王小蘭

（閩南師范大學(xué) 物理與信息工程學(xué)院，漳州市363000）

主題詞：汽車輕量化 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 材料 制造工藝

1 引言

21 世紀(jì)汽車制造業(yè)呈現(xiàn)電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化和共享化的發(fā)展趨勢，在此大背景下，汽車輕量化是實(shí)現(xiàn)汽車四化的重要戰(zhàn)略舉措之一，包括支持汽車輕量化的各系統(tǒng)模塊化、集成化發(fā)展的戰(zhàn)略舉措的落地。汽車輕量化就是在保證汽車強(qiáng)度和安全性能前提下，降低汽車的整備質(zhì)量，從而提高汽車的動(dòng)力性，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。根據(jù)美國鋁業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)顯示，汽車減重10%就可以減少3.3%的油耗，柴油車減重10%則可以減少3.9%的油耗[1]。汽車輕量化有利于主動(dòng)安全，可有效增加操作穩(wěn)定性，縮短制動(dòng)距離；減重10%，制動(dòng)距離可減少5%，轉(zhuǎn)向力減少6%[1]。汽車制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，我國是汽車產(chǎn)銷第一大國，隨著能源短缺和環(huán)境污染問題的凸顯，汽車輕量化更顯重要。近5年汽車輕量化主要體現(xiàn)在滿足汽車產(chǎn)品性能和必要的成本控制下，通過計(jì)算機(jī)硬件和軟件，借助大數(shù)據(jù)、云計(jì)算做好輕量化設(shè)計(jì)、輕量化材料和輕量化工藝，實(shí)現(xiàn)汽車產(chǎn)品高性能下的輕量化和節(jié)能減排。

2 汽車輕量化技術(shù)日漸完善

2.1 實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的3種途徑

汽車輕量化的實(shí)現(xiàn)途徑包括材料應(yīng)用輕量化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輕量化和制造工藝輕量化（圖1），而每個(gè)領(lǐng)域的輕量化發(fā)展都已經(jīng)演化成多項(xiàng)技術(shù)的支撐，近年來這種演化速度在加快。

圖1 汽車輕量化實(shí)現(xiàn)途徑

2.2 輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方法發(fā)生巨大改變

不談性能的輕量化難有說服力，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和基于上代車型的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理念已難有突破，在此情況下，應(yīng)用CAD/CAM/CAE 一體化技術(shù)，用SFE CONCEPT參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件建立相應(yīng)的3D模型與有限元模型，并創(chuàng)新設(shè)計(jì)、計(jì)算和測試方法，依托大數(shù)據(jù)、云計(jì)算及互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)建平臺(tái)，進(jìn)行相應(yīng)的分析模擬代替實(shí)車試驗(yàn)，注重系統(tǒng)化、模塊化、集成化、一體化設(shè)計(jì)，綜合考慮汽車的結(jié)構(gòu)、尺寸優(yōu)化及靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性，考慮多種材料混合和拼接，根據(jù)力學(xué)結(jié)構(gòu)性能要求考慮漸變厚度設(shè)計(jì)、中空設(shè)計(jì)，提升整車剛度性能，減輕質(zhì)量，壓縮空間，優(yōu)化開發(fā)流程，縮短開發(fā)周期?？梢娖囕p量化要做好結(jié)構(gòu)模塊化集成化、連接方式輕量化、有限元輔助設(shè)計(jì)輕量化、系統(tǒng)輕量化、材料輕量化5個(gè)方面的工作[2]，目前輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)已是多學(xué)科、多目標(biāo)、多工況的優(yōu)化設(shè)計(jì)，圖2為采用多材料車身地板設(shè)計(jì)的方案。

圖2 多材料車身地板設(shè)計(jì)方案

2.3 汽車輕量化技術(shù)成為世界汽車科技創(chuàng)新研究熱點(diǎn)

