一、節(jié)能減排需要汽車(chē)輕量化
要實(shí)現(xiàn)國(guó)家《節(jié)能與新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020年)》提出的第四階段油耗指標(biāo)5L/100km，輕量化是重要技術(shù)路徑之一。
汽車(chē)的行駛阻力與車(chē)重成正比，車(chē)重的不斷增加，會(huì)使汽車(chē)的能耗大部分消耗在自重上，而不是滿足客貨運(yùn)輸?shù)男枰?chē)輕量化能夠有效減緩因車(chē)載裝備的增加而導(dǎo)致汽車(chē)增重速度加快。世界鋁業(yè)協(xié)會(huì)報(bào)告指出，汽車(chē)自重每減少10%，燃油消耗可降低6%～8%。巴斯夫公司統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，汽車(chē)每減重100公斤，百公里油耗可降低0.4升、二氧化碳排放可減少1公斤。
所謂汽車(chē)輕量化，是在滿足汽車(chē)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)噪聲、被動(dòng)安全性和耐久性條件下的輕量化。通過(guò)優(yōu)化汽車(chē)結(jié)構(gòu)和零部件的用材，選擇合理的制造工藝，讓合適的材料、最優(yōu)的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸用在汽車(chē)合適的位置，充分發(fā)揮每一部分材料的承載、吸能、加剛作用，來(lái)有效減少汽車(chē)重量。
可見(jiàn)，汽車(chē)輕量化能夠有效改善汽車(chē)燃料經(jīng)濟(jì)性，提升汽車(chē)動(dòng)力性、制動(dòng)性能和通過(guò)性，降低有害氣體排放。同時(shí)，在不改變汽車(chē)結(jié)構(gòu)材質(zhì)的條件下，通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)使汽車(chē)輕量化，還可以節(jié)省原材料消耗，降低材料成本。
然而，近年來(lái)隨著消費(fèi)者對(duì)汽車(chē)安全、環(huán)保、舒適和智能化要求的不斷提高，像電子穩(wěn)定程序、牽引力控制系統(tǒng)、主動(dòng)避撞系統(tǒng)、自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)、衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)、尾氣后處理系統(tǒng)等大量新的系統(tǒng)和部件被安裝在汽車(chē)上，導(dǎo)致汽車(chē)的自重越來(lái)越大。因此汽車(chē)輕量化技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用就越來(lái)越重要。
二、輕量化與車(chē)輛安全性并不矛盾
汽車(chē)輕量化并不意味著降低汽車(chē)的安全性能和使用性能。只要設(shè)計(jì)、選材和制造工藝合理，輕量化完全能夠滿足國(guó)家汽車(chē)被動(dòng)安全性、行駛平順性、振動(dòng)噪聲標(biāo)準(zhǔn)以及耐久性要求，保證使用性能。近年來(lái)我國(guó)乘用車(chē)輕量化技術(shù)水平已經(jīng)得到了明顯提高，整備質(zhì)量平均降低5%～10%，但其被動(dòng)安全性并沒(méi)有下降，已經(jīng)從2000年前后的平均CNCAP3~4星級(jí)的水平，普遍提高到現(xiàn)在的CNCAP4~5星級(jí)水平，整車(chē)被動(dòng)安全性得到了大幅提升。
從理論上說(shuō)，汽車(chē)碰撞時(shí)的沖擊能量與汽車(chē)的質(zhì)量成正比。在同等條件下汽車(chē)越輕，碰撞時(shí)沖擊能量越小，車(chē)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(chē)對(duì)乘員的保護(hù)性能越好、越安全。
實(shí)際上，汽車(chē)的碰撞安全性不能用車(chē)的輕重和鈑金覆蓋件的薄厚來(lái)簡(jiǎn)單地衡量，汽車(chē)重不等于它的碰撞安全性就一定好，反之亦然。對(duì)汽車(chē)碰撞安全性的評(píng)價(jià)，國(guó)內(nèi)外都用相應(yīng)的汽車(chē)被動(dòng)安全性法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。汽車(chē)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(chē)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)取得好的被動(dòng)安全性。
