關于汽車輕量化技術的發展現狀探討

張蕓

摘要：安全、環保、節能是目前汽車行業十分關注的重要話題，為了實現這3個目標，許多企業開始引入汽車輕量化技術。汽車輕量化技術可以對商用汽車的燃油經濟性進行完善并促進乘用車的節能減排。

關鍵詞：汽車輕量化；材料；燃料經濟性

中圖分類號U4 文獻標識碼A 文章編號2095-6363（2016）06-0003-01

國家統計局公布的2015年國民經濟運行數據顯示，2015年12月，全國汽車產銷量分別為2 450.33萬輛和2 459.76萬輛，同比增長3.3%和4.7%，自2013年以來持續3年超過2 000萬輛，全球汽車保有量已經超過10億輛。無論是從國內還是從國外來看，汽車產業對拉動經濟增長有著十分重要的作用，但同時也對生態環境和能源開發造成日益惡化的影響。在能源方面，西方權威媒體報道顯示，從21世紀20年代中期開始，石油供給將會減少。汽車輕量化技術運用的目的就是希望通過提高汽車能源的使用效率來減少化石能源的使用量和廢氣排放量，從而緩解緊張的環境問題和能源問題。

1.輕量化是環保、安全、節能的重要措施

國家統計局公布的2015年國民經濟運行數據顯示，2015年12月，全國汽車產銷量分別為2 450.33萬輛和2 459.76萬輛，同比增長3.3%和4.7%，自2013年以來持續3年超過2 000萬輛，全球汽車保有量已經超過10億輛。無論是從國內還是從國外來看，汽車產業對拉動經濟增長有著十分重要的作用，但同時也對生態環境和能源開發造成日益惡化的影響。在能源方面，西方權威媒體報道顯示，從21世紀20年代中期開始，石油供給將會減少。目前，我國原油的進口依賴度仍然接近50%。日本、北美和歐盟等國家已經制定了嚴格的經濟性燃油指標，并對民用汽車尾汽排放的相關指標提出要求。以美國為例，乘用車的消耗量被規定為11.8km/L；輕型貨車不低于8.80km/L。日本在2010年規定乘用車燃油消耗量不低于15km/L，相比于1995年下降了22.8%，柴油乘用汽車相比于2005年下降14.9%，達到目前的12km/L。為了應對由溫室效應引起的全球氣候變暖問題，在聯合國氣候變化框架公約參加國三次會議上，140多個成員國簽訂了《京都議定書》，進一步限制了二氧化碳的排放量。2004年9月，中國發布《乘用車燃料消耗量限制標準》這是我國首次對汽車油耗量實行強制性的規定?！稑藴省芬幎ǎ?010年，乘用汽車平均油耗量相比于2003年降低15%。2008年4月，交通運輸部發布了營運貨車和營運客車燃料消耗量測量及限制方法。同此可見，提高安全性、減少排放、降低油耗是當前世界汽車行業共同面對的重要課題。

減少排放、提高燃油的經濟效益、降低油耗有多種方式。目前，國際上解決汽車環保節能問題的主要方式有以下有3種：一是新能源車型的開發，通過氣態燃料、煤基燃料、生物質燃料的推廣與使用結合更加高效的發動機制造工藝來擺脫對化石燃料的依賴并提高燃料的燃燒效率；二是改良發動機的制造工藝，運用相關新型材料和先進的制造技術來改善化石燃料的經濟性；三是發展汽車輕量化技術，在保障汽車基本性能和安全性的前提下，通過降低汽車自身重量來實現燃料的節約。然而在當前的技術水平下，發動機燃油燃燒效率的提高已經到達瓶頸，尤其對于一些在傳統工藝下生產的汽車來說，將汽車輕量化技術作為減排、節能的主導，可以大規模推動相關技術的普及。

2.實現方案

汽車輕量化技術實質上是輕量化制造技術、輕量化材料、輕量化設計的集成應用。目前來看，汽車輕量有兩條實現途徑。

一是優化整車結構設計，其現實手段包括設計全新結構、結構集成化以減少零件使用量、采用部分零件中空化的方式來除去冗余的部分等；二是材料優化設計，開發并使用強度高、低密度的新型材料來代替傳統的鋼鐵材料。以上兩種方法相互作用，相輔相成。