汽車輕量化技術(shù)主要包括輕量化結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)、制造工藝技術(shù)和材料技術(shù)，以輕量化結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)創(chuàng)新最為活躍，輕量化材料研發(fā)和應(yīng)用及適應(yīng)新材料的制造加工新工藝及裝配工藝也取得非凡的成績，材料的環(huán)?；厥赵倮玫燃夹g(shù)也同時(shí)展開。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年輕量化技術(shù)相關(guān)專利國內(nèi)公開量累計(jì)2 636 件，比2015 年的1 950 件增加了686 件，輕量化結(jié)構(gòu)優(yōu)化相關(guān)專利公開量為1 669件，占當(dāng)年3類輕量化技術(shù)專利的63%，輕量化材料技術(shù)和制造工藝技術(shù)相關(guān)專利分別為218件和290件[1]。汽車科研人員數(shù)量、科研項(xiàng)目數(shù)量和科研總經(jīng)費(fèi)、科技成果獎(jiǎng)屢創(chuàng)新高，2016 年比亞迪和合肥工業(yè)大學(xué)汽車專利強(qiáng)度國內(nèi)領(lǐng)先，2016以來我國發(fā)動(dòng)機(jī)輕量化不斷創(chuàng)新，長城旗下自主研發(fā)的高性能輕質(zhì)的4N20系列發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)質(zhì)量比上一代機(jī)型降低10%。動(dòng)力電池是新能源車的核心，主要在電池材料上的創(chuàng)新，包括正負(fù)極材料、隔膜材料和電解液等進(jìn)展較大，現(xiàn)在純電動(dòng)乘用車整車能耗、輕量化、智能化水平處于世界上游，燃料電池質(zhì)量儲(chǔ)氫率和體積儲(chǔ)氫率等研究都有長足發(fā)展。

3 汽車結(jié)構(gòu)輕量化研究及應(yīng)用全面展開

汽車結(jié)構(gòu)輕量化，就是根據(jù)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等要求，通過各種技術(shù)手段，在保證汽車性能的前提下，減輕整個(gè)結(jié)構(gòu)及各個(gè)零部件總成的質(zhì)量，以實(shí)現(xiàn)汽車質(zhì)量的降低。結(jié)構(gòu)輕量化包括車身輕量化、底盤輕量化、動(dòng)力系統(tǒng)輕量化、內(nèi)外飾、空調(diào)等輕量化，以及底盤動(dòng)力系統(tǒng)一體化、電動(dòng)汽車全新架構(gòu)一體化、新能源汽車專有系統(tǒng)開發(fā)等舉措。汽車減重以車身減重最有成效，使用承載式結(jié)構(gòu)有利于減重，車身減重降低了底盤承載，底盤又可以進(jìn)一步減重，動(dòng)力系統(tǒng)就可以小型化，進(jìn)而可以減小油箱容積和電池?cái)?shù)量。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量僅次于車身，因此組件模塊化和關(guān)鍵零件結(jié)構(gòu)優(yōu)化至關(guān)重要，如直噴增壓使得發(fā)動(dòng)機(jī)小型化，曲軸減少扇板數(shù)量及減小扇板寬度，金屬傳動(dòng)鏈改為塑料齒形帶等。對于傳統(tǒng)乘用車來說，白車身質(zhì)量占整車重約1/3，因此車身輕量化至關(guān)重要，愛馳汽車U5車身輕量化系數(shù)為2.29，采用“上鋼下鋁”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[3]，特別是銷量最大的中等價(jià)位乘用車的承重式車身研究成果最多。電動(dòng)汽車的電池和車身占整車重的80%，因此電池和車身減重更有成效，單電池厚度降低，單電池?cái)?shù)量減少，體積小型化后，燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了水平安裝，呈現(xiàn)高度的集成化發(fā)展趨勢。另外，在零部件輕量化方面，車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在確定主要性能參數(shù)后就可以應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)行斷面尺寸優(yōu)化、鈑金厚度優(yōu)化，去除冗余材料，使車身零部件精簡化、小型化、薄壁化、中空化和復(fù)合化。

