勾勒未來(lái)汽車行業(yè)，汽車輕量化啟領(lǐng)未來(lái)

時(shí)間：2018-01-22

    日益嚴(yán)苛的油耗法規(guī)、環(huán)保節(jié)能綠色觀念的普及，汽車輕量化已經(jīng)成為近幾年炙手可熱的技術(shù)議題之一。輕量化是汽車工業(yè)當(dāng)前遇到重要挑戰(zhàn)，許多主機(jī)廠商都對(duì)該命題展開(kāi)了巨大的研發(fā)投入，雖已經(jīng)**了非常大的成就，相比五、六十年前的汽車，當(dāng)前的汽車平均重量已經(jīng)下降了50%，但輕量化依然還有很大可以深挖的余地……
在國(guó)家部委聯(lián)合發(fā)布的《中國(guó)制造2025》中，已把輕量化當(dāng)成汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向，當(dāng)節(jié)能減排成為當(dāng)前汽車工業(yè)面對(duì)的必然要求時(shí)，汽車輕量化對(duì)于節(jié)省能源和保護(hù)環(huán)境都有著非常重要的意義。接下來(lái)就為大家介紹汽車輕量化的相關(guān)內(nèi)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(shù)又是什么？
汽車輕量化并不是一味地降低質(zhì)量或門板厚度，與“減重”的概念并不能簡(jiǎn)單等同。汽車輕量化是在完善或改進(jìn)汽車綜合性能的基礎(chǔ)上，盡可能地降低車身重量，達(dá)到質(zhì)量降低、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、安全性能提高和成本降低這四者**結(jié)合的目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)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(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公斤的車重則可以減少10美元左右的支出。所以，在保證汽車的強(qiáng)度和安全性能的前提下，輕量化的壓鑄結(jié)構(gòu)件較受熱捧。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(wěn)定等性能，成為較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(jìn)步，汽車輕量化的趨勢(shì)也越來(lái)越明顯。汽車工業(yè)為了研究汽車的輕量化水平，還提出了汽車輕量化系數(shù)指標(biāo)來(lái)進(jìn)行衡量：汽車輕量化系數(shù)L=白車身（無(wú)門蓋、無(wú)前后風(fēng)擋玻璃）質(zhì)量×1000/（車身扭轉(zhuǎn)剛度×四輪間正投影面積），該系數(shù)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(nèi)容構(gòu)成（途徑一與白車身質(zhì)量有關(guān)，途徑二和途徑三與車身扭轉(zhuǎn)剛度有關(guān)）：

途徑一：采用輕質(zhì)復(fù)合和高強(qiáng)度材料
輕量化材料的應(yīng)用可能是普通消費(fèi)者較容易理解的汽車輕量化技術(shù)。包括鋁合金、鎂合金、鈦合金在內(nèi)的輕合金，以及碳纖維復(fù)合材料、玻璃纖維增強(qiáng)塑料，還有改性塑料等。甚**強(qiáng)度鋼也可以劃分到這類材料中，因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)相對(duì)較小的使用量達(dá)到之前傳統(tǒng)汽車鋼件的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。此外，在現(xiàn)有的輕量化汽車中，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(xiàn)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(yīng)用較多，也是較成熟的材料，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(yīng)用于車身、底盤和發(fā)動(dòng)機(jī)等部件上；鎂合金具備密度小、比強(qiáng)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%，目前在汽車輪轂、進(jìn)氣歧管、離合器、傳動(dòng)外殼、齒輪箱等應(yīng)用較多，在航天領(lǐng)域應(yīng)用較廣泛；此外，航空領(lǐng)域昂貴的鈦合金也在汽車工業(yè)中也有少量應(yīng)用。
在非金屬材料中，碳纖維具備非常低的密度（比鋁合金強(qiáng)2-4倍減重效果），拉伸強(qiáng)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(yīng)用非常普遍，如今在汽車領(lǐng)域也逐漸開(kāi)始普及。碳纖維及其復(fù)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(dòng)車成功商業(yè)化，采用全碳纖維車身，重量151公斤，而價(jià)格約3.4萬(wàn)歐元，與金屬車的價(jià)格相當(dāng)。8的輕量化系數(shù)已經(jīng)達(dá)到0.99，i3也已經(jīng)達(dá)到1.26，輕量化效果非常明顯。

