摘要：伴随着我国经济与科技的不断发展，当前轻量化技术应用在汽车工程中成为了重要的发展趋势，其合理性对于提高汽车运行效率，降低能源消耗以及减少对外界环境的影响有着非常重要的意义。本文结合笔者多年的研究实践，探讨汽车工程应用轻量化技术的实践。
关键词：汽车工程；轻量化技术；实践应用
结合当前汽车行业的发展现状，汽车使用量在人们生活水平不断提高的背景下显著增加，但与此同时，能源危机与环境问题矛盾愈加突出，要及时缓解其恶化的趋势，全面解决能耗与环境污染的问题，人们应通过先进的科技手段加以弥补，从源头进行优化，也就是优化汽车的生产。目前，汽车工程已合理应用轻量化技术，力求解决能耗与环境污染等问题，在汽车结构、应用材料、制造工艺等多个角度凸显轻量化技术应用的价值。
1.轻量化技术简述
轻量化技术现已成为世界性汽车工程领域的重要手段和发展趋势，轻量化技术是针对汽车合理设计与优化，进而降低汽车的重量，减少能源消耗，保护环境[1]。应用的轻量化技术手段，并非特指小型化设计汽车，而是要确保汽车原有的功能得到保留和发挥的基础上通过降低汽车自重来表现其行驶理想的舒适度与安全性，并有降低能耗和保护环境的作用[2]。纵观我国汽车工程应用轻量化技术的现状，其发展趋势与应用的手段主要从三点着手，分别是合理优化现代汽车的结构、优化创新现代汽车的应用材料以及优化现代汽车的制造工艺，这三方面均是轻量化技术应用的要求，并能达到大幅度改善汽车自重的状况，实现轻量化技术应用的目标，满足功能、环保和节约能耗的需求。
2.我国汽车轻量化技术发展现状
2.1轻质材料占比不断上升
轻质材料主要由铝合金、钛合金、高强度钢、镁合金、生态复合材料等构成，伴随我国当前轻质材料在汽车行业应用的增加，镁合金和高性能钢板等应用率明显提高。比如上海大众桑塔纳轿车变速器壳体的应用材料就是镁合金。从上世纪80年代起，我国就有双相钢方面的研究，且在一汽轿车、奇瑞汽车等身上应用高强度钢板开展试验。
2.2优化结构、模块化零部件的设计
在达成轻量化目的的过程中，如果应用前轮驱动、超轻悬架结构以及高刚性结合，也能结合CAX计算机辅助集成技术、结构分析技术的发展。优化汽车的结构设计中，我国更多从经验出发，应用有限元等现代设计方法计算静强度。这些年来该领域出现有自主知识产权汽车的开发技术，比如上汽通用五菱和湖南大学合作研发的薄板冲压工艺及模具设计理论，还有北京航天大学开发的CAD系统CAXA，已经倾向于客车轻量化技术的研发和实践，通过对有限元法及优化设计开展结构性分析，达到减少车身骨架、车身蒙皮、发动机重量的目标。
2.3汽车轻量化要求促使制造业专注于成形方法及联接技术的创新
实现汽车轻量化的有效推进之一就是激光加工技术，对应用不同材料下的激光切割方式进行探讨，就要引入关于激光切割、焊接到快速成型、辅助切削加工等相关理论，应用到激光三维焊接技术和装备，还要融入如不同汽车材料、板厚等知识。目前，关于轻量化材料激光加工拼焊技术和装备已经被我国诸多汽车生产厂家重视，并着力专注与成形方法，创新连接技术。
但我国汽车轻量化产业的规模并不算大，其技术实力和规模与国外先进水平相比还有比较大的差异。有研究资料显示[3]，我国自主轿车在国外同类轿车的比较中高强度钢比例通常为10%，超高强度钢比例通常为6~7%，而轻量化材料应用的数量中，如镁、铝、钢等差距也比较大，比如高端铝、钢用量占比为50%左右。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆还有研究数据显示[4]，北美一辆汽车镁合金使用约是3.5kg，欧洲先进水平使用量超过14kg，但我国则只有1.5Kg。除了应用材料的显著差异外，我国汽车设计水平也不高，这也使得我国当前汽车行业的发展遇到了瓶颈。
3.轻量化技术在汽车工程中的应用
3.1轻量化技术在汽车结构设计中的应用