4 汽車輕量化進(jìn)程略有曲折，但總體向前

中國工信部發(fā)布2016 年國內(nèi)乘用車（含新能源車，不含出口乘用車）平均整備質(zhì)量為1 410 kg，平均油耗為6.39 L/100 km；2017年平均整備質(zhì)量為1 438 kg，平均油耗為6.05 L/100 km；2018 年平均整備質(zhì)量為1 456 kg，平均油耗已達(dá)5.80 L/100 km；而2019年平均整備質(zhì)量為1 480 kg，平均油耗已達(dá)5.56 L/100 km，與國家規(guī)劃的2020 年達(dá)到5.0 L/100 km 還有小段距離[4]。21 世紀(jì)以來全球汽車平均整備質(zhì)量隨著舒適度要求的提高及智能附件的增加而增加，中國2009年乘用車的平均整備質(zhì)量為1 227 kg，2012 年上升到1 295 kg，年均遞增約1.8%，之后由于2013 年SUV 車的熱銷，又有明顯增加，隨著節(jié)能減排法規(guī)的嚴(yán)格及高強(qiáng)度鋼及塑料等新材料的研發(fā)采用及結(jié)構(gòu)優(yōu)化和工藝改進(jìn)又有所下降，預(yù)計(jì)到2020年全球乘用車平均整備質(zhì)量將降至1 600 kg左右，北汽對外發(fā)布至2020年北汽集團(tuán)所有新開發(fā)車型平均整備質(zhì)量降低10%以上。隨著補(bǔ)貼政策和嚴(yán)控排污雙管齊下，2016年新上市的微型、小型、緊湊型車和新能源車日漸增多，2016 年納入免征購置稅新能源乘用車平均整備質(zhì)量為1 205 kg，動(dòng)力蓄電池組平均總質(zhì)量263 kg。以純電動(dòng)汽車為主導(dǎo)的新能源汽車市場份額越來越大，新能源汽車由于電池儲(chǔ)能導(dǎo)致其普遍比同類汽車重，減少電池?cái)?shù)量及減小電池體積勢在必行，近十年，通過選擇高鎳三元新材料，加大開發(fā)固態(tài)鋰電池系統(tǒng)，動(dòng)力電池性能取得了一定突破，電池模塊化成組使得動(dòng)力電池裝車容量減少，解決了早期為了續(xù)駛能力而帶來的純電動(dòng)車以犧牲減重為代價(jià)的輕量化反彈，電機(jī)、減速器、逆變器等集成化日漸完善，純電動(dòng)車底盤和動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì)，第3代電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)比第2代減重約15%，并不斷被改寫。隨著碳化硅技術(shù)的突破，國內(nèi)電機(jī)及電機(jī)控制器、減速器、逆變器將實(shí)現(xiàn)整體集成化。電動(dòng)汽車車型逐步由傳統(tǒng)車型轉(zhuǎn)變?yōu)槿麻_發(fā)，并創(chuàng)新應(yīng)用鋁合金擠壓件、沖壓件和鑄件。此外，隨著電子化和智能化研究的深入，部分車型傳統(tǒng)的笨重的傳動(dòng)系統(tǒng)將部分或全部電子化，如2017年3月大眾發(fā)布完全自動(dòng)駕駛概念車，車內(nèi)取消了轉(zhuǎn)向盤、加速踏板、制動(dòng)踏板?？梢娊?年國內(nèi)乘用車因電子產(chǎn)品、智能化車載系統(tǒng)的增多導(dǎo)致整車總質(zhì)量略有上升，但因發(fā)動(dòng)機(jī)、電池等性能提高，油耗反而下降，品質(zhì)得到提升。

