曹學濤　崔建磊

摘 要：由于能源危機和環(huán)境問題的日益凸顯，汽車工業(yè)面臨著嚴峻的市場形勢，輕量化技術作為先行技術對于提高汽車燃油經濟性和減少排放污染重要的作用。本文分析了輕量化技術的研究現(xiàn)狀，并從材料、結構、制造工藝方面論述了輕量化技術的應用，在此基礎上對輕量化技術未來的發(fā)展趨勢進行了展望。

關鍵詞：輕量化技術；汽車；應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.085

0 前言

現(xiàn)階段，汽車工業(yè)的發(fā)展面臨著三大嚴峻問題：即油耗、環(huán)保和安全，輕量化、環(huán)?；厥占肮?jié)約能源已成為全球汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢。針對此類問題，各國紛紛開始重視能源和環(huán)保議題制定了相應的法規(guī)，并提出了有效的改進措施。輕量化技術通過降低自身質量，從而達到降低油耗、減少排放的目的。

汽車輕量化技術是在保證整車品質和性能的前提下，通過合理的結構設計及使用輕質材料來降低自身重量。輕量化技術可以改善汽車的轉向、加速、制動等行駛性能，降低部件振動和噪聲，提高舒適性及耐久性。據(jù)統(tǒng)計，若整車質量降低10%則油耗降低6%—8%；若滾動阻力降低10%則燃油效率提高3%；若車橋、變速器等機構效率提高10%則燃油效率提高7%[1]?？梢姡p量化技術對于提高整車燃油經濟性具有重要的作用。

1 輕量化技術概述

輕量化技術是采用現(xiàn)代設計方法和理論對汽車產品進行設計，通過使用輕質材料，盡可能降低汽車的自身重量，并達到減重、降耗、環(huán)保、安全的目標。輕量化技術并非將原有設計小型化，而是保持汽車原有性能不受影響，有目標的減輕汽車重量，又能保證汽車行駛的安全性、舒適性和耐碰撞性。

汽車輕量化技術主要包括三個方面：合理的結構設計、輕量化材料和先進的制造工藝。在結構設計方面，常采用優(yōu)化并排焊點、加強筋、減重孔等方式來達到輕量化目的，目前國內汽車結構設計已從最初僅依靠經驗設計逐漸發(fā)展到應用有限元等現(xiàn)代設計方法上來；在輕量化材料使用上，鋁鎂合金、塑料、復合材料等材料的運用進一步降低了汽車的質量；在制造工藝方面，成形方法和聯(lián)接技術不斷創(chuàng)新，如柔性化板材輥軋、剪拼焊接工藝技術、薄壁制造技術等，大大減輕了整車的重量。

2 輕量化技術在汽車中的應用

2.1 結構設計的輕量化技術應用

結構輕量化技術需對汽車總體結構進行分析和優(yōu)化，從而實現(xiàn)汽車零部件的輕量化和整體化。結構輕量化技術需協(xié)調整車與系統(tǒng)、系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的各種問題，利用CAD技術對各構件的形狀、配置及板材厚度變化進行分析，利用CAE技術對各構件進行布局干涉分析和運動干涉分析[2]。形狀優(yōu)化法也是降低零件質量的一種先進方法，該技術可借助形狀的變異來降低峰值或使應力分布均勻化。通過向承受高負荷的部位貯存材料，將承受低負荷的部位去除材料，零件的形狀將按照避免出現(xiàn)應力高峰并使應力分布均勻來設計。這種基于生物學增長規(guī)律的形狀優(yōu)化方法，既可減輕零件質量，又可避免局部應力高峰。

