汽车轻量化：技术工艺材料齐发力

 

    正是出于对减少能源消耗、减少污染物排放等目的，汽车轻量化技术一直以来成为科研、汽车生产制造等重点探索方向。无论是对于传统动力汽车，还是新能源汽车，轻量化所带来的经济效益和社会效益都相当可观。目前，在汽车轻量化领域，正呈现技术、工艺和材料等多方发力局面。

 

 

    此前媒体报道，美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）研究人员研发一种新型超轻复合材料，该材料由镁、纳米陶瓷粒子、碳化硅纳米粒子合成，具有优良承重能力，对今后汽车轻量化发展具有重要意义。

 

    相对于仍处科研阶段的新材料，铝材料、塑料、碳纤维等则已成为汽车轻量化材料实际应用的“先锋”。德国汽车专家预测称，汽车重量还有15%下降空间，因此“以塑代钢”汽车轻量化已成为各大品牌汽车厂商追逐的技术焦点之一。汽车零部件比较复杂，在原材料、外观和尺寸等方面对塑料注塑件要求较高。尽管如此，车用塑件已成为很多汽车厂商探索和实际应用的重要方向。资料显示，发达国家将汽车用塑料量，作为衡量汽车设计和制造水平高低的一个重要标志，每辆汽车塑料用量从上世纪90年代的100kg至130kg上升到2004年的152kg和2006年的174kg，现在用量是230kg。目前，德国汽车用量最多，占整车用料的15%以上。此外，轻质高强纤维材料的应用也是车辆减少燃料消耗、降低污染排放的有效途径，以高性能纤维及复合材料为代表的轻量化纤维材料制造技术，正逐渐成为未来市场竞争的核心技术。 

 

    新型铝材料在汽车上的运用也已铺开。资料显示，在构成汽车的2万多个零件中，约有86%为金属材料。因此，可以通过使用轻金属来减轻汽车自重，而汽车铝化率达到60%以上也是完全可取的。在汽车制造领域，铝合金是应用最广泛的轻量化材料，全球目前约有12%至15%耗铝量用于汽车工业，有些发达国家甚至已超25％。北美汽车调查显示，铝使用量将在2012年达到每辆车156千克，到2025年这个数字将达到249千克。看好车用铝材的中国忠旺集团认为，在未来，汽车铝材的开发与应用主要集中在三个方面：一是车身、车架全铝化及大型铝合金型材的开发应用；二是防冲挡及车门刚性结构的全铝化；三是转动部分零部件的全铝化。其中，铝制车身将会成为今后的一种发展趋势，将给我国铝加工业提供广阔市场并带来发展机遇。 

 

 

    汽车轻量化的发展方向，对车用材料提出新的要求的同时，也是对汽车设计、制造工艺提出更高要求。新材料的获得更需匹配相应设计、制造工艺、技术。目前来看，对塑件、铝材的使用已有相对成熟的设计制造工艺，而随着新材料层出不穷，一些创新材料也已逐步进入实用阶段。另外，设计、制造工艺和技术在挖掘传统材料轻量化潜力方面也有巨大作用。当前，不少汽车厂商正通过优化设计和制造，来进行可能的轻量化尝试。 

 

    近日，雪佛兰迈锐宝XL的问世，正成为中高级车轻量化的新标杆。迈锐宝XL整车重量为1415kg，相比前一代车型减重120kg，其1.5T车型综合油耗达到同级领先的6.0L/百公里。资料显示，迈锐宝XL车身研发团队采用前瞻的CAE理念进行数十轮的结构拓扑分析，通过高精度的仿真迭代，一方面找出关键位置进行进一步强化，提升车身强度和防撞能力；另一方面也对多处车身部位进行结构设计的优化和减重，并优化底盘与结构部件之间的连接设计，从而铸造更轻盈、更坚固的车身。迈锐宝XL大比例应用高强度钢和超高强度钢，特别是加大热成型钢应用比例。在迈锐宝XL车身架构中，超高强钢整体占比高达40%，热成型钢比例也领先同级。良好的车身刚性不仅大大提升安全性能，也为悬挂和转向机构提供坚实、可靠基础。同时，车身结构优化使得整车实现车身部分重量降低超50kg。 

 

    资料显示，在汽车轻量化技术中，结构优化和工艺改进的作用不容小觑。结构优化设计也是轻量化的重要途径，在满足工艺要求的前提下进行结构形状和尺寸设计。例如，保险杠的薄壁化开发，常规的设计为3.0MM壁厚，采用普通的PP滑石粉材料，单件重量4kg至5kg，而吉利采用2.5mm壁厚设计，高刚性PP材料，单件减重10%至15%。在减重的同时，吉利也配合相应新工艺和新技术，通过优化设计、制造，发挥新材料作用。