞安全性就一定好，反之亦然。對汽車(chē)碰撞安全性的評價(jià)，國內外都用相應的汽車(chē)被動(dòng)安全性法規和標準。汽車(chē)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(yōu)異的被動(dòng)安全性；汽車(chē)重量大，如果碰撞時(shí)緩沖、壓潰、吸能和載荷傳遞不夠合理，也不會(huì )取得好的被動(dòng)安全性。那是鐵皮厚一點(diǎn)好還是薄一點(diǎn)好呢？車(chē)身不管厚薄只要滿(mǎn)足工藝和性能要求的前提下，車(chē)身越輕越好，即可以降低油耗還可以減少成本。如某系車(chē)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(chē)發(fā)展至今最大的問(wèn)題不是汽車(chē)越重越安全，而是汽車(chē)重量既輕又安全。汽車(chē)加重100KG很簡(jiǎn)單，但是要減少100KG所依靠的就是汽車(chē)精尖制造工藝和技術(shù)。而反過(guò)來(lái)在汽車(chē)制動(dòng)方面，由于輕量化所致汽車(chē)質(zhì)量降低，在相同速度減速時(shí)，減速系統所消耗的能量就會(huì )降低，相同的制動(dòng)器條件下，制動(dòng)效果就更大，制動(dòng)距離也會(huì )縮短，制動(dòng)性能則有明顯的提升，因此，汽車(chē)在輕量化之后，主動(dòng)安全性能反而會(huì )得到提升。到底如何看待以上的這些輕量化的問(wèn)題？輕量化并不難做到，而做到車(chē)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(chē)輕量化的大趨勢面前，相信汽車(chē)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(chē)性能推動(dòng)著(zhù)輕質(zhì)結構的創(chuàng )新發(fā)展，采用輕質(zhì)化和更高性能替代材料和新成型工藝已成為汽車(chē)發(fā)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(zhù)輕量化概念的持續升溫，傳統材料未來(lái)將面臨大范圍的更新及替換，而輕質(zhì)材料之間也將掀起新一番的激烈競爭。 

作為中國輕質(zhì)結構技術(shù)展，ChinaLITE 2018將集中展示未來(lái)汽車(chē)開(kāi)發(fā)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(shù)與設備、輕量化材料連接技術(shù)、模擬、原型和模型制造、批量生產(chǎn)、接合、表面處理、測試等工藝、設備，致力于為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)設計與研發(fā)工程技術(shù)人員帶來(lái)具有前瞻性及創(chuàng )新的技術(shù)解決方案，促進(jìn)未來(lái)汽車(chē)研發(fā)。

與此同時(shí)，汽車(chē)工程領(lǐng)域盛會(huì )AMTS 2018、未來(lái)汽車(chē)開(kāi)發(fā)者平臺EVTech World 2018將繼續攜手AMC國際汽車(chē)工程系列會(huì )議及EVC國際電動(dòng)車(chē)工程系列會(huì )議在ChinaLITE 2018同期舉辦，這些展會(huì )與論壇的舉辦將為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)打造從傳統汽車(chē)制造到未來(lái)汽車(chē)設計、研發(fā)、生產(chǎn)、制造的盛大平臺。

參展咨詢(xún)

張女士 |18916548836

Tel：86-021-80253860  

E-mail：lu7895630@163.com