輕量化部件在汽車改裝中的應用分析

陳 珍，李 銳

（1.湖北工業職業技術學院，湖北 十堰 442000；2.東風越野車有限公司，湖北 十堰 442000）

前言

輕部件在汽車上的安裝改造，就是在保證汽車的堅固穩定性能和安全性能的前提下，最大限度地降低汽車的整體裝備質量。進一步地提高汽車的牽引和制動的能量，減少燃料消耗，降低排氣污染，同時針對環保和節能方面，汽車零部件輕量化無疑是新時代汽車行業發展的必由之路。

1 適合做汽車輕量化部件的材料的選擇分析

1.1 復合材料—碳纖維

復合材料碳纖維的應用將成為未來車身輕量化的主要材料，主要用于車身結構件。此前，碳纖維通常運用在精密度航空航天領域。根據天上交通工具對于安全性和堅固性的高要求：碳纖維質量輕，硬度強，抗擊打能力高，耐腐蝕等優秀于傳統材料的特點顯現在人們的眼前[1]。例如碳纖維比較鋼材料來說就減重了60%，雖然比干鋼輕，但是強度卻是鋼材料的8倍，在保證足夠安全的前提下，降低了燃油率，平衡了新能源汽車中電池所帶來的重量，為節能減排提供了新思路。2015～2016年，德國是目前全球汽車輕量化材料使用比例最高的國家。碳纖維不僅可以進一步降低低鋼碳在汽車車身中的使用比例到原本的一半的20%，提升高強度鋼的占比至45%。因此碳纖維未來發展空間巨大。

雖然生產成本相對較高，但這是在新型輕量化能源和技術并沒有普及，技術還未達到成熟的狀態下，汽車整體材料用料中占比僅有4%。據了解，2020年以后，碳纖維復合材料的成本將會有所下調，為汽車部件輕量化進一步發展提供了原材料和良好思路[2]。

1.2 復合材料—玻纖維

玻纖復合材料是改性增強材料，簡單理解就是將整塊的玻璃進行研磨，研磨成極細膩的狀態，在尼龍樹脂中加入一計量的玻璃纖維進行增強。與普通的純尼龍相比，玻纖維的鋼性，耐疲勞強度和承受高溫的強度更大，密度小，易成型，抗震等突出的物理性質，使之因此被廣泛的應用于航空航天等高精密的科學太空領域。也因為成本低價格便宜這樣接地氣的特點漸漸進入普通人家的生活，已經逐漸轉向汽車機械等領域。同時，作為新型的汽車輕量化材料，玻纖維的價格成本要比太纖維便宜很多，玻纖維更適合制成汽車非結構件，例如很多國外知名汽車生產商已經將汽車前端模塊，車門模塊，電池托架，儀表盤，保險杠梁等汽車零部件進行玻纖維輕量化替代處理[3]。由此可見，我國玻纖維材料很有發展空間。

2 用輕量化部件改裝汽車的優點

2.1 輕便美觀，減少磨損

對于21世紀的汽車來講，并不僅僅是一個簡單的代步工具。汽車也許承載著更加重大的意義，它可以被看作是一個人社會地位的象征，也可以被看作是一個家庭的成員。所以汽車所承擔的角色變得更加復雜。除了追求性能的同時，輕便美觀成為消費者在購買汽車時是很看重的一個因素，有時甚至會因為汽車的外在舒心美觀而降低對于性能的標準。

而上文所提到的輕量化部件材料——玻纖維就可以在保證汽車基礎性能的同時，升級汽車的外觀。因為玻纖維密度小，易成形，可以替代汽車現有的非結構部件。例如用輕量化復合材料制成的保險杠梁使得其承擔安全性能的同時，使其同時更加輕便美觀，減小磨損，這對于愛車人士來說是一件十分令人振奮的消息。因此，輕量化汽車零部件十分必要。

2.2 安全性與舒適性

首先，汽車車身輕量化可以將車體整體的中心向下偏移，使汽車底盤更穩，大幅度提升了汽車操縱的穩定性，使車輛運轉更加安全，穩定。通過碳纖維復合材料的替代使用，對于碰撞摩擦產生的能量進行的吸收率是其他普通傳統運用金屬的三四倍，可以降低產熱，從而保證汽車爆炸方面的安全進一步完善和增強。同時，碳纖維復合材料以及玻纖維復合材料都具有相較傳統運用金屬更高的疲勞強度，可達60～80%，使汽車運用時效方面更具持久性和實效性。在汽車啟動時，不可避免的振動及摩擦在碳纖維的作用下振動阻尼可以有效減緩振動幅度并且減少振動時長，因此對于整車NVH的減少可增強行駛舒適性。