2.2 材料的輕量化技術應用

輕質材料技術的應用大大減輕了汽車整車的重量，如高強度鋼、鋁鎂合金、鈦合金、工程塑料、玻璃增強材料、結構發(fā)泡材料等。與其他材料相比，高強度鋼在抗碰撞性能、成本、工藝可行性方面具有較大優(yōu)勢，能改善汽車的安全和碰撞性能，減薄部件厚度、降低自身重量還可提高零部件表面的抗凹陷性和抗破壞能力，既能降低油耗還可提高安全性能。鋁鎂合金因其質量輕、比強度高、塑性好及易成型等諸多優(yōu)點，廣泛應用于汽車車身、底盤零部件等部位，隨著材料及成型技術的進一步發(fā)展，其應用范圍將進一步擴大。工程塑料和玻璃增強材料具有密度小、成型性好、耐腐蝕、隔振、隔音、隔熱，普遍應用于汽車的內外飾件上。精密陶瓷材料是繼金屬和塑料發(fā)展起來的第三大類材料，具有良好的力學和化學性能，目前在飛機上應用較廣汽車上應用并不多，但隨著研究的不斷深入未來將得到廣泛應用。

2.3 制造工藝的輕量化技術應用

為了達到進一步減輕質量及降低成本的目的，除了開發(fā)高強度鋼、鋁鎂合金材料外，還開發(fā)了一系列適應于這些材料的制造工藝，如激光焊接、液壓成型、半固態(tài)金屬加工、注射成型和噴射成型技術等。

激光焊接工藝采用各種復合板進行拼焊，改善了零部件的使用性能，降低了汽車自身重量，提高了汽車結構可靠性及安全性能[3]。液壓成型工藝是將待加工管件或板料置于密閉模具中，通過流體介質使管件或板料在模具中變形成型，該工藝取代了傳統(tǒng)的加工模式，提高了產品品質，降低了汽車重量和成本，廣泛應用于汽車零部件如排氣系統(tǒng)、后橋、發(fā)動機支架等。半固態(tài)鑄造技術是將金屬或合金材料在固態(tài)與液態(tài)溫度區(qū)間內進行加工，主要分為流變鑄造和觸變鑄造兩種工藝類型，因成本較高應用較少。噴射成型技術采用高壓惰性氣體將金屬液流霧化成大量細小的液滴，并使其沿噴嘴軸線方向高速飛行，并將其沉淀收集到具有一定形狀的接收基體上凝固成沉積坯件。

3 輕量化技術展望

近年來，我國對環(huán)保、安全、節(jié)能方面的要求不斷提高，出臺了一系列的法規(guī)和實施方案。為此，汽車制造廠家和研究機構都致力于研究輕量化技術，從技術、成本角度分析和改善汽車材料和工藝，探索應用新材料、新工藝的可行性。同時，加快輕量化的設計和應用對提升我國汽車整體水平、行業(yè)國際競爭力、振興民族工業(yè)都具有非常深遠的意義。

現(xiàn)階段，汽車小型化和輕量化是近、中期汽車排放目標控制的基礎，汽車輕量化成為新能源汽車開發(fā)的重要課題，從可持續(xù)發(fā)展要求出發(fā)，研究和評估汽車輕量化技術成為重要方向。

4 結論

汽車工業(yè)作為國家經濟發(fā)展的支柱產業(yè)，目前正處于高速發(fā)展的時期，輕量化技術的運用并不成熟。面對新的能源危機和環(huán)境污染問題，對汽車輕量化的要求顯得越來越迫切。實現(xiàn)輕量化是衡量汽車工業(yè)技術成就的重要標志之一，現(xiàn)階段我國輕量化技術的應用與國際先進水平尚有差距，通過制定政策、目標、措施，輕量化技術將取得重大創(chuàng)新成果。

參考文獻：

[1]劉文華，何天明.高強度鋼在汽車輕量化中的應用[D].武漢：武漢理工大學，2008.

[2]杜明義.用鋁合金材料實現(xiàn)汽車輕量化[J].輕合金加工技術，2007（02）：11.

[3]王鏑.現(xiàn)代車身設計的輕量化技術[J].上海汽車，2008（01）：15-19.

作者簡介：曹學濤（1986-），男，河北衡水人，研究方向：汽車振動與噪聲控制。