当前现代汽车结构的设计工作非常重要，直接影响了汽车的实效性价值，尤其关乎庞大汽车用户使用汽车的舒适度与安全性，更是成为了所有人关注的课题。在目前的现代汽车结构优化设计工作中，其优化设计工作涉及到诸多内容，优化设计前工作人员就要做好充分的协调工作，确保汽车内部的各个系统组成部分均有功能性的发挥，那么就要从设计的手段与方法上进行创新。现有的汽车工程结构设计更多采用有限元等技术方法，或是借助CAE技术、CAD技术等，这样才能提高结构设计在整体上的把控效果，并提升数据处理的准确度与精确性，从力学角度考虑作用较大。另外还能减少用材，汽车的稳定性与安全性不会受到影响，比如应用生物学增长规律优化分析，对汽车设计用材有很明显的节约作用，也预防出现影响力学稳定性的问题，进一步保障汽车使用的功能安全。
3.2轻量化技术在汽车材料应用中的实践
要降低现代汽车的自重问题，还需要重点从汽车用材的优化事宜上加以考虑，优化材料是轻量化技术应用手段的关键点。目前得到诸多汽车生产制造商认可的材料主要包括以下几种：（1）高强度钢，应用这种材料具有很高的抗冲击性效果，从而保障汽车安全性，降低汽车应用厚度，则减少自重；（2）铝镁合金，应用这种材料在现代汽车的车身、底盘上，质量较轻的优势非常明显，且具备突出的塑性，成型快，有很高的价值；（3）工程塑料，应用这种材料体现了密度小、隔热效果好以及耐腐蚀性高的优势，不但能有效降低现代汽车的自重，还能发挥其他的功能效果；（4）精密陶瓷材料，这种材料的应用与其他相比并不多，但在实践研究中其比重逐渐加大，目前正处于探索性普及的阶段[5]。
3.3轻量化技术在汽车制造工艺中的应用
现代汽车制造工艺中轻量化技术也非常重要，对其进行优化应用主要从创新传统汽车制造技术手段着手，特别是对激光焊接、喷射成型技术、液压成型技术、半固态金属加工技术等先进制造工艺进行研究，使其在汽车工程中发挥重要价值，成为轻量化发展的重要应用内容。另外，工作人员还可从传统的柔性化板材辊轧技术、薄壁制造技术、剪拼焊接工艺等出发，优化技术的应用，使其最大程度降低汽车自重，满足轻量化需求。
3.4应用轻量化技术需重视的问题
首先，轻量化技术的应用要确保汽车的整体性能和安全性不受影响，在此基础上最大程度降低各种零部件的总质量。这两者是汽车轻量化设计与优化的前提条件，大量事故的统计结果均显示实际的伤亡情况与轿车重量呈反比，所以工作人员重在解决轻量化与汽车安全之间存在的矛盾，开发出质量轻、强度高，具有良好吸收冲击能量的技术与材料，使其在轻量化技术发展应用中发挥重要作用。其次，还要处理汽车材料轻量化与材料资源应用成本之间的关系，比如选择资源少而成本高的轻量化材料，那么汽车的成本就会提高，而降低成本资源，才能确保轻量化要求得以满足的前提下降低开发与应用的成本。
4.总结
综上所述，当前越来越多人提倡环保概念、节能理念，将其应用在汽车工业的设计中，就要从轻量化技术的优化、应用和实践出发，围绕汽车生产的各个环节进行探究，特别是把握好汽车生产应用材料、结构的设计、制造生产工艺的优化等，才能有效降低汽车的自重，缓解长期以来在汽车自重及安全性上存在的矛盾，保障汽车的使用性能与安全性，进一步提高汽车应用的舒适度。
参考文献
[1]郝耀光.试述轻量化技术在汽车工程中的应用[J].技术管理,2016,11(2)
[2]蒋永敏.我国汽车轻量化技术的现状及发展途径[J].中国包装工业, 2016,2(11)
[3]方洲.循环利用政策下的汽车轻量化技术及其发展趋势[J].关注,2017, 11(8)
论文作者:马胜利
论文发表刊物:《防护工程》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/1
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