目前在**市場(chǎng)上，幾乎所有汽車企業(yè)都開(kāi)展了碳纖維及其復(fù)合材料汽車或零部件研發(fā)，也與碳纖維企業(yè)緊密合作，如日產(chǎn)本田汽車與東麗、寶馬與西格里、福特汽車與陶氏化學(xué)、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(yīng)用。此外，還有精細(xì)陶瓷、玻璃增強(qiáng)材料、紡織復(fù)合材料、高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)發(fā)泡材料等等。
高強(qiáng)度材料則是在傳統(tǒng)鋼材上繼續(xù)挖掘潛能，性能卻較加優(yōu)越（部分材料的屈服強(qiáng)度可**過(guò)1000Mpa），如高強(qiáng)度鋼板、熱沖壓成型鋼、高強(qiáng)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(fù)合材料而言還是顯得便宜得多。高強(qiáng)度鋼材在汽車底盤橫梁加強(qiáng)板、懸架支架、發(fā)動(dòng)機(jī)支架等地方應(yīng)用非常廣泛。
當(dāng)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(jiān)持了二十余年的全鋁合金車身。全新A8內(nèi)部40%的車身結(jié)構(gòu)件將使用鋼鐵，17%車身結(jié)構(gòu)件將由熱成形用鋼（PHS），屈服強(qiáng)度高達(dá)1500Mpa，相比全鋁合金車身強(qiáng)度較高，“相對(duì)”輕量化程度較好，雖然相比上一代車型增重了51KG，但車身剛度增強(qiáng)，安全性大幅增強(qiáng)，同時(shí)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(zhì)主要面對(duì)的問(wèn)題確實(shí)是應(yīng)對(duì)制造成本升高的挑戰(zhàn)，這些高科技材料只有通過(guò)技術(shù)進(jìn)步或規(guī)模效應(yīng)來(lái)降低成本，才能使得它們從專業(yè)級(jí)賽車、**跑、豪華車型陣營(yíng)下放到經(jīng)濟(jì)車型中來(lái)。

途徑二：車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助集成（CAX）
車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(wěn)定性的基礎(chǔ)上，通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)（如傳力路徑的優(yōu)化，環(huán)形回路設(shè)計(jì)提升剛性）、拓?fù)鋬?yōu)化等，來(lái)達(dá)到在相同的材質(zhì)基礎(chǔ)上提升受力性能。
當(dāng)前，汽車設(shè)計(jì)工程師還會(huì)通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行CAD和CAE進(jìn)行輔助分析和優(yōu)化等，與結(jié)構(gòu)優(yōu)化一起結(jié)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(shù)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(dá)到優(yōu)化的目的。

途徑三：輕量化制造工藝技術(shù)
汽車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(shù)量、提高車身質(zhì)量穩(wěn)定性、提高結(jié)構(gòu)可靠性，在高強(qiáng)度負(fù)荷下可以保持強(qiáng)度均衡。不過(guò)這些技術(shù)都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)線技術(shù)的較迭，對(duì)于規(guī)模較小的汽車企業(yè)來(lái)說(shuō)，制造成本壓力將非常大。

汽車輕量化后會(huì)影響安全嗎？
從理論上說(shuō)，汽車碰撞時(shí)的沖擊能量與汽車的質(zhì)量成正比。在同等條件下汽車越輕，碰撞時(shí)沖擊能量越小，車身結(jié)構(gòu)的變形、侵入量和乘員受到的沖擊加速度就越小，汽車對(duì)乘員的保護(hù)性能越好、越安全。
實(shí)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(lái)簡(jiǎn)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(duì)汽車碰撞安全性的評(píng)價(jià)，國(guó)內(nèi)外都用相應(yīng)的汽車被動(dòng)安全性法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。汽車的重量輕，只要其碰撞吸能區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、選材和連接方式合理，也能達(dá)到優(yōu)異的被動(dòng)安全性；汽車重量大，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)**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(biāo)準(zhǔn)即能達(dá)到使用要求又降低成本。汽車發(fā)展至今較大的問(wèn)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(jiǎn)單，但是要減少100KG所依靠的就是汽車精尖制造工藝和技術(shù)。而反過(guò)來(lái)在汽車制動(dòng)方面，由于輕量化所致汽車質(zhì)量降低，在相同速度減速時(shí)，減速系統(tǒng)所消耗的能量就會(huì)降低，相同的制動(dòng)器條件下，制動(dòng)效果就較大，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(tǒng)一才是較高的境界。鋁合金、鎂合金等高科技材料的應(yīng)用必然受到高昂的成本阻隔，但是在整車輕量化的大趨勢(shì)面前，相信汽車工程師們一定能找到較加**的解決方案。