輕量化材料即用來減輕汽車自身重量的材料，這種材料主要包括2類：一類是低密度材料，如塑料、鈦合金、鎂合金、鋁合金等，這類材料主要用于轉向盤骨架、改動機氣缸體等非結構件；另一類是用來減少面板厚度的高強度材料，這種材料主要包括3類：一類是類似于四門兩蓋的外覆蓋件；二是車身本身；三是像副車架和發動機架之類的懸掛件等。

當前汽車制造工藝正在向輕量化的方向邁進，更加注重低成本、優質、合適、安全等方面的設計。車身的輕量化，一定要實現車身性能的最佳組合。通過改變結構的方式來優化動態鋼度。降低車身重量，提高被動安全性，一定要讓均勻結構處于最佳載荷變化范圍。在車身輕量化方面，采用新型制造工藝，利用輥壓成型、液壓成形等技術來減輕車身重量。第三是采用堅硬輕質的材料，利用鋁美合金、高強度鋼等復合材料來減輕車身重量。

3.高強度鋼的運用

目前，鋼鐵企業與汽車企業的合作越來越緊密，新型高強度鋼板材料在汽車輕量化中不斷得到應用與開發。鋼鐵材料是國內汽車輕量化材料中運用最廣泛的一種。汽車鋼材主要分為2類：一類是合金結構鋼，廣泛用于汽車懸架系統、傳動系統和發動機系統的主要構件，包括齒輪鋼、彈簧鋼、非調制鋼等；另一類是先進高強度鋼，廣泛用于汽車車身及車身內外板結構件。汽車工業在輕量化方面越來越倚重高強度鋼板技術的使用，對鋼鐵材料也提出比較高的要求。其中外覆蓋件要求表面鍍層、高表面質量、合適的燒烤石化值、高延展性、低屈強比。復雜零件要求鋼板具有良好的成形性能、高伸長率和良好的超深沖性。安全結構件要求碰撞變形小、高屈強比和高強度等。高強度鋼的制造技術包括激光拼焊技術。鋁鎂合金的成型技術，如半固態成型技術、低壓鑄技術、擠壓成形技術等。非金屬材料成型技術，如氣輔成型技術等。合理利用這些技術可以從材料輕量化的角度出發來實現設計輕量化。

4.輕量化結構的安全性與可行性

在保證車輛原有性能的基礎上，汽車輕量化技術既要減輕結構重量也要保證汽車在行駛中的安全性，汽車的安全性體現在汽車的抗振性、耐撞性和和舒適性等方面。將汽車結構進行輕量化處理后，由于汽車質量變小，在出現碰撞時慣性變小致使制動距離減少。同時，超強可塑性材料的使用會大大降低沖擊力，讓汽車在出現事故時將損害降至最低。通過輕量化處理所制造出來的汽車，其底盤的質量會降低，在路況不佳的情況下會減少車身的顛簸，并降低車身的作用力，不僅提高了安全性也提高了舒適性。從汽車結構方面著手進行的汽車輕量化工程可以從根本上降低汽車的質量。對汽車動力傳動、底盤、車身等制造技術進行改良與開發，對其進行模塊化設計并對大型零部件進行專門加工。建立專家系統和相關知識庫、對典型和常用的相關模塊進行參數化設計。為常用零部件模塊建立模塊化方案和數據庫，可以現實汽車在制造過程中的各個環節都有可靠的數據指導和技術支持，為汽車輕量化工程奠定技術基礎。

5.結論

輕量化技術尤其是輕量化材料應用技術，是目前我國汽車輕量化工程的關鍵技術，提升傳統汽車的碰撞安全性和燃油經濟性對于我國節能減排工作有著十分重要的意義。在材料的選用方面，我們用新型的材料來代替傳統的材料，比如，高強度輕質材料、陶瓷材料、塑料聚合物材料、有色金屬材料、鎂鋁合金等材料等；或是相同彈性、相同密度、厚度較小但工藝性能優良的高強度鋼等。相關技術的研發與創新需要國內有條件的汽車企業共同來推進，為我國的汽車產業現代化貢獻力量。