1.1 汽车轻量化发展背景概述

1.汽车轻量化的需求背景

随着我国经济的蓬勃快速发展，汽车保有量持续快速增长，同时近几年来油价的一路攀升，使汽车工业面临着前所未有的压力，特别是传统汽车排放的尾气给环境带来了巨大的危害，怎样最大限度地在减少材料用量的同时，对尾气排放污染进行有效控制，是汽车行业面临的极为重要的挑战。节约资源、减少环境污染成为世界汽车工业界急需解决的两大问题。

同时汽车工业在国家经济发展中起着重要的支柱作用。汽车行业的发展推动着许多相关工业部门的发展，诸如钢铁业、制造业、化学工业等。汽车行业本身属于高技术密集型，涉及科学领域中的新材料、新装备、新技术和新工艺等，上述领域中汇集了大批的科学家和工程师以推动行业不断地向前发展。在“十二五”规划中，节能减排是经济结构调整的重点，汽车行业的节能减排更是重中之重。汽车轻量化是汽车降低油耗、减少排放最有效的途径，数据表明，汽车质量每减轻300kg，寿命期内的排放可降低约20%。因此汽车轻量化是未来汽车发展中的重中之重。

此外，汽车轻量化能非常有效地改善汽车性能。首先，轻量化能够降低整车重心高度，整车重心的降低能明显改善汽车的行驶性能，使汽车行驶更加平稳、舒适。同时，它也能改善汽车的加速性能和弹性，降低转动和振动部件的噪声，提高汽车抗侧翻能力。其次，随着国家正面碰撞与侧面碰撞安全法规相继出台，人们对汽车的安全性的重视程度也逐年提高，而汽车轻量化也是提高汽车被动安全性的有效途径之一，汽车重量减轻将有效地缩短制动距离，减少碰撞惯性与碰撞过程中产生的动能。同时，随着具有良好吸能性能的轻量化材料在汽车车身上的应用逐年增多，不仅增大了碰撞过程中的能量吸收，而且使车辆的碰撞被动安全性得到显著提升。再次，汽车轻量化能有效减少汽车的滚动阻力、爬坡阻力、加速阻力等，为提高汽车的动力性创造了有利条件。综上可知，减轻汽车自重是节约能源、提高燃料经济性和改善汽车性能的基本途径之一。汽车轻量化技术必将成为各个汽车公司的核心竞争技术之一。

2.国外汽车轻量化发展背景概述

汽车轻量化始于发达国家，最早由传统汽车巨头引领，经过发展已形成一定规模。德国是当前汽车轻量化材料领域占比最高的国家，其次是美国和日本。德国汽车工业十分发达，在新材料工业和机械制造领域聚集了世界上最优秀的几个生产企业，具有推动汽车轻量化得天独厚的优势。一方面由于欧洲在能耗和排放政策上越发严格，另一方面德国是目前豪华品牌车型最多的国家，新材料、新技术对于高端车型也有增加科技豪华感的作用，所以德国以ABB（Audi、Benz、BMW的缩写，指奥迪、奔驰和宝马）为代表的车企对于新材料的使用更为热衷，尤其是奥迪在铝合金车身、宝马在碳纤维车身方面都处于行业领先地位。2015年德国新生产汽车铝合金和其他新材料在车身和底盘中的占比高达25%，是目前全球汽车轻量化材料使用比例最高的国家，到2020年新材料的使用趋势会继续上涨，将达到34%。美国虽然高端豪华品牌车型也较多，但是美国汽车行业对于新型轻量化材料的热衷主要来源于新能源汽车的发展以及排放和能耗的压力，代表企业是特斯拉、通用、福特等。特斯拉Model S和Model X在车身和底盘上基本都采用了铝合金和其他复合材料，而通用的高端品牌凯迪拉克在近两年的新车型中也开始采用钢铝复合车身结构，比如凯迪拉克CT6。福特则是将铝合金车身首先搭载在F150这类高端皮卡车型上。目前日本汽车企业轻量化材料的使用也主要是集中在一些非结构件上，比如铝合金的发动机舱盖、塑料翼子板和尾门等，还有就是底盘和发动机的一些铸铝件。其中代表企业是丰田雷克萨斯和本田讴歌。随着全球能耗和排放政策越发严格，预计2020年日本汽车企业轻量化材料在底盘和车身中的占比会赶上美国，达到20%。

3.国内汽车轻量化发展背景概述

相比国外而言，我国在汽车轻量化方面的研究尚还处于起步阶段，继我国加入WTO（World Trade Organization，世界贸易组织）后，经济全球化进程不断加快，我国对国际能源及原材料市场的依赖程度不断加深。我国已成为世界第二大能源消费国，当前国际原油及工业原材料价格不断攀升，势必对我国经济发展造成极大的阻碍，汽车轻量化进程刻不容缓。国内很多院校和学者都在轻量化方面做了大量的工作，林忠钦教授课题组在结合汽车的耐撞性与轻量化方面做了卓有成效的工作，华中科技大学、北京航空航天大学和扬州大学等结合有限元优化方法开展了客车轻量化研究。在“十三五”期间，我国在汽车轻量化材料技术方面开展了深入的研究并取得一些成果，包括非金属材料、新工艺、加工技术及设备等方面。另外，宝山钢铁公司也在开发乘用车用高强度钢板上做了大量的工作，并成功开发出DP（双相钢）、TRIP（相变诱导塑性钢）系列的车用高强度钢板，并逐渐推广运用到一些汽车公司的乘用车车身上等。

近十年来，中国品牌汽车在追随轻量化技术应用方面取得了明显进步，高强度钢、轻合金、非金属材料在乘用车、商用车上的应用比重逐步增加。近两年，随着清洁能源汽车在国内的发展，在全铝车身、钢铝混合车身甚至碳纤维车身技术方面，也有企业开始了工业化小批量生产并投放市场接受考验。

汽车轻量化技术已经成为各个汽车公司的核心竞争技术。我国逐年兴起并蓬勃发展的汽车工业要迅速缩小与世界发达国家的差距，增强国际竞争力，就必须在引进消化吸收国外先进技术的同时花大力气开展汽车轻量化材料关键技术研究，不断攻克并自主掌握轻量化核心关键技术，使我国的汽车工业在全球经济化的激烈竞争中立于不败之地并实现可持续发展。

➔作者：

❖黄宗斌，徐志丹.上汽通用五菱汽车股份有限公司

参考文献

[1] 陈辛波，杭鹏，王叶枫.电动汽车轻量化技术研究现状与发展趋势[J].汽车工程师，2015 （11）：23-28.

[2] 王磊，刘莹，乔鑫.基于正向开发流程的车身轻量化设计[J].汽车工程学报，2015，5（6）；461-465.

[3] 芦长椿.低成本碳纤维复合材料在乘用车上的应用[J].高科技纤维与应用，2016，41（2）：14-18.

[4] 胡群林，温秀海，陈晓锋.汽车车身轻量化发展方向探讨[J].成组技术与生产现代化，2014，31（4）：38-45.

[5] 刘磊.研究汽车轻量化材料及制造工艺[J].工程技术（英文版），2016（11）：3.

[6] 何杰.新材料助推汽车轻量化[J].农机使用与维修，2015（4）：60-61.

[7] 李建峰.碳纤维材料在汽车零部件的应用前景[J].中国科技纵横，2015（21）：76.