2.3 降低運行阻力，減少牽引和制動需要的能量

汽車發動并快速運行受到多方面因素影響。簡單來說，汽車運行是發動機做功將產生的熱能轉換成動能，克服與地面形成產生的摩擦力，多余的熱能以熱量的形式轉換。而要想節能減排，一方面要從汽車自身做功的功率來說，另一方面要從降低運行主力來說。首先就是要提高制動做功的效率。這一點并不在今天輕量化汽車零部件的討論范圍之內，因為這樣的新型解決措施不致力于提高動力，而在于減少阻力。

那么從另一方面來看，輕量化汽車零部件可以降低減少汽車自身重量。這作為物質自身的屬性，質量越大，所需讓其運動的力就越大，同時，質量越大，慣性越大，所以說用輕便的復合材料進行替換。不僅可以減少自身重力帶來的更大的摩擦阻力，還可以同時減小車身慣性，保障安全，那么減小阻力，哪怕在不提高做工效率的情況下，也可以降低整體需要的能量，從而做到節能減排。

2.4 節能減排，降低污染

當前我國機動車污染物排放量已超4 500萬噸。根據習近平總書記提出的科技強國，堅持可持續發展戰略，節能環保已然成為全國乃至全世界的重要課題。因此，加速尋找道輕便、安全、穩定、普遍的輕量化材料進行更新換代已經迫在眉睫。

根據數據調查顯示，每輛汽車每減輕自身重量的10%，燃油消耗可節省7%，如果用碳纖維股復合材料代替鋼材料，車體的重量就可減輕300 kg，燃油效率提高原來的36%，二氧化碳排放量也隨之減少。若減重20%～30%，每車每年二氧化碳的排放量就可以減少0.5噸，這樣一來，不僅降低了使用能量的成本，也可以使環境更加綠色環保，真正做到綠水青山就是金山銀山的長遠發展理念。要發展，要向著更好的享受資源方向發展，更要向著長遠持久的方向發展。而汽車部件輕量化就是必由之路。

3 輕量化汽車部件的改進與發展

3.1 資源開發

碳纖維可以通過高分子有機纖維的固相碳化或者低分子烴類的氣相熱分解來制取。重點在于儀器的精確率，實際操作其實并沒有特別困難[4]。玻纖維也是普通的玻璃進行水域加熱制成的。所以說這兩種具有代表意義并且相對來說應用廣泛，具有大量開發的可實施性。

3.2 利用率

對于上文提到的新型輕量化汽車零部件的復合材料，碳纖維和玻纖維之前很長一段時間都被更多的應用在極為精準，要求極高的航空航天領域。從全國汽車制造材料應用統計來看，2016年的復合材料總體占比不到10%，但是到了2017年，復合材料整體占比就有了明顯提升。可見不論是從更加安全舒適的角度來看，或者節能減排的方面來講，輕量化汽車零部件都是我們國家正在致力的任務和工作，因為這些復合原料的獲取方式還有待進一步開發利用，現在我們也只是處于新型材料的初步發展階段，但是穩步提升的利用率讓我們看到了輕量化汽車零部件發展的光明前景。

3.3 國際趨勢

作為歐洲汽車大國，傳統的汽車制造高水平國家，從近幾年的數據來看，輕量化汽車零部件的運用可以看出，越來越多的替代了原來傳統的鋼材的使用。而同時作為汽車生產以及出口強國的日本也在近幾年，生產汽車總量中，發現了輕量化復合原料的身影，而且使用率也在逐年增加。所以說，為了節能減排，節約資源，堅持可持續發展，并且保證安全性和舒適性的各項要求，國際大趨勢已經開始向著輕量化復合原料替代傳統鋼材料進行轉型。不單單是我們國家，很多先進的國家都正處于初步的探索階段，還需要不斷在摸索中完善。

4 結語

隨著世界科技的不斷進步，人們越來越多的不僅僅停留在一味地追求發展，不論是20世紀的英國工業革命給人們帶來的經驗教訓還是近年來中國尋求發展時對地球造成的危害和創傷，都讓人們更深刻地感受到，要發展，而且要長久持續的健康發展。對于輕量化汽車部件的應用來看，這是一個必然的發展趨勢。上文提到的資源來源，應用優勢和發展前景，詳盡地闡述了輕量化汽車部件的重要意義，我們在意識到這個問題之后，將會不斷地在發展中進步，用探索推動更良性的發展。