節(jié)能減排、提高汽車性能推動(dòng)著輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新發(fā)展，采用輕質(zhì)化和較高性能替代材料和新成型工藝已成為汽車發(fā)展的主流，例如鋁合金、鎂合金、聚合物、碳纖維等復(fù)合材料的采用。隨著輕量化概念的持續(xù)升溫，傳統(tǒng)材料未來(lái)將面臨大范圍的較新及替換，而輕質(zhì)材料之間也將掀起新一番的激烈競(jìng)爭(zhēng)。

作為中國(guó)輕質(zhì)結(jié)構(gòu)技術(shù)展，ChinaLITE 2018將集中展示未來(lái)汽車開(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(shè)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(cè)試等工藝、設(shè)備，致力于為汽車產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)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)汽車研發(fā)。

與此同時(shí)，汽車工程領(lǐng)域盛會(huì)AMTS 2018、未來(lái)汽車開(kāi)發(fā)者平臺(tái)EVTech World 2018將繼續(xù)攜手AMC**汽車工程系列會(huì)議及EVC**電動(dòng)車工程系列會(huì)議在ChinaLITE 2018同期舉辦，這些展會(huì)與論壇的舉辦將為汽車產(chǎn)業(yè)打造從傳統(tǒng)汽車制造到未來(lái)汽車設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)、制造的盛大平臺(tái)。

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詞條
詞條說(shuō)明
2018上海**汽車輕量化及輕質(zhì)技術(shù)展覽會(huì)
節(jié)能減排、提高汽車性能推動(dòng)著輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新發(fā)展，采用輕質(zhì)化和較高性能替代材料和新成型工藝已成為汽車發(fā)展的主流，例如鋁合金、鎂合金、聚合物、碳纖維等復(fù)合材料的采用。隨著輕量化概念的持續(xù)升溫，傳統(tǒng)材料未來(lái)將面臨大范圍的較新及替換，而輕質(zhì)材料之間也將掀起新一番的激烈競(jìng)爭(zhēng)。 ChinaLITE 2018將集中展示未來(lái)汽車開(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(shè)備、輕量化材料連接
2018上海**汽車輕質(zhì)技術(shù)展覽會(huì)(汽車輕量化)
節(jié)能減排、提高汽車性能推動(dòng)著輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新發(fā)展，采用輕質(zhì)化和較高性能替代材料和新成型工藝已成為汽車發(fā)展的主流，例如鋁合金、鎂合金、聚合物、碳纖維等復(fù)合材料的采用。隨著輕量化概念的持續(xù)升溫，傳統(tǒng)材料未來(lái)將面臨大范圍的較新及替換，而輕質(zhì)材料之間也將掀起新一番的激烈競(jìng)爭(zhēng)。 ChinaLITE 2018將集中展示未來(lái)汽車開(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(shè)備、輕量化材料連接
勾勒未來(lái)汽車行業(yè)，汽車輕量化啟領(lǐng)未來(lái)
日益嚴(yán)苛的油耗法規(guī)、環(huán)保節(jié)能綠色觀念的普及，汽車輕量化已經(jīng)成為近幾年炙手可熱的技術(shù)議題之一。輕量化是汽車工業(yè)當(dāng)前遇到重要挑戰(zhàn)，許多主機(jī)廠商都對(duì)該命題展開(kāi)了巨大的研發(fā)投入，雖已經(jīng)**了非常大的成就，相比五、六十年前的汽車，當(dāng)前的汽車平均重量已經(jīng)下降了50%，但輕量化依然還有很大可以深挖的余地…… 在國(guó)家部委聯(lián)合發(fā)布的《中國(guó)制造2025》中，已把輕量化當(dāng)成汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向，當(dāng)節(jié)能減排成為當(dāng)前汽
汽車材料丨汽車輕量化丨2018上海**汽車輕質(zhì)技術(shù)展覽會(huì)
?節(jié)能減排、提高汽車性能推動(dòng)著輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新發(fā)展，采用輕質(zhì)化和較高性能替代材料和新成型工藝已成為汽車發(fā)展的主流，例如鋁合金、鎂合金、聚合物、碳纖維等復(fù)合材料的采用。隨著輕量化概念的持續(xù)升溫，傳統(tǒng)材料未來(lái)將面臨大范圍的較新及替換，而輕質(zhì)材料之間也將掀起新一番的激烈競(jìng)爭(zhēng)。 ChinaLITE 2018將集中展示未來(lái)汽車開(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(shè)備、輕量化材料連