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淺談汽車輕量化技術(shù) 摘要：通過對汽車輕量化的意義及內(nèi)涵的分析，引出了我國目前汽車輕量化技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀及存在 的主要問題。在此基礎之上，提出切合我國實際的汽車輕量化技術(shù)的研發(fā)重點，展望了我國未來汽 車制造的輕量化發(fā)展之路。 關鍵詞：汽車；材料輕量化；汽車小型化 引言 有關研究數(shù)據(jù)表明，若汽車整備質(zhì)量降低10%，燃油效率可提高6%～8%；若滾動阻力減10%，燃油效率可提高3%；若車橋、變速器等機構(gòu)的傳動效率提高10%，燃油效率可提高7%。由此可見，伴隨輕量化而來的突出優(yōu)點就是油耗的顯著降低。尤其汽車車身約占汽車總質(zhì)量的30%，對空載而言，約70%的油耗是用在車身質(zhì)量上的，因此車身的輕質(zhì)化對減輕汽車自重，提高整車燃料經(jīng)濟性至關重要。同時，輕量化還將帶來車輛操控穩(wěn)定性和沖撞安全性的提升：因為車輛行駛時的顛簸會因底盤重量減輕而減輕，整個車身會更加穩(wěn)定；輕量化材料對沖撞能量的吸收，又可以有效提高沖撞安全性。因此汽車輕量化已成為汽車發(fā)展產(chǎn)業(yè)中的一項關鍵性研究課題。 1、汽車輕量化概述 1.1 汽車輕量化的意義 降低能耗、減少環(huán)境污染以及節(jié)約有限資源是目前我國面臨的一個十分重要而緊迫的課題，減輕汽車自重是提高汽車的燃油經(jīng)濟性、降低能耗、減少污染的重要措施之一。歐洲鋁協(xié)公布的材料表明，汽車重量每降低100kg，每百公里可節(jié)約0.6L燃油；大量使用鋁合金的汽車，平均每輛汽車可降低重量300kg（從1400kg到1100kg），壽命期內(nèi)排放可降低20%。從駕駛方面來講，汽車輕量化后，加速性提高，穩(wěn)定性、噪音、振動方面也均有改善。從安全性考慮，碰撞時慣性小，制動距離減小，當發(fā)生碰撞時，塑性材料對人的沖擊小得多，所以更加安全。因此，汽車輕量化對于節(jié)約能源、減少廢氣排放、實現(xiàn)我國汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有十分積極的意義。由于鑄件占汽車零部件的比重很大，所以，追求汽車輕量化，鑄造業(yè)大有作為。 1.2 汽車輕量化的內(nèi)涵 汽車輕量化的主要指導思想是在確保穩(wěn)定提升性能的基礎上，節(jié)能化設計各總成零部件，持續(xù)優(yōu)化車型譜。汽車輕量化的技術(shù)內(nèi)涵是：采用現(xiàn)代設計方法和有效手段對汽車產(chǎn)品進行優(yōu)化設計，或使用新材料在確保汽車綜合性能指標的前提下，盡可能降低汽車產(chǎn)品自身重量，以達到減重、降耗、環(huán)保、安全的綜合指標。然而，汽車輕量化絕非是簡單地將其小型化而已。首先應保持汽車原有的性能不受影響，既要有目標地減輕汽車自身的重量，又要保證汽車行駛的安全性、耐撞性、抗振性及舒適性，同時汽車本身的造價不被提高，以免給客戶造成經(jīng)濟上的壓力。 2、輕量化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 汽車輕量化技術(shù)包括汽車結(jié)構(gòu)的合理設計和輕量化材料的使用兩大方面。一方面汽車輕量化與 材料密切相關。另一方面，優(yōu)化汽車結(jié)構(gòu)設計也是實現(xiàn)汽車輕量化的有效途徑。與汽車自身質(zhì)量下降相對應，汽車輕量化技術(shù)不斷發(fā)展，主要表現(xiàn)在：①輕質(zhì)材料的比重不斷攀升，鋁合金、鎂合金、鈦合金、高強度鋼、塑料、粉末冶金、生態(tài)復合材料及陶瓷等的應用越來越多；②結(jié)構(gòu)優(yōu)化和零部件的模塊化設計水平不斷提高，如采用前輪驅(qū)動、高剛性結(jié)構(gòu)和超輕懸架結(jié)構(gòu)等來達到輕量化的目的，計算機輔助集成技術(shù)（CAX）和結(jié)構(gòu)分析等技術(shù)也有所發(fā)展；③汽車輕量化促使汽車制造業(yè)在成形方法和聯(lián)接技術(shù)上不斷創(chuàng)新。 目前，國內(nèi)汽車輕量化材料正在加速發(fā)展，新型智能材料逐漸在汽車制造中得到應用。車用高性能鋼板、鎂合金已在汽車上有所應用。如上海大眾桑塔納轎車變速器殼體采用鎂合金。隨著鎂合金材料的技術(shù)進步及其抗蠕變性能的進一步改善，自動變速器殼體以及發(fā)動機曲軸箱亦適合改用鎂材料制造。若曲軸箱有鋁改為鎂，則可減輕30%左右。 