【汽车轻量化各材料的优缺点】专题详解汽车轻量化技术，看完你就明白车重不等于安全，减重不是偷工减料

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轻量化是汽车工业当前遇到重要挑战，许多主机厂商都对该命题展开了巨大的研发投入，虽已经取得了非常大的成就，相比五、六十年前的汽车，当前的汽车平均重量已经下降了50%，但轻量化依然还有很大可以深挖的余地……

在国家部委联合发布的《中国制造2025》中，已把轻量化当成汽车产业发展的重要方向，当节能减排成为当前汽车工业面对的必然要求时，汽车轻量化对于节省能源和保护环境都有着非常重要的意义。接下来就为大家介绍汽车轻量化的相关内容，以及汽车轻量化的途径方法，解析汽车轻量化与安全性之间的影响。

什么是汽车轻量化？轻量化系数又是什么？

汽车轻量化并不是一味地降低质量或门板厚度，与“减重”的概念并不能简单等同。汽车轻量化是在完善或改进汽车综合性能的基础上，尽可能地降低车身重量，达到质量降低、结构优化、安全性能提高和成本降低这四者有机结合的目标。根据相关研究表明，汽车75%的油耗都与其质量有关，比如滚动阻力、加速阻力和梯度阻力等，汽车整备质量每下降10%，油耗即可下降6-8%，排放下降4%；车辆质量降低100KG，百公里油耗即可降低0.3-0.6L。因此，汽车质量越大，燃油经济性就表现的越差。

随着材料科技和制造工艺的进步，汽车轻量化的趋势也越来越明显。汽车工业为了研究汽车的轻量化水平，还提出了汽车轻量化系数指标来进行衡量：汽车轻量化系数L=白车身（无门盖、无前后风挡玻璃）质量×1000/（车身扭转刚度×四轮间正投影面积），该系数越小，表示车辆轻量化水平越高。因此，汽车轻量化的途径就主要有以下内容构成（途径一与白车身质量有关，途径二和途径三与车身扭转刚度有关）：

途径一：采用轻质复合和高强度材料

汽车轻量化常采用的新型材料包括：轻金属材料和非金属材料（陶瓷、碳纤维、工程塑料等），在轻金属材料中，铝合金是目前轻量化材料中应用最多，也是最成熟的材料，它的密度只有钢的三分之一，抗冲击性能好、耐腐蚀，减重效果明显，可广泛应用于车身、底盘和发动机等部件上；镁合金具备密度小、比强度高、比弹性模量大等优点，相比铝合金减重效果还要高15-20%，目前在汽车轮毂、进气歧管、离合器、传动外壳、齿轮箱等应用较多，在航天领域应用更广泛；此外，航空领域昂贵的钛合金也在汽车工业中也有少量应用。

在非金属材料中，碳纤维具备非常低的密度（比铝合金强2-4倍减重效果），拉伸强度是钢的7-9倍，还具有耐腐蚀、高模量特性，同样限于成本原因，在风力发电和航空航天领域应用非常普遍，如今在汽车领域也逐渐开始普及，如例如宝马i8、i3等车型上碳纤维复合增强材料的比例已占60%， i8的轻量化系数已经达到0.99，i3也已经达到1.26，轻量化效果非常明显。

工程塑料如PP、PUR、PVC、ABS、PE等等也在汽车上得到了广泛的应用。此外，还有精细陶瓷、玻璃增强材料、纺织复合材料、高强度结构发泡材料等等。

高强度材料则是在传统钢材上继续挖掘潜能，性能却更加优越（部分材料的屈服强度可超过1000Mpa），如高强度钢板、热冲压成型钢、高强度铸铁等，成本相比普通钢材有所增加，但是相较之上述轻质复合材料而言还是显得便宜得多。高强度钢材在汽车底盘横梁加强板、悬架支架、发动机支架等地方应用非常广泛。

当然了，钢材并没有全部败给轻合金阵营，值得注意的是，奥迪全新A8就逆潮流而动，“抛弃”了坚持了二十余年的全铝合金车身。全新A8内部40%的车身结构件将使用钢铁，17%车身结构件将由热成形用钢（PHS），屈服强度高达1500Mpa，相比全铝合金车身强度更高，“相对”轻量化程度更好，虽然相比上一代车型增重了51KG，但车身刚度增强，安全性大幅增强，同时也大幅降低了成本，为汽车轻量化的方向提出了新的解决方案。

目前轻量化材质主要面对的问题确实是应对制造成本升高的挑战，这些高科技材料只有通过技术进步或规模效应来降低成本，才能使得它们从专业级赛车、超跑、豪华车型阵营下放到经济车型中来。

途径二：车身结构优化设计和计算机辅助集成（CAX）

车身结构优化设计可以很好地解决因上述新材料所带来的成本问题，在保证碰撞安全和操控稳定性的基础上，通过结构优化设计（如传力路径的优化，环形回路设计提升刚性）、拓扑优化等，来达到在相同的材质基础上提升受力性能。

当前，汽车设计工程师还会通过计算机系统进行CAD和CAE进行辅助分析和优化等，与结构优化一起结合，保证汽车的综合性能。此外，提高汽车零件总成水平，减少零件数量和体积，按工况优化零部件的形状，提高组件集成化程度等也可以达到优化的目的。

途径三：轻量化制造工艺技术

汽车轻量化制造工艺技术包括了新的材料成型方法和连接技术，比如激光焊接、液压成型、半固态铸造技术、喷射成型技术等，这些技术可以大幅度减少零部件数量、提高车身质量稳定性、提高结构可靠性，在高强度负荷下可以保持强度均衡。不过这些技术都会导致整个生产线技术的更迭，对于规模较小的汽车企业来说，制造成本压力将非常大。

汽车轻量化反而有助于提升安全性

汽车碰撞安全性能并不能简单地通过车重来衡量，有人列举坦克撞轿车的例子有失偏颇，但即便是坦克高速行驶时发生碰撞，内部人员同样也会受到巨大的伤害。对于该问题，其实要去追究汽车本身安全设计的碰撞吸能结构、高强度材料和受力载荷传递等内容是否优秀，碰撞后乘员舱的完整程度等，其实都与汽车重量的大小没有直接关系，国内外各大安全碰撞测试机构都有大量的数据来验证，有些网友到现在还在根据钢板的厚度来判断汽车安全，那可真是典型的键盘侠了。轻量化并不是简单地减重，而是汇聚了目前汽车工业最顶尖的制造科技和工艺，安全性一定能够得到更好的保证。

而反过来在汽车制动方面，由于轻量化所致汽车质量降低，在相同速度减速时，减速系统所消耗的能量就会降低，相同的制动器条件下，制动效果就更大，制动距离也会缩短，制动性能则有明显的提升，因此，汽车在轻量化之后，主动安全性能反而会得到提升。

结语

到底如何看待以上的这些轻量化的问题？轻量化并不难做到，而做到车辆的性能、安全、成本和重量四者之间的平衡才是我们需要去追求的，这四者只兼顾一方并不算是高明，而是四者做到和谐统一才是最高的境界。铝合金、镁合金等高科技材料的应用必然受到高昂的成本阻隔，但是在整车轻量化的大趋势面前，相信汽车工程师们一定能找到更加完美的解决方案。

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