1 引言：为什么要推行轻量化

1.1 基于环保的考虑。 世界各国均在推行强制汽车制造商降低汽车油耗的政策。有研究数据显示，汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%；汽车整车重量，每减少100kg，百公里油耗可降低0.3-0.6升，CO2排放量可减少约5g/km。由此可见，汽车轻量化可以提高燃油效率和降低油耗，进而环保节能。所以，汽车轻量化已成为汽车企业的共识。

1.2 倒闭汽车制造技术的升级换代 如果不能保证行驶安全，汽车再轻再省油，没有谁敢开。如果追求安全和耐撞，那就只能开重达数十吨的坦克，忍受每小时数百升的耗油量。因此轻量化是汽车制造的趋势，目前轻量化主要是减少汽车自重，但是，车身作为汽车的主要承载件，需要保证足够的刚度、强度和疲劳耐久性能，从而使整车具有良好的安全、振动噪音和耐久性能，而轻量化无疑对上述要素提出了更高的要求，这对倒闭汽车制造技术升级换代无疑是一大刺激。

2 实现汽车轻量化的基本原理：

2.1 保证足够的刚度 刚度指的是材料抵抗外力变形的能力，通常在车身开发中特指材料在屈服前的弹性特性，良好的刚度是整车NVH性能、车辆动力性能和疲劳耐久性能的基础，常见的评判指标有车身扭转刚度等。刚度与材料的弹性模量相关，基本上材料种类确定，弹性模量也就确定了，比如采用高强钢并不会提升车身的刚性，因为钢的弹性模量都一样。

2.2 保证足够的强度。 强度是指零件受到冲击载荷发生屈服后仍能维持功能的能力，常用于车身碰撞安全性、耐冲击等性能的评估。强度与材料的屈服强度和断裂强度相关，为了提升车子的安全性能，现代车身设计大量采用高强度钢材就是这个原因。

2.3 保持良好的疲劳耐久性能。 疲劳耐久性能是指零件受长期交变载荷后维持功能的能力，车子的可靠性、耐用性就是基于此进行评估的。疲劳耐久特性与材料的疲劳曲线相关，当然，在车子上更重要的是焊点或其他连接方式的疲劳性能。

3 实现汽车轻量化的途径有：

3.1 优化车声结构，提高材料利用率。

比如车身下部由非连续性改为连续性，使得汽车在碰撞时有效分散撞击能量；增加加强筋；加强防滚架平衡杆；有限元法设计；采用承载式车身，减薄车身板料厚度等。

3.2 新材料的研发与应用：

比如使用高强度钢材（热成型钢材）、轻合金（铝合金、碳纤维、镁合金）、记忆金属（微晶钢）、工程塑料、陶瓷、玻璃纤维等。

3.3 优化制造工艺：

比如激光焊接、搅拌摩擦焊、挤压成型、热处理、锁锚连接等。

再比如结构胶，过去烘烤硬化结构胶只在车身上有少量应用，但是现在的趋势是可以通过采用更多的结构胶提升车身刚度性能，从而降低结构件的重量，奥迪、沃尔沃的一些车身上采用了超过100米的结构胶；再比如填充在车身接头的发泡硬化材料，可以有效替代传统加强板形式的加强件，即提升性能，又降低重量。

4 常见轻量化材料的优缺点：

4.1 铝合金

优点：质量轻、耐磨、耐腐蚀、弹性好、抗冲击性能优、加工成型好和100%可回收等特点，逐渐成为汽车企业钟爱的材料。

缺点：铝合金的抗承载能力较钢有很大的差距，所以即使是市面上全铝车身的汽车，其底盘一般仍然采用钢铁材料。而且，铝合金的制备工艺复杂，成本相对较高。

4.2 碳纤维。

优先：强度高。碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。减震能力强，CFRP比模量大，自振频率高，不易出现共振。非均质多相体系，在纤维与基体之间存在大量界面，由于界面对震动有反射和吸收的作用，所以CFRP震动阻尼强，能使震动很快衰减。耐疲劳性强，一般金属材料的疲劳破坏是没有明显征兆的突发性破坏，而CFRP具有良好的耐疲劳性，而且破坏前有明显的征兆。
缺点：碳纤维是脆性材料，受力过大直接断裂，因此损坏后基本无法修复。

4.3 工程塑料

优点：具有质轻、防锈、吸震、可设计自由大等特点，工程塑料在汽车零部件，特别是内饰部件的应用越来越大。工程塑料在汽车上的用量，甚至超过了铸铁的用量。很多塑料零件应用于车身上，比如大众系的车子都采用了塑料的前端水箱框架，有些车子有塑料的后地板等等。

缺点：满满的塑料感，档次低。

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