1.前言

近年來，汽車需求量的不斷增長使得能源緊張和環(huán)境污染的問題日益突出，世界主要汽車生產(chǎn)國紛紛加快部署，將發(fā)展新能源汽車作為國家戰(zhàn)略，大力發(fā)展和推廣應(yīng)用汽車節(jié)能技術(shù)。我國國務(wù)院于2012年6月印發(fā)了《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012～2020年）》（國發(fā)[2012]22號）以促使緩解燃油供求矛盾、減少尾氣排放，改善大氣環(huán)境。其中明確了“以純電驅(qū)動為新能源汽車發(fā)展和汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型的主要戰(zhàn)略取向，當(dāng)前重點推進(jìn)純電動汽車和插電式混合動力汽車產(chǎn)業(yè)化，推廣普及非插電式混合動力汽車、節(jié)能內(nèi)燃機(jī)汽車，提升我國汽車產(chǎn)業(yè)整體技術(shù)水平”的技術(shù)路線，以達(dá)到技術(shù)水平大幅提高，新能源汽車、動力電池及關(guān)鍵零部件技術(shù)整體上達(dá)到國際先進(jìn)水平，掌握混合動力、先進(jìn)內(nèi)燃機(jī)、高效變速器、汽車電子和輕量化材料等汽車節(jié)能關(guān)鍵核心技術(shù)，形成一批具有較強競爭力的節(jié)能與新能源汽車企業(yè)的目的。^【1】

2.汽車輕量化的意義及要求

     據(jù)統(tǒng)計，2011年世界汽車產(chǎn)量達(dá)80，271，475輛，其中中國汽車產(chǎn)量達(dá)18,418,876輛，按每輛車平均排放200g/km，每年行駛3萬公里，2011年世界汽車共排放4.8億噸CO2 。據(jù)預(yù)測，至2016年世界汽車年產(chǎn)量將增加到1億1千5百萬臺，而增加部分的一半將來自中國^【2】。中國汽車的節(jié)能減排水平將對世界汽車排放總量產(chǎn)生重大影響。

有研究表明，汽車自重每減少10% ，燃油經(jīng)濟(jì)性改善 6-8%，排放量將降低5-6%，而燃油消耗每降低1L，CO2 排放量將降低2.45k^【3】。由此可見汽車輕量化是實現(xiàn)節(jié)能減排的重要手段。

汽車的輕量化是指在保證汽車整車質(zhì)量和性能不受影響的前提下，最大限度地減輕各零部件的質(zhì)量，在降低燃油消耗、減少排放污染的同時，滿足高輸出功率、低噪聲、低振動、良好的操縱性，以及高可靠性等綜合指標(biāo)。^【4】

3.輕量化的現(xiàn)狀

我國自主品牌轎車自重較國外同類產(chǎn)品重約8%-10% ，而在重量相當(dāng)?shù)那闆r下，自主品牌轎車安全性較國外同類差2~3 個等級。而商用車與進(jìn)口汽車在輕量化方面差距更大：商用車自重較國外同類產(chǎn)品高約 10%~15%。據(jù)發(fā)改委汽車中長期對策研究中心的數(shù)據(jù)測算，我國平均單車年消耗石油2.5t，而美國為 1.6t，日本為 1.0t，歐洲為 1.1t。

鑒于國內(nèi)汽車輕量化技術(shù)與世界水平的較大差距，主要汽車生產(chǎn)國輕量化與改善燃油效率值的策略以及汽車輕量化的發(fā)展趨勢，中國汽車工程學(xué)會、中國第一汽車集團(tuán)公司等單位于2007年12月成立汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，以期望達(dá)到車型輕量化、同時提高安全性能的目的。

汽車輕量化主要從三個方面來實現(xiàn)：1使用高性能輕質(zhì)的新型材料，2采用現(xiàn)代先進(jìn)的制造技術(shù)，3優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)和零部件結(jié)構(gòu)。

