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浅谈汽车轻量化技术
摘要：通过对汽车轻量化的意义及内涵的分析，引出了我国目前汽车轻量化技术发展的现状及存在
的主要问题。在此基础之上，提出切合我国实际的汽车轻量化技术的研发重点，展望了我国未来汽
车制造的轻量化发展之路。
关键词：汽车；材料轻量化；汽车小型化 引言
有关研究数据表明，若汽车整备质量降低10%，燃油效率可提高6%～8%；若滚动阻力减10%，燃油效率可提高3%；若车桥、变速器等机构的传动效率提高10%，燃油效率可提高7%。由此可见，伴随轻量化而来的突出优点就是油耗的显著降低。尤其汽车车身约占汽车总质量的30%，对空载而言，约70%的油耗是用在车身质量上的，因此车身的轻质化对减轻汽车自重，提高整车燃料经济性至关重要。同时，轻量化还将带来车辆操控稳定性和冲撞安全性的提升：因为车辆行驶时的颠簸会因底盘重量减轻而减轻，整个车身会更加稳定；轻量化材料对冲撞能量的吸收，又可以有效提高冲撞安全性。因此汽车轻量化已成为汽车发展产业中的一项关键性研究课题。
1、汽车轻量化概述 1.1
汽车轻量化的意义
降低能耗、减少环境污染以及节约有限资源是目前我国面临的一个十分重要而紧迫的课题，减轻汽车自重是提高汽车的燃油经济性、降低能耗、减少污染的重要措施之一。欧洲铝协公布的材料表明，汽车重量每降低100 kg，每百公里可节约0.6 L燃油；大量使用铝合金的汽车，平均每辆汽车可降低重量300 kg（从1 400 kg到1 100 kg），寿命期内排放可降低20%。从驾驶方面来讲，汽车轻量化后，加速性提高，稳定性、噪音、振动方面也均有改善。从安全性考虑，碰撞时惯性小，制动距离减小，当发生碰撞时，塑性材料对人的冲击小得多，所以更加安全。因此，汽车轻量化对于节约能源、减少废气排放、实现我国汽车工业可持续发展战略具有十分积极的意义。由于铸件占汽车零部件的比重很大，所以，追求汽车轻量化，铸造业大有作为。
1.2
汽车轻量化的内涵
汽车轻量化的主要指导思想是在确保稳定提升性能的基础上，节能化设计各总成零部件，持续优化车型谱。汽车轻量化的技术内涵是：采用现代设计方法和有效手段对汽车产品进行优化设计，或使用新材料在确保汽车综合性能指标的前提下，尽可能降低汽车产品自身重量，以达到减重、降耗、环保、安全的综合指标。然而，汽车轻量化绝非是简单地将其小型化而已。首先应保持汽车原有的性能不受影响，既要有目标地减轻汽车自身的重量，又要保证汽车行驶的安全性、耐撞性、抗振性及舒适性，同时汽车本身的造价不被提高，以免给客户造成经济上的压力。 2、轻量化技术的发展现状
汽车轻量化技术包括汽车结构的合理设计和轻量化材料的使用两大方面。一方面汽车轻量化与
材料密切相关。另一方面，优化汽车结构设计也是实现汽车轻量化的有效途径。与汽车自身质量下降相对应，汽车轻量化技术不断发展，主要表现在：①轻质材料的比重不断攀升，铝合金、镁合金、钛合金、高强度钢、塑料、粉末冶金、生态复合材料及陶瓷等的应用越来越多；②结构优化和零部件的模块化设计水平不断提高，如采用前轮驱动、高刚性结构和超轻悬架结构等来达到轻量化的目的，计算机辅助集成技术（CAX）和结构分析等技术也有所发展；③汽车轻量化促使汽车制造业在成形方法和联接技术上不断创新。
目前，国内汽车轻量化材料正在加速发展，新型智能材料逐渐在汽车制造中得到应用。车用高性能钢板、镁合金已在汽车上有所应用。如上海大众桑塔纳轿车变速器壳体采用镁合金。随着镁合金材料的技术进步及其抗蠕变性能的进一步改善，自动变速器壳体以及发动机曲轴箱亦适合改用镁材料制造。若曲轴箱有铝改为镁，则可减轻30%左右。
