摘要：汽车轻量化对节能减排具有重要意义，有利于汽车工业的健康发展。本文揭示了汽车轻量化技术的主要的应用现状，强调了汽车轻量化技术应用的重要意义与发展趋势。
关键词：轻量化技术，意义，应用，发展趋势
一．汽车轻量化技术应用的意义
1.减少石油资源消耗
现如今，世界各国经济快速发展，石油等重要资源日益枯竭。我国是一个能源消耗大国，却不是能源生产大国，石油资源主要依赖于外来进口原油。在中国的各行各业中，交通领域石油消耗量占有主要地位，其中汽车耗油量居高（2006年，汽车用燃油消耗占国内石油消耗总量的27 %，其中车用汽油占全国汽油消耗量的86. 4%，车用柴油占全国柴油消耗量的38. 5%，农用车对柴油消耗达到11%。）因此，为了减少中国经济对外来进口石油的依赖性，实现经济独立自主发展，汽车节能减排势在必行。
2.缓解温室气体排放
由于化石燃料的大量燃烧，产生过多的 气体，导致温室气体现象严重，全球气候变暖。按2005年美国环保局(EPA)的数据，各个产业的温室气体排放情况，其中交通运输的温室气体排放量仅次于电力工业。因此，汽车的节能减排对缓解温室气体的排放具有重要的意义
3.汽车轻量化符合大众要求
《汽车理论》[1]中汽车行驶方程式：
= 其中 :为汽车牵引力； :空气阻力； :坡度阻力； :加速阻力； :滚动阻力。由行驶方程式及可知，除空气阻力与车重无关外，其余阻力均与车重成正比。有关研究数据表明, 若汽车整备质量降低10%, 燃油效率可提高 6%～8%; 若滚动阻力减10%, 燃油效率可提高 3%。因此，减轻汽车自身重量，可以减少耗油量，从而缩小消费者油耗费用。
减少汽车车重不仅可以提高汽车的经济性，而且可以提高汽车的动力性。汽车动力性评价指标:比功率P/G，在汽车牵引力一定的情况下，减轻车重可以有效地提高汽车动力性。在购车费用不变的情形中，消费者可以享受更高的用车体验。
车重的减轻可以有效地改变汽车行驶时的制动性，使汽车获得更小的制动惯性力，在制动减速度相同的情况下，缩短制动距离，提高行车的安全性。汽车轻量化同样可以提高汽车行驶的舒适性，车重减轻，在路面不平度变化剧烈时，车身产生的动载荷就相对较小，使得汽车获得高速舒适性。
二．汽车轻量化技术应用的现状
1.汽车轻量化
汽车轻量化不仅仅是单方面盲目的降低车重，而是在满足汽车自身功能的前提下，合理地进行优化设计。汽车轻量化的含义如下：采用现代设计方法和有效手段对汽车产品进行优化设计, 或使用新材料在确保汽车综合性能指标的前提下, 尽可能降低汽车产品自身重量, 以达到减重, 降耗, 环保, 安全的综合指标。具体到整车的实际情况，可以归纳为三个方面。一是整车的功能尚未完善，这时汽车轻量化体现为在增加补进其他功能的前提下，尽可能的不增加车重；二是整车的功能齐全，这时汽车轻量化表现为直接的车重减少而不降低汽车的功能性；三是既提高整车的功能性，又降低汽车的重量。
基于上述情况，在保持汽车性能的前提下，如舒适性，经济性，动力性及驾驶娱乐性，有目的地降低车重的同时，不增加经济成本，以免对消费者造成压力。
2.汽车轻量化技术的现有具体表现
当前实现汽车轻量化的具体措施有三个主要方面，一方面是计算机辅助的汽车机构合理优化设计，另一方面是现在高科技材料在汽车上的应用，最后是汽车制造工艺的提升。
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（1）汽车机构的合理优化
目前国内的汽车设计水平已经从起初的主要靠经验设计逐渐发展到应用有限元等现代设计方法进行静强度计算和分析阶段。基于CAE 分析的汽车结构优化设计得到应用并逐步发展成为汽车轻量化的首选方法。