第一種方法使用多種輕質(zhì)材料用于汽車制造工業(yè)，其中高強度鋼的使用起到了顯著效果，鎂鋁合金正逐步應(yīng)用，同時塑料材料復(fù)合材料的應(yīng)用也正在進(jìn)行中。第二種方法先進(jìn)制造工藝的應(yīng)用則包括熱壓成型技術(shù)、激光拼焊板技術(shù)、RTM樹脂傳遞模塑成型工藝等。第三種方法主要利用有限元法和優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以減輕車身結(jié)構(gòu)和零部件結(jié)構(gòu)質(zhì)量。當(dāng)然，以上三種輕量化措施并不是相互獨立相互分離的，其實它們相互交織相互滲透，只有當(dāng)所有輕量化措施有機(jī)結(jié)合才能獲得最優(yōu)效果。

作為汽車輕量化關(guān)鍵實施方法之一材料，寶鋼、太鋼已分別試生產(chǎn)出強塑積為20、30 GPa%的第三代高強度鋼，目前國外在先進(jìn)高強度鋼和超高強度鋼的工藝性能對產(chǎn)品性能的影響方面做了深入研究；在變形鋁合金方面，國外著重研究預(yù)退火鋁板的可成形性分析預(yù)測和高強度鋁活塞材料的應(yīng)用問題；在鑄造鋁合金方面，國外半固態(tài)鋁合金已獲得應(yīng)用，新型變質(zhì)過共晶鋁硅合金也已用于制造轎車發(fā)動機(jī)無缸套過共晶鋁硅合金氣缸體上；長玻纖增強PP釜內(nèi)合金的進(jìn)氣歧管也已開發(fā)成功，其他擴(kuò)大應(yīng)用工作也在展開，值得注意的是，碳纖維增強塑料在汽車上的應(yīng)用已經(jīng)開始.2010年歐洲車身會議上豐田公司介紹的Lexus跑車的CFRP客艙，其碳纖維增加塑料的用量占到白車身質(zhì)量的65%）。

特殊組織相變控制的鑄造技術(shù)已成功用于試制美國軍用20、25英寸的車輪，并通過美方檢驗；碳纖維增強塑料加工方法的適應(yīng)性，日本開發(fā)了可快速且低成本制造CFRP的技術(shù)，RTM（樹脂傳遞模塑）成型工藝，RTM工藝可使高強度高剛性的熱塑性CFRP快速成型。

2008年，梅賽德斯C級轎車四缸柴油發(fā)動機(jī)采用塑料油底殼（PA66 GF35），相比原始的鋁合金油底殼，塑料油底殼有效的減重1.1㎏（減重60%），并且由于塑料模具的較低價格，以及無金屬的后續(xù)加工，有效的使成本降低30%-40%。

2011年法蘭克福車展上戴姆勒與巴斯夫共同展出概念車“SmartForvision”，此車采用全塑料輪轂，此種輪轂單件重6㎏，相較傳統(tǒng)輪轂?zāi)苡行p重3㎏，而車輪屬于非簧上旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，其減重效果可達(dá)18㎏。

4.我國汽車輕量化主要問題

    我國汽車輕量化技術(shù)在理論技術(shù)以及實際應(yīng)用方面均存在較大差異，輕量化技術(shù)的發(fā)展也面臨各種問題：首先，輕量化給供應(yīng)商、主機(jī)廠的利益驅(qū)動不足，大部分變更除了CAE分析還需要大量的實驗來驗證其可靠性，而部分主機(jī)廠又不能提供有效的指導(dǎo)，同時輕量化不僅前期投入較大而且過程比較漫長，見效慢，使得部分廠家不愿意投入大量資金做前期研究，抱著有成熟應(yīng)用跟風(fēng)即可的心態(tài)；其次，輕量化技術(shù)需要運用多學(xué)科交叉融合所形成的綜合性、系統(tǒng)性知識體系，它涉及眾多學(xué)科的研究領(lǐng)域，而目前國內(nèi)各研發(fā)機(jī)構(gòu)往往只注重于單個技術(shù)的研發(fā)，很少開展各技術(shù)間的交叉、融合。

5.結(jié)束語

    作為有效的節(jié)能減排手段，汽車輕量化技術(shù)已經(jīng)成為汽車工業(yè)發(fā)展的重要研究課題之一，輕質(zhì)材料、優(yōu)化設(shè)計和新制造技術(shù)等幾方面，都有巨大的潛力有待發(fā)掘。