5 汽車輕量化材料研究及應(yīng)用不斷刷新紀(jì)錄

5.1 汽車輕量化材料

輕量化材料是最為主要的輕量化技術(shù)，汽車輕量化材料主要包括高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金、鈦合金等金屬材料及工程塑料、非金屬復(fù)合材料、混合材料等，較新研發(fā)的有鋼鋁組合混合材料、鋼鋁及碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）。此外性能優(yōu)良的鈦合金加工工藝改善，價(jià)格降低，使用量增加；吸能減振、隔熱抗壓縮的金屬泡沫和泡沫塑料，可降解的生物塑料及玻璃鋼復(fù)合材料的研究應(yīng)用也越來越多。

5.2 汽車輕量化材料仍以鋼鐵材料為主

我國自主品牌汽車車身用仍以鋼鐵材料為主，主要有合金結(jié)構(gòu)鋼和高強(qiáng)度鋼2類，根據(jù)2015年和2016年中國輕量化車身會(huì)議資料，以10個(gè)自主品牌乘用車車身為例，其中4個(gè)為全鋼車身，鋼含量超95%，1個(gè)鋁合金為主材，在6個(gè)非全鋼車身中，4個(gè)采用鋁合金，含量分別為85%、2%、1.7%和1.2%。10 個(gè)車型的車身均未使用鎂合金。10 個(gè)自主品牌乘用車白車身高強(qiáng)度鋼（含傳統(tǒng)高強(qiáng)鋼、先進(jìn)高強(qiáng)鋼、超高強(qiáng)鋼、熱成形鋼）的平均用量約為56%，其中傳統(tǒng)高強(qiáng)鋼約33.6%，先進(jìn)高強(qiáng)鋼19.09%，超高強(qiáng)鋼1.62%，熱成形鋼6.72%[5]。近3 年低強(qiáng)度鋼和鑄鐵用量已大幅度減少，高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼及高性能彈簧鋼和高性能齒輪鋼用量迅速地提高。汽車用鋼已發(fā)展到第3代先進(jìn)高強(qiáng)度鋼，第3代先進(jìn)高強(qiáng)度鋼基本為馬氏體基的相變誘發(fā)塑性鋼，國產(chǎn)白車身的軟鋼用量為26%，雙相鋼或復(fù)相鋼用量為34%,高強(qiáng)度低合金鋼用量24%，烘烤硬化鋼用量9%，熱成型鋼和馬氏體基鋼用量7%。目前我國第3代汽車用高強(qiáng)度鋼的研究處于世界前列，懸架系統(tǒng)中的彈簧鋼還不如國外，后橋齒輪用鋼也尚待提升。

5.3 汽車輕量化材料少不了鋁合金

鋁是最早的汽車用輕量化材料，鋁合金密度是鋼的1/3，比吸能是鋼的2 倍，延展性好、易成形加工，耐腐蝕易回收，鑄造性能好，形式包括板材、型材、管材及高性能鑄鋁等，目前主要是鋁鑄件，占所有鋁制品的80%左右，鋁基復(fù)合材料制造的活塞相較于鑄鐵活塞減輕10%,輕型車和中型車使用鋁合金輪轂比傳統(tǒng)鋼質(zhì)輕30%～40%[6]。目前國內(nèi)車用鋁合金主要集中在動(dòng)力系統(tǒng)殼體、防撞梁、底盤轉(zhuǎn)向節(jié)等，累計(jì)約153 kg，與我國制定的汽車技術(shù)路線圖中2020 年的190 kg 相比還有較大提升空間?？ㄜ囓嚰軝M梁采用鋁合金可比高強(qiáng)度鋼輕25%，車身用的鋁合金主要有2系、5系、6系和7系，5系強(qiáng)度近似低碳鋼板，成形性好，用于內(nèi)板等復(fù)雜形狀的部位，6系綜合性能好可用于車身內(nèi)外板，奇瑞全鋁車身的小螞蟻車型減重19%，國內(nèi)部分廂式車鋁合金型材使用率可達(dá)到60%以上，貨箱減重率超過30%[5]。鋁制品廢品回收再利用高達(dá)90%，有利于環(huán)保，但生產(chǎn)上尚缺大型的擠壓鑄造設(shè)備，橫梁等大型擠壓鑄造零件無法國產(chǎn)化，且鋁合金牌號(hào)眾多，不利于大批量專業(yè)生產(chǎn)和降低成本，加上鋁合金不易焊接，汽車鋁合金總體使用量不如國外產(chǎn)品，目前鋁合金代替鋼板材料并沒有成功，但鋼鋁混合是發(fā)展趨勢。