传统的轿车车身结构是钢车身，现今也越来越多的采用高强度钢，精练钢，铝合金和夹层钢车身结构，其制造工艺有：柔性化板材辊轧，剪拼焊接工艺技术，薄壁制造技术等。不锈钢与强度较高的碳钢相比，若用于制造车身，则表现出不少优点，例如延展性更好，强度更高，更适合形状复杂的覆盖件成形。上世纪80 年代，重庆汽车研究所就开展了双相钢研究；一汽轿车、奇瑞汽车公司也在轿车车身上进行了高强度钢板的初步应用试验。
在结构设计方面可以采用前轮驱动、高刚性结构和超轻悬架结构等来达到轻量化的目的，国内已从主要依靠经验设计逐渐发展到应用有限元等现代设计方法进行静强度计算和分析阶段。目前出现了一批拥有自主知识产权的汽车车身模具开发技术，如湖南大学与上汽通用五菱在薄板冲压工艺与模具设计理论方面开展了较深入的研究；北京航空航天大学开发了CAD 系统CAXA，并已经开展了客车轻量化技术的研究，利用有限元法和优化设计方法进行结构分析和结构优化设计，以减少车身骨架、发动机和车身蒙皮的重量等。
3、我国汽车轻量化面临的主要问题
目前我国汽车轻量化技术无论在理论研究方面还是在实际应用方面与国外均有较大差距，轻量化技术的发展主要面临如下问题：（1）轻量化技术涉及众多学科的研究领域，需要运用多学科交叉融合所形成的综合性、系统性知识体系，而在目前的研发体系下，各研发机构往往只注重单个技术的研发，很少开展各技术间的交叉与融合；（2）汽车轻量化技术涉及众多的共性技术和前沿技术，其关键、核心技术的突破不可能由单个企业或科研机构独立完成，必须要由国家级的研究机构对其关键、重大问题进行战略性和前瞻性的超前部署，而目前此类机构尚未建立；（3）产、学、研结合不够紧密，没有明确定位、合理分工，基础研究和技术开发研究的有机衔接不够，企业规模小而分散轻化技术开发能力薄弱，研发人才短缺，工艺水平落后。 4、我国汽车轻量化技术的研发重点
要提高我国汽车轻量化技术水平，当务之急是集成全国轻化技术优势开展产、学、研大联合建立资源共享的汽车轻量化技术科技创新平台。该平台应积极推进产、学、研的合作与文流促进汽车轻量化技术研究成果向产业化方向转化；制定汽车轻量化技术要产品和检测方法等规范及标准；建立高水平的相关产业技术人才培养基地和提供技术咨询的服务机构。通过轻量化技术的内涵可知，汽车的轻量化主要通过合理的结构设计和使用轻质材料的方式来实现。汽车轻量化技术科技创新平台应重点开展以下几个方面的研发工作。
.2 使用新型材料
据统计，汽车车身、底盘（含悬挂系统)、发动机三大件约占一辆轿车总重量的65%以上。其中车身外、内覆盖件的重量又居首位。因此减少汽车白车身重量对降低发动机的功耗和减少汽车总重量具有双重的效应。为此，首先应该在白车身制造材料方面寻找突破口。具体说来可以有如下几种方案：
1) 使用密度小、强度高的轻质材料，像铝镁轻合金、塑料聚合物材料、陶瓷材料等；
2) 使用同密度、同弹性模量而且工艺性能好的截面厚度较薄的高强度钢；
3) 使用基于新材料加工技术的轻量化结构用材，如连续挤压变截面型材、金属基复合材料板、激光焊接板材等。 5、结束语
随着轻量化材料技术，包括生产工艺、装配、连接、材料性能等的不断发展和成熟，针对不同轻质材料的不同性能，进行多材料混合结构设计，即同一部件的组成零件可由不同材料制造，以实现所用的材料与零件功能达成最佳组合，已经成为未来汽车设计发展的方向。目前汽车轻量化技术还处于很不成熟的阶段，未来将有很大发展前景。