汽車(chē)制動(dòng)時(shí)消耗的能量也與汽車(chē)質(zhì)量成正比，汽車(chē)越輕，在以相同初速度剎車(chē)時(shí)，制動(dòng)器要消耗的能量就越小，制動(dòng)減速度就越快，制動(dòng)距離越短，制動(dòng)性能就會(huì)有明顯改善，汽車(chē)主動(dòng)安全性會(huì)變好。因此，合理的汽車(chē)輕量化不僅不會(huì)降低汽車(chē)的安全性，還有利于汽車(chē)安全性能的提升。
三、輕量化的技術(shù)路徑
概括地說(shuō)，汽車(chē)輕量化主要有以下三種途徑：
一是汽車(chē)結(jié)構(gòu)的輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)，如結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化、尺寸優(yōu)化、形貌優(yōu)化和多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)等。
二是應(yīng)用高強(qiáng)度和輕質(zhì)材料;如應(yīng)用高強(qiáng)度鋼、先進(jìn)高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼，鋁鎂合金，工程塑料、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等。
三是采用先進(jìn)的輕量化制造工藝技術(shù)。如激光拼焊、輥壓成形、高強(qiáng)鋼熱成形、內(nèi)高壓成形等先進(jìn)制造技術(shù)，結(jié)構(gòu)膠粘接和異種材料鉚接等先進(jìn)連接技術(shù)。
上述三種途徑的有機(jī)結(jié)合與合理應(yīng)用，才能在控制成本、保證汽車(chē)性價(jià)比的前提下，有效實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的輕量化。
四、我國(guó)輕量化技術(shù)和應(yīng)用已取得突破
近些年，我國(guó)汽車(chē)輕量化技術(shù)有所突破，車(chē)企也日益重視輕量化技術(shù)，具體表現(xiàn)為以下四方面：
第一，汽車(chē)企業(yè)從原來(lái)的不太關(guān)注輕量化，到把輕量化作為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要指標(biāo)，多數(shù)企業(yè)制定了汽車(chē)輕量化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程，建立了汽車(chē)輕量化技術(shù)體系。
第二，汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)能力和水平不斷提高，已經(jīng)把拓?fù)鋬?yōu)化、多目標(biāo)優(yōu)化等現(xiàn)代結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于汽車(chē)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，優(yōu)化了汽車(chē)結(jié)構(gòu)，取得了良好的減重效果。
第三，輕量化材料應(yīng)用技術(shù)明顯提升。高強(qiáng)鋼應(yīng)用比例平均提高了20%左右;鎂鋁合金在汽車(chē)上的應(yīng)用比例也有一定提升，全鋁大客車(chē)車(chē)身、掛車(chē)、車(chē)廂和發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋板等產(chǎn)品相繼問(wèn)世；工程塑料、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在車(chē)身覆蓋件、內(nèi)外飾件、前端模塊上的應(yīng)用也越來(lái)越多。
第四，先進(jìn)的輕量化制造工藝技術(shù)得到了普遍應(yīng)用；高強(qiáng)鋼熱成形A柱、B柱加強(qiáng)板、前防撞橫梁、車(chē)門(mén)防撞梁等；內(nèi)高壓成形前、后副車(chē)架、扭力梁、吸能盒；三維輥壓成形門(mén)檻加強(qiáng)板，中通道、地板橫梁等，均已經(jīng)開(kāi)始在自主品牌汽車(chē)上得到應(yīng)用。
上述輕量化設(shè)計(jì)、用材和先進(jìn)制造工藝方面的技術(shù)成果均已應(yīng)用在自主品牌汽車(chē)上，讓合適的材料、合理的結(jié)構(gòu)用在汽車(chē)合適的位置，優(yōu)化了汽車(chē)碰撞時(shí)的緩沖、吸能和能量流傳遞路徑，在自主品牌整車(chē)重量明顯降低的情況下，提高了整車(chē)碰撞安全性。近年來(lái)，許多新上市的自主品牌車(chē)型的被動(dòng)安全性均達(dá)到CNCAP5星級(jí)水平?！ ?/p>