5.4 汽車輕量化且環(huán)保材料應(yīng)重視鎂合金的使用

鎂能在鋁減重基礎(chǔ)上再減輕15%～20%，鎂合金是目前質(zhì)量最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，比強(qiáng)度高，比剛度大，耐沖擊，無生物毒性可重復(fù)利用且加工、鑄造性能好，我國鎂陸地資源居世界第一，鎂合金用于汽車上起步較晚，車用鎂以年均20%的速度增長，目前鎂合金主要制造底盤、車身、轉(zhuǎn)向盤、座椅框架、車輪等大面積結(jié)構(gòu)件和一些薄壁件。奇瑞EQ1 車身采用高強(qiáng)度鎂鋁合金，用鎂合金替代鋼結(jié)構(gòu)前車身，質(zhì)量降低58.6%,由于鎂合金具有良好的壓鑄成型性能可壓鑄薄壁件和結(jié)構(gòu)復(fù)雜件，替代部分的零件可以由原來的89個(gè)降為50個(gè)，且簡化了車身制造工藝。但我國目前是鎂礦產(chǎn)豐富，而鎂合金制造的產(chǎn)品較少，整車鎂合金使用量僅2 kg左右，與目前歐美車均5 kg有一定差距，與路線圖中2020年的15 kg目標(biāo)還有較大距離。限制它發(fā)展的主要原因是鎂的化學(xué)性質(zhì)活潑，抗蠕變能力和高溫疲勞性能差，需要專業(yè)的鎂合金壓鑄機(jī)和熔爐，無自成體系的壓鑄鎂合金，壓鑄技術(shù)有待提高，價(jià)格比鋁合金高約20%。應(yīng)加大鎂合金的研發(fā)，以代替鋼鐵和鋁合金，是汽車材料輕量化的重要措施之一。

5.5 汽車輕量化非金屬材料種類繁多，井噴式發(fā)展

現(xiàn)代汽車用的非金屬材料主要有橡膠、陶瓷、玻璃、塑料和膠粘劑等，橡膠有天然橡膠和人工橡膠，用于制作輪胎、膠管、減振塊等。陶瓷按性能和應(yīng)用可分為工程陶瓷和功能陶瓷，工程陶瓷可用于火花塞、缸蓋底板、活塞頂?shù)?，功能陶瓷按功用可分為?dǎo)電、壓電、光學(xué)等，可用于電子儀器超聲檢測儀器等。玻璃除了制作風(fēng)窗和車門窗等起開闊視野作用的，還可以制作有特殊作用的減速玻璃、吸熱玻璃、防霜玻璃等，現(xiàn)有安全玻璃、夾層玻璃、鋼化玻璃和區(qū)域鋼化玻璃等。當(dāng)今汽車塑料用量與鋁合金相當(dāng)，是鋼鐵用量的1/6，并不斷增長，短短幾年汽車塑料用量由8%增長到20%，汽車常用塑料有聚乙烯、聚氯乙烯、ABS樹脂、聚甲醛等。工程塑料不僅限于內(nèi)外飾件，還可以制造功能和結(jié)構(gòu)件。目前，油箱、水箱、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋防撞系統(tǒng)、安全氣囊等越來越多地采用塑料。各種高性能聚丙烯與天然纖維復(fù)合的質(zhì)輕、環(huán)保、可回收汽車新材料廣泛用于保險(xiǎn)桿、儀表盤、空調(diào)系統(tǒng)等，增長速度迅猛。膠粘劑種類繁多，有天然膠粘劑和合成膠粘劑，汽車常用的有環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂，用來膠接離合器摩擦片、修補(bǔ)缸體和蓄電池等。