近年来，各汽车公司更为广泛地应用结构优化设计来实现汽车轻量化。汽车结构优化设计经历了：尺寸优化—形状优化—拓扑优化—多学科设计优化等阶段。现如今，基于CAE软件的多学科设计优化应用更为广泛，表现在汽车部件的优化，汽车驱动方式的优化等方面。
有关数据显示，汽车车重中底盘占20%~30%，发动机占20%~30%，其余部分占40%~50%，其他占10%。因而汽车机构的优化设计目前主要是针对汽车车身和关键部件进行的。其中:①优化车身空间机构，在满足使用要求的前提下尽可能的合理；②减少车身多余的尺寸，零部件的数量及零部件的厚度； ③去除关键部件冗余无强度刚度作用的质量。通常，当平衡系统中某个部位质量减少1 kg，给予整个系统的波及效果是质量减少K kg，称K为增长因子，K值因部位而异，汽车的K值在1.5～2.0之间[2]。
同样，汽车的驱动方式的不同会对汽车的整体布置形式产生影响，进而作用于汽车车重。例如，汽车前置前驱动轮驱动或后置后驱动轮驱动，要比前置后驱动轮驱动的整车布置形式紧凑，从而汽车重量便会下降。
（2）高科技材料在汽车上的应用
在汽车车身及关键部件的形状尺寸不可变的情况下，可以使用等强度、刚度、弹性模量的低密度材料去代替汽车上现存的不合理材料，以致实现汽车轻量化。目前，国内应用广泛的材料有铝合金、镁合金、高强度钢、工程塑料和复合材料等。
铝合金的密度只有钢铁的1/3，机械加工性能比铁高4.5倍，耐腐蚀性、导热性好。其合金还具有高强度、易回收、吸能性好等特点。汽车工业运用最多的是铸造铝合金和形变铝合金。运用技术已经比较成熟，价格仍较高。
镁合金的密度比铝合金还低，为钢铁的0.2，具有铝合金相似的性质。鉴于我国是镁资源大国，可是镁在汽车部件上的应用不如发达国家利用率高，所以镁合金在汽车有广阔的应用前景，但是镁合金价格比铝合金还要高！
高强度钢比普通钢，可在等强度条件下减轻钢板的厚度。因而可以适当的降低部件的重量，却不能大幅度降低。
工程塑料是由非金属为主的有机物组成的，具有密度小，成型性好，耐腐蚀，防振，隔音隔热等性能。目前,塑料大都使用在汽车的内外饰件及配件上,如仪表板。
（3）汽车制造工艺的提升
热成型技术、液压成型技术、激光拼焊接技术是目前新工艺在汽车轻量化的主要应用。
三．汽车轻量化技术应用的发展趋势
汽车的轻量化是围绕汽车机构优化设计、新材料的使用及制造工艺应用进行的。
就汽车优化设计方面，目前主要在车身及个别关键部件上进行设计优化。国际钢铁协会在实施的ULSAB-AVC计划中，将目标拓展到超轻悬架系统、发动机支架以及其他结构件，使得车重下降，成本降低并可大批生产。
就新材料应用方面，我国镁资源丰富，但应用并不广泛。因此，我国轻量化技术应会加强镁资源的应用。同时美国PNGV计划[3]明确提出选用包括高强度钢、铝合金、及塑料复合材料来实现汽车轻量化，并强调了扩大轻质材料应用的重要性。
中汽协《汽车轻量化意义》面向未来，要求在6个方面落实汽车轻量化：汽车零部件的精简与整体化和轻量化以及发动机、变速器、悬架、车身和附件轻量化。
我国车企在轻量化的发展和应用还存在诸多不足，关键零部件主要依赖于进口。目前，国内厂家正在积极地汽车的轻量化材料应用技术和使用性能进行研究。其中，对高强度钢和铝的使用结果最值得期待。
参考文献：
[1]余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，1989.
[2]廖君.汽车轻量化技术发展的探讨[J].机械 2009（1）:5
[3]向晓峰，魏丽霞，马鸣图.汽车轻量化技术的应用[J].汽车工程师2012（5）：59
论文作者:王宗松 邢亚楠 王广宇 唐娜
论文发表刊物:《科技中国》2016年7期
论文发表时间:2016/10/19
标签：汽车论文; 轻量化论文; 技术论文; 优化设计论文; 铝合金论文; 阻力论文; 车身论文; 《科技中国》2016年7期论文;