要實(shí)現(xiàn)國(guó)家《節(jié)能與新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020年)》提出的第四階段油耗指標(biāo)5L/100km，輕量化是重要技術(shù)路徑之一。
汽車(chē)的行駛阻力與車(chē)重成正比，車(chē)重的不斷增加，會(huì)使汽車(chē)的能耗大部分消耗在自重上，而不是滿足客貨運(yùn)輸?shù)男枰?chē)輕量化能夠有效減緩因車(chē)載裝備的增加而導(dǎo)致汽車(chē)增重速度加快。世界鋁業(yè)協(xié)會(huì)報(bào)告指出，汽車(chē)自重每減少10%，燃油消耗可降低6%～8%。巴斯夫公司統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，汽車(chē)每減重100公斤，百公里油耗可降低0.4升、二氧化碳排放可減少1公斤。
所謂汽車(chē)輕量化，是在滿足汽車(chē)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)噪聲、被動(dòng)安全性和耐久性條件下的輕量化。通過(guò)優(yōu)化汽車(chē)結(jié)構(gòu)和零部件的用材，選擇合理的制造工藝，讓合適的材料、最優(yōu)的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸用在汽車(chē)合適的位置，充分發(fā)揮每一部分材料的承載、吸能、加剛作用，來(lái)有效減少汽車(chē)重量。
可見(jiàn)，汽車(chē)輕量化能夠有效改善汽車(chē)燃料經(jīng)濟(jì)性，提升汽車(chē)動(dòng)力性、制動(dòng)性能和通過(guò)性，降低有害氣體排放。同時(shí)，在不改變汽車(chē)結(jié)構(gòu)材質(zhì)的條件下，通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)使汽車(chē)輕量化，還可以節(jié)省原材料消耗，降低材料成本。
然而，近年來(lái)隨著消費(fèi)者對(duì)汽車(chē)安全、環(huán)保、舒適和智能化要求的不斷提高，像電子穩(wěn)定程序、牽引力控制系統(tǒng)、主動(dòng)避撞系統(tǒng)、自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)、衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)、尾氣后處理系統(tǒng)等大量新的系統(tǒng)和部件被安裝在汽車(chē)上，導(dǎo)致汽車(chē)的自重越來(lái)越大。因此汽車(chē)輕量化技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用就越來(lái)越重要。
二、輕量化與車(chē)輛安全性并不矛盾
汽車(chē)輕量化并不意味著降低汽車(chē)的安全性能和使用性能。只要設(shè)計(jì)、選材和制造工藝合理，輕量化完全能夠滿足國(guó)家汽車(chē)被動(dòng)安全性、行駛平順性、振動(dòng)噪聲標(biāo)準(zhǔn)以及耐久性要求，保證使用性能。近年來(lái)我國(guó)乘用車(chē)輕量化技術(shù)水平已經(jīng)得到了明顯提高，整備質(zhì)量平均降低5%～10%，但其被動(dòng)安全性并沒(méi)有下降，已經(jīng)從2000年前后的平均CNCAP3~4星級(jí)的水平，普遍提高到現(xiàn)在的CNCAP4~5星級(jí)水平，整車(chē)被動(dòng)安全性得到了大幅提升。
從理論上說(shuō)，汽車(chē)碰撞時(shí)的沖擊能量與汽車(chē)的質(zhì)量成正比。在同等條件下汽車(chē)越輕，碰撞時(shí)沖擊能量越小，車(chē)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(chē)對(duì)乘員的保護(hù)性能越好、越安全。
實(shí)際上，汽車(chē)的碰撞安全性不能用車(chē)的輕重和鈑金覆蓋件的薄厚來(lái)簡(jiǎn)單地衡量，汽車(chē)重不等于它的碰撞安全性就一定好，反之亦然。對(duì)汽車(chē)碰撞安全性的評(píng)價(jià)，國(guó)內(nèi)外都用相應(yīng)的汽車(chē)被動(dòng)安全性法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。汽車(chē)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(chē)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)取得好的被動(dòng)安全性。