5.6 復(fù)合材料、混合材料不容小覷

復(fù)合材料在汽車上主要有樹脂基（也稱為纖維增強(qiáng)塑料）、金屬基和陶瓷基，這類材料質(zhì)輕有彈性。樹脂基較為典型的有玻璃纖維增強(qiáng)塑料（俗稱玻璃鋼）和碳纖維增強(qiáng)塑料，金屬基主要有鋁、鎂、銅、鎳等。具有優(yōu)良力學(xué)性能的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是汽車輕量化新材料研究的熱點(diǎn)，一般密度是普通鋼的1/4～1/5，鋁合金的1/3，低成本碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料和天然纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料將是推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)升級(jí)換代的重要材料，用它制造車門、車窗、車輪等業(yè)已出現(xiàn)，第4代塑料尾門采用集成化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，相對于金屬門，減重比例高達(dá)26%，碳纖維增強(qiáng)塑料性能普遍優(yōu)于玻璃鋼，可制作車身、尾翼、底盤、發(fā)動(dòng)機(jī)罩等，碳纖維發(fā)動(dòng)機(jī)罩可使發(fā)動(dòng)機(jī)減重6 kg以上[7]。高密度聚乙烯制造的油箱比鋼制油箱減重4 kg，有望開發(fā)出“以塑代鋼”全塑車型。采用樹脂基復(fù)合材料可大幅減重，特別是碳纖維增強(qiáng)塑料減重效果最佳，最高可減重70%，近幾年玻璃鋼在載貨車上的應(yīng)用也取得了突破，以塑代鋼和單一塑料是未來汽車輕量化發(fā)展的亮點(diǎn)。河南冰熊等專業(yè)冷藏車箱體采用FRP 內(nèi)外板內(nèi)夾PU 泡沫混合材料。部分零部件及車身采用鋁、鎂、碳纖維增強(qiáng)材料甚至織物在內(nèi)的輕量化混合材料，國內(nèi)奇瑞大部分車身用高強(qiáng)度鎂鋁合金較傳統(tǒng)汽車減重40%，同時(shí)剛度提高60%以上，鋁鎂型材電池箱體減重明顯[8]。有關(guān)研究表明某款車型采用最優(yōu)的碳纖維復(fù)合材料防撞梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量為0.825 kg，而鋼制防撞梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量為2.321 kg，輕量效果達(dá)到64.5%，同時(shí)吸能比也增加了[9]，如圖3所示。

圖3 優(yōu)化前后防撞梁吸能量對比[9]