傳統(tǒng)的轎車車身結(jié)構(gòu)是鋼車身，現(xiàn)今也越來越多的采用高強度鋼，精練鋼，鋁合金和夾層鋼車身結(jié)構(gòu)，其制造工藝有：柔性化板材輥軋，剪拼焊接工藝技術(shù)，薄壁制造技術(shù)等。不銹鋼與強度較高的碳鋼相比，若用于制造車身，則表現(xiàn)出不少優(yōu)點，例如延展性更好，強度更高，更適合形狀復雜的覆蓋件成形。上世紀80年代，重慶汽車研究所就開展了雙相鋼研究；一汽轎車、奇瑞汽車公司也在轎車車身上進行了高強度鋼板的初步應用試驗。 在結(jié)構(gòu)設計方面可以采用前輪驅(qū)動、高剛性結(jié)構(gòu)和超輕懸架結(jié)構(gòu)等來達到輕量化的目的，國內(nèi)已從主要依靠經(jīng)驗設計逐漸發(fā)展到應用有限元等現(xiàn)代設計方法進行靜強度計算和分析階段。目前出現(xiàn)了一批擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的汽車車身模具開發(fā)技術(shù)，如湖南大學與上汽通用五菱在薄板沖壓工藝與模具設計理論方面開展了較深入的研究；北京航空航天大學開發(fā)了CAD系統(tǒng)CAXA，并已經(jīng)開展了客車輕量化技術(shù)的研究，利用有限元法和優(yōu)化設計方法進行結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計，以減少車身骨架、發(fā)動機和車身蒙皮的重量等。 3、我國汽車輕量化面臨的主要問題 目前我國汽車輕量化技術(shù)無論在理論研究方面還是在實際應用方面與國外均有較大差距，輕量化技術(shù)的發(fā)展主要面臨如下問題：（1）輕量化技術(shù)涉及眾多學科的研究領域，需要運用多學科交叉融合所形成的綜合性、系統(tǒng)性知識體系，而在目前的研發(fā)體系下，各研發(fā)機構(gòu)往往只注重單個技術(shù)的研發(fā)，很少開展各技術(shù)間的交叉與融合；（2）汽車輕量化技術(shù)涉及眾多的共性技術(shù)和前沿技術(shù)，其關鍵、核心技術(shù)的突破不可能由單個企業(yè)或科研機構(gòu)獨立完成，必須要由國家級的研究機構(gòu)對其關鍵、重大問題進行戰(zhàn)略性和前瞻性的超前部署，而目前此類機構(gòu)尚未建立；（3）產(chǎn)、學、研結(jié)合不夠緊密，沒有明確定位、合理分工，基礎研究和技術(shù)開發(fā)研究的有機銜接不夠，企業(yè)規(guī)模小而分散輕化技術(shù)開發(fā)能力薄弱，研發(fā)人才短缺，工藝水平落后。 4、我國汽車輕量化技術(shù)的研發(fā)重點 要提高我國汽車輕量化技術(shù)水平，當務之急是集成全國輕化技術(shù)優(yōu)勢開展產(chǎn)、學、研大聯(lián)合建立資源共享的汽車輕量化技術(shù)科技創(chuàng)新平臺。該平臺應積極推進產(chǎn)、學、研的合作與文流促進汽車輕量化技術(shù)研究成果向產(chǎn)業(yè)化方向轉(zhuǎn)化；制定汽車輕量化技術(shù)要產(chǎn)品和檢測方法等規(guī)范及標準；建立高水平的相關產(chǎn)業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)基地和提供技術(shù)咨詢的服務機構(gòu)。通過輕量化技術(shù)的內(nèi)涵可知，汽車的輕量化主要通過合理的結(jié)構(gòu)設計和使用輕質(zhì)材料的方式來實現(xiàn)。汽車輕量化技術(shù)科技創(chuàng)新平臺應重點開展以下幾個方面的研發(fā)工作。 .2使用新型材料 據(jù)統(tǒng)計，汽車車身、底盤（含懸掛系統(tǒng))、發(fā)動機三大件約占一輛轎車總重量的65%以上。其中車身外、內(nèi)覆蓋件的重量又居首位。因此減少汽車白車身重量對降低發(fā)動機的功耗和減少汽車總重量具有雙重的效應。為此，首先應該在白車身制造材料方面尋找突破口。具體說來可以有如下幾種方案： 1)使用密度小、強度高的輕質(zhì)材料，像鋁鎂輕合金、塑料聚合物材料、陶瓷材料等； 2)使用同密度、同彈性模量而且工藝性能好的截面厚度較薄的高強度鋼； 3)使用基于新材料加工技術(shù)的輕量化結(jié)構(gòu)用材，如連續(xù)擠壓變截面型材、金屬基復合材料板、激光焊接板材等。 5、結(jié)束語 隨著輕量化材料技術(shù)，包括生產(chǎn)工藝、裝配、連接、材料性能等的不斷發(fā)展和成熟，針對不同輕質(zhì)材料的不同性能，進行多材料混合結(jié)構(gòu)設計，即同一部件的組成零件可由不同材料制造，以實現(xiàn)所用的材料與零件功能達成最佳組合，已經(jīng)成為未來汽車設計發(fā)展的方向。目前汽車輕量化技術(shù)還處于很不成熟的階段，未來將有很大發(fā)展前景。