汽車輕量化技術的研究與進展探析

孟召軍

凱勒（南京）新材料科技有限公司 江蘇南京 211505

隨著經濟社會的發展，人們的生活水平不斷提高，家庭汽車保有量持續增長，這一方面給人們的日常出行帶來了極大的便利，而另一方面又引發了能源損耗、環境污染等問題。近年來的研究表明，汽車輕量化是減少能耗、降低污染的有效手段之一，同時還有利于改善汽車性能，提升汽車的運行質量，對汽車產業的發展具有重要的現實意義。因此，進入新世紀以來，全球各國都加大了汽車輕量化技術的研究與應用。

1 汽車輕量化的研究意義

近年來，汽車生產技術取得了長足的進步，人們對其綜合性能的要求也在不斷提高，同時為了實現經濟社會的可持續發展，汽車輕量化逐漸成為一種趨勢，這樣一來，不僅汽車的油耗有所降低，尾氣排放量也可以得到更好的控制，從而起到保護環境的作用。要想實現汽車的輕量化，首先要從新材料的研發入手，開發高強度、低能耗的高效汽車材料。可以說，汽車生產技術的進步離不開高性能材料的應用。研究表明，汽車整車重量減少十分之一，油耗量可減少7%左右，而且汽車輕量化還可以大幅提升汽車的加速性能，系統穩定性、可靠性等也能夠得到明顯的改善。統計數字表明，汽車車身、底盤、發動機等可占到汽車總重的三分之二。其中，車身的重量又是占比最高的，因此，降低車身的重量對汽車輕量化的實現有著重要意義。總的來講，要想實現汽車輕量化，需要從車身材料入手，研究低能耗、高強度的綠色環保材料，以此提升汽車的總體性能[1]。

2 汽車輕量化的主要措施

2.1 結構的輕量化

隨著數字化、智能化技術的廣泛應用，計算機輔助技術已經深入到汽車生產、制造的整個流程當中，對于汽車產業的發展起到了重要的推動作用。在輕量化過程中，結構的輕量化是其中的重要組成部分，利用計算機軟件對已有的汽車結構進行改進、優化，能夠在確保車輛安全性的前提下，減少總體質量并且提升綜合性能。通過計算機輔助軟件的應用，可在虛擬環境下對汽車結構的強度、柔韌度等參數進行設計，進而實現車輛總體性能的仿真評估，從而確保了汽車輕量化過程中不會影響到最終的安全性能。此外，在虛擬環境下，可進行碰撞仿真實驗，以此對碰撞事故的發生進行模擬，雖然所得數據趨于理想化，但其結果仍然有著很高的參考價值，尤其在結構的優化設計中，仍然具有重要的意義[2]。通過計算機輔助技術的應用，大大縮短了產品研發周期，為汽車結構的輕量化提供了可能。

2.2 材料的輕量化

材料科技的發展，使得汽車、飛機等工業產品從理論化設計轉化為實際應用，進而實現規模化生產。可以說，材料科技是諸多學科從理論變為實際的必要前提，是一個企業、乃至一個國家提升核心競爭力的關鍵。塑料和復合材料是近年來最熱門的研究方向之一，已被應用到多個行業領域。比如：在飛機制造中，碳纖維復合材料就得到了廣泛的應用，不僅實現了飛機的輕量化，提升了總體的安全性，還帶來了更高的經濟效益和社會效益。對于汽車生產來說，同樣要重視材料的輕量化，很多專家都認為塑料和復合材料的應用將是汽車輕量化的重要途徑。若想通過材料的優化來減輕車身重量，并提升汽車的安全性、舒適性，就必須讓塑料和復合材料逐步取代部分金屬構件。

3 復合材料與汽車輕量化

3.1 復合材料特點

復合材料，主要是利用物理或化學手段將多種不同特性的材料集合到一起，從而獲得新的性能。通過復合材料的大量應用，能夠有效減輕汽車重量，汽車輕量化才能得以實現。一般來說，復合材料具有以下特點：

（1）密度小、質量輕。在汽車的輕量化生產中，金屬材料往往需要通過降低強度、硬度等措施來優化車身結構，進而減少車輛的總質量。通過對復合材料的研究發現，在相同尺寸下，其質量要遠低于金屬材料，尤其是碳纖維復合材料，不僅使得汽車的整體結構更加輕質化，在性能方面也能得到明顯的改善。

（2）研發的方向更加寬廣。材料技術的不斷進步，使得復合材料的研究前景更加寬廣。根據人們的不同需求，可以定制生產更具個性化的車身結構，以方便各種不同的運行狀況，不論是專業性還是應用性，都獲得了大幅增強[3]。

（3）安全性更高。金屬材料在使用中，難免會出現老化、磨損等情況，特別是長期暴露在惡劣環境下，更是會出現嚴重的老化問題，這必然會造成較大的安全隱患。復合材料的抗老化、耐腐蝕能力更強，其在汽車生產中的應用，可有效提升汽車的安全性能。

3.2 塑料和碳纖維復合材料的應用

塑料和碳纖維復合材料，已在汽車生產中得到了較為廣泛的應用。汽車的儀表板、后備箱等部分，都開始用到塑料。考慮到單一塑料無法滿足現有的使用需要，復合材料的作用愈加凸顯出來。復合材料所具有的低密度、耐腐蝕、耐沖擊等特點，更好的滿足了汽車生產低重量、高強度等性能要求，在綜合性能方面更是實現了優化。比如，碳纖維復合材料有著非常理想的強度、剛度，可滿足底盤、車身等結構的性能需要。當前的新型電動汽車，外殼就普遍應用到了碳纖維復合材料，比傳統材料的重量大幅減輕。當然，我們也必須意識到，復合材料在汽車生產中的應用，給汽車輕量化的實現提供了一種有效的途徑，同時也對制造技術提出了更高的要求，如沖壓、焊裝等生產制造技術、管理形式等都必須做出相應的轉變。

4 結語

總的來說，隨著汽車工業的發展，帶來了更加嚴重的能源損耗、環境污染問題，這就使得汽車輕量化成為重要的研究方向。材料的輕量化，是汽車輕量化的重要途徑，應根據車輛的不同需要，選擇相應的材料。當然，只有將多種輕量化技術結合起來，才能充分展現輕量化的優勢，這就需要進一步加強集成化、系統化的設計研究。