6 汽車輕量化制造工藝和裝配方法使輕量化落到實(shí)處

對于強(qiáng)度高、塑性差和形狀復(fù)雜等難成形的超高強(qiáng)度鋼采用熱沖壓成形新工藝，輔以熱處理工藝，得到最佳力學(xué)性能的目標(biāo)零部件。如用液壓成形制造進(jìn)氣歧管、排氣歧管、催化器轉(zhuǎn)換器等管件，以及液壓擠脹成形沖壓+焊接，包括車架縱梁、副車架、后橋車架等，均可提高性能，減少加工難度，降低質(zhì)量。軋制差厚板通過產(chǎn)品定制實(shí)現(xiàn)減重，激光拼焊技術(shù)在汽車車身上的應(yīng)用，包括拼焊板板材、沖壓成形、激光三維切割、激光焊接分總成、總裝白車身零部件加工及總成和在線檢測，可節(jié)省樣車和模具、夾具的費(fèi)用，生產(chǎn)周期縮短，白車車身質(zhì)量減少20%，同時(shí)焊點(diǎn)數(shù)量減少，白車身剛度、強(qiáng)度顯著提高[10]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一輛車的車身和底盤由300 多個(gè)零件組成，采用激光拼焊技術(shù)可使零件數(shù)量減少66%，材料利用率大大提高，一輛中型車可減輕9 kg。上世紀(jì)40 年代就廣泛用于汽車圓管毛坯的液壓成形技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展、深入，利用液壓成形技術(shù)制造傳動(dòng)軸、排氣管、凸輪軸等薄壁結(jié)構(gòu)件，同樣可以減少模具投入和縮短制造時(shí)間，減少焊接部位數(shù)量，提高密封性，減輕質(zhì)量。半固態(tài)成形技術(shù)在制備鋁合金最為成功，促進(jìn)了輕量化金屬材料的應(yīng)用和推廣。針對高強(qiáng)度薄板的智能沖壓技術(shù)、車架液壓擠漲成形沖壓+焊接、復(fù)合材料涂裝及與金屬的連接方法等先進(jìn)制造工藝和裝配方法不斷取得新的成績，異種材料之間連接技術(shù)的研發(fā)利用使得鋼鋁組合、鋼鋁和碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料混合車身成為了可能，大大促進(jìn)了汽車輕量化的進(jìn)程。

7 結(jié)語

近5 年來，中國汽車輕量化不斷向縱深方向快速發(fā)展，輕量化燃油乘用車還是主流，但呈現(xiàn)出小排量發(fā)動(dòng)機(jī)高效化且車身輕量化明顯，輕量化、小型化純電動(dòng)車發(fā)展迅猛并且續(xù)駛里程顯著提高，其輕量化、智能化水平與國外產(chǎn)品相當(dāng)甚至領(lǐng)先，燃料電池商用車加速產(chǎn)業(yè)化和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，插電式混合動(dòng)力乘用車有了長足發(fā)展。

到2020年，商用車重點(diǎn)提升總成節(jié)油和輕量化應(yīng)用水平[11]。中國汽車工程學(xué)會(huì)頒布了商用車輕量化發(fā)展目標(biāo)：到了2020 年底，實(shí)現(xiàn)整車材料減重10%[1]，部分車型已達(dá)到目標(biāo)。2018年之前，中國汽車產(chǎn)業(yè)用20年時(shí)間實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，但2018 年以后增速明顯放緩，2019 下半年以來因疫情和產(chǎn)大于銷的矛盾，車市寒冬引發(fā)汽車零配件等相關(guān)產(chǎn)業(yè)低迷，但新能源汽車研發(fā)和制造保持旺盛的生命力。2020年10月中國汽車工程學(xué)會(huì)發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖（2.0版）》指明了汽車產(chǎn)業(yè)未來15年發(fā)展方向，汽車輕量化依然是9大技術(shù)之一。對于我國自主輕量化技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用體系的構(gòu)建，近期以完善高強(qiáng)度鋼應(yīng)用體系為重點(diǎn)，中期以形成輕質(zhì)合金應(yīng)用體系為方向，遠(yuǎn)期形成多材料混合應(yīng)用體系為目標(biāo)。今后應(yīng)加大汽車輕量化產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同及技術(shù)鏈的銜接，協(xié)調(diào)好輕量化與電動(dòng)化、智能化的關(guān)系，加強(qiáng)軟件開發(fā)，完善數(shù)據(jù)庫，充分發(fā)揮我國的資源優(yōu)勢，進(jìn)一步加大高校與企業(yè)的深化創(chuàng)新。加大動(dòng)力電池梯次利用及車用材料回收利用等技術(shù)攻關(guān)，關(guān)注核心部件、動(dòng)力系統(tǒng)的高性能輕量化，促使超薄膜電極、空壓機(jī)和儲(chǔ)氫罐的產(chǎn)業(yè)化。加快自主高端品牌培育，完成汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展到高質(zhì)量發(fā)展的轉(zhuǎn)型。