汽車(chē)制動(dòng)時(shí)消耗的能量也與汽車(chē)質(zhì)量成正比，汽車(chē)越輕，在以相同初速度剎車(chē)時(shí)，制動(dòng)器要消耗的能量就越小，制動(dòng)減速度就越快，制動(dòng)距離越短，制動(dòng)性能就會(huì)有明顯改善，汽車(chē)主動(dòng)安全性會(huì)變好。因此，合理的汽車(chē)輕量化不僅不會(huì)降低汽車(chē)的安全性，還有利于汽車(chē)安全性能的提升。
三、輕量化的技術(shù)路徑
概括地說(shuō)，汽車(chē)輕量化主要有以下三種途徑：
一是汽車(chē)結(jié)構(gòu)的輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)，如結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化、尺寸優(yōu)化、形貌優(yōu)化和多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)等。
二是應(yīng)用高強(qiáng)度和輕質(zhì)材料;如應(yīng)用高強(qiáng)度鋼、先進(jìn)高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼，鋁鎂合金，工程塑料、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等。
三是采用先進(jìn)的輕量化制造工藝技術(shù)。如激光拼焊、輥壓成形、高強(qiáng)鋼熱成形、內(nèi)高壓成形等先進(jìn)制造技術(shù)，結(jié)構(gòu)膠粘接和異種材料鉚接等先進(jìn)連接技術(shù)。
上述三種途徑的有機(jī)結(jié)合與合理應(yīng)用，才能在控制成本、保證汽車(chē)性價(jià)比的前提下，有效實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的輕量化。
四、我國(guó)輕量化技術(shù)和應(yīng)用已取得突破
近些年，我國(guó)汽車(chē)輕量化技術(shù)有所突破，車(chē)企也日益重視輕量化技術(shù)，具體表現(xiàn)為以下四方面：
第一，汽車(chē)企業(yè)從原來(lái)的不太關(guān)注輕量化，到把輕量化作為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要指標(biāo)，多數(shù)企業(yè)制定了汽車(chē)輕量化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程，建立了汽車(chē)輕量化技術(shù)體系。
第二，汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)能力和水平不斷提高，已經(jīng)把拓?fù)鋬?yōu)化、多目標(biāo)優(yōu)化等現(xiàn)代結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于汽車(chē)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，優(yōu)化了汽車(chē)結(jié)構(gòu)，取得了良好的減重效果。
第三，輕量化材料應(yīng)用技術(shù)明顯提升。高強(qiáng)鋼應(yīng)用比例平均提高了20%左右;鎂鋁合金在汽車(chē)上的應(yīng)用比例也有一定提升，全鋁大客車(chē)車(chē)身、掛車(chē)、車(chē)廂和發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋板等產(chǎn)品相繼問(wèn)世；工程塑料、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在車(chē)身覆蓋件、內(nèi)外飾件、前端模塊上的應(yīng)用也越來(lái)越多。
第四，先進(jìn)的輕量化制造工藝技術(shù)得到了普遍應(yīng)用；高強(qiáng)鋼熱成形A柱、B柱加強(qiáng)板、前防撞橫梁、車(chē)門(mén)防撞梁等；內(nèi)高壓成形前、后副車(chē)架、扭力梁、吸能盒；三維輥壓成形門(mén)檻加強(qiáng)板，中通道、地板橫梁等，均已經(jīng)開(kāi)始在自主品牌汽車(chē)上得到應(yīng)用。
上述輕量化設(shè)計(jì)、用材和先進(jìn)制造工藝方面的技術(shù)成果均已應(yīng)用在自主品牌汽車(chē)上，讓合適的材料、合理的結(jié)構(gòu)用在汽車(chē)合適的位置，優(yōu)化了汽車(chē)碰撞時(shí)的緩沖、吸能和能量流傳遞路徑，在自主品牌整車(chē)重量明顯降低的情況下，提高了整車(chē)碰撞安全性。近年來(lái)，許多新上市的自主品牌車(chē)型的被動(dòng)安全性均達(dá)到CNCAP5星級(jí)水平?！ ?/p>
