汽車輕量化技術(shù)的研究與進(jìn)展探析

孟召軍

凱勒（南京）新材料科技有限公司 江蘇南京 211505

隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，家庭汽車保有量持續(xù)增長，這一方面給人們的日常出行帶來了極大的便利，而另一方面又引發(fā)了能源損耗、環(huán)境污染等問題。近年來的研究表明，汽車輕量化是減少能耗、降低污染的有效手段之一，同時還有利于改善汽車性能，提升汽車的運行質(zhì)量，對汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。因此，進(jìn)入新世紀(jì)以來，全球各國都加大了汽車輕量化技術(shù)的研究與應(yīng)用。

1 汽車輕量化的研究意義

近年來，汽車生產(chǎn)技術(shù)取得了長足的進(jìn)步，人們對其綜合性能的要求也在不斷提高，同時為了實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展，汽車輕量化逐漸成為一種趨勢，這樣一來，不僅汽車的油耗有所降低，尾氣排放量也可以得到更好的控制，從而起到保護(hù)環(huán)境的作用。要想實現(xiàn)汽車的輕量化，首先要從新材料的研發(fā)入手，開發(fā)高強度、低能耗的高效汽車材料?？梢哉f，汽車生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步離不開高性能材料的應(yīng)用。研究表明，汽車整車重量減少十分之一，油耗量可減少7%左右，而且汽車輕量化還可以大幅提升汽車的加速性能，系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性等也能夠得到明顯的改善。統(tǒng)計數(shù)字表明，汽車車身、底盤、發(fā)動機(jī)等可占到汽車總重的三分之二。其中，車身的重量又是占比最高的，因此，降低車身的重量對汽車輕量化的實現(xiàn)有著重要意義?？偟膩碇v，要想實現(xiàn)汽車輕量化，需要從車身材料入手，研究低能耗、高強度的綠色環(huán)保材料，以此提升汽車的總體性能[1]。

2 汽車輕量化的主要措施

2.1 結(jié)構(gòu)的輕量化

隨著數(shù)字化、智能化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，計算機(jī)輔助技術(shù)已經(jīng)深入到汽車生產(chǎn)、制造的整個流程當(dāng)中，對于汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了重要的推動作用。在輕量化過程中，結(jié)構(gòu)的輕量化是其中的重要組成部分，利用計算機(jī)軟件對已有的汽車結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)、優(yōu)化，能夠在確保車輛安全性的前提下，減少總體質(zhì)量并且提升綜合性能。通過計算機(jī)輔助軟件的應(yīng)用，可在虛擬環(huán)境下對汽車結(jié)構(gòu)的強度、柔韌度等參數(shù)進(jìn)行設(shè)計，進(jìn)而實現(xiàn)車輛總體性能的仿真評估，從而確保了汽車輕量化過程中不會影響到最終的安全性能。此外，在虛擬環(huán)境下，可進(jìn)行碰撞仿真實驗，以此對碰撞事故的發(fā)生進(jìn)行模擬，雖然所得數(shù)據(jù)趨于理想化，但其結(jié)果仍然有著很高的參考價值，尤其在結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計中，仍然具有重要的意義[2]。通過計算機(jī)輔助技術(shù)的應(yīng)用，大大縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期，為汽車結(jié)構(gòu)的輕量化提供了可能。

2.2 材料的輕量化

材料科技的發(fā)展，使得汽車、飛機(jī)等工業(yè)產(chǎn)品從理論化設(shè)計轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用，進(jìn)而實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。可以說，材料科技是諸多學(xué)科從理論變?yōu)閷嶋H的必要前提，是一個企業(yè)、乃至一個國家提升核心競爭力的關(guān)鍵。塑料和復(fù)合材料是近年來最熱門的研究方向之一，已被應(yīng)用到多個行業(yè)領(lǐng)域。比如：在飛機(jī)制造中，碳纖維復(fù)合材料就得到了廣泛的應(yīng)用，不僅實現(xiàn)了飛機(jī)的輕量化，提升了總體的安全性，還帶來了更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。對于汽車生產(chǎn)來說，同樣要重視材料的輕量化，很多專家都認(rèn)為塑料和復(fù)合材料的應(yīng)用將是汽車輕量化的重要途徑。若想通過材料的優(yōu)化來減輕車身重量，并提升汽車的安全性、舒適性，就必須讓塑料和復(fù)合材料逐步取代部分金屬構(gòu)件。

3 復(fù)合材料與汽車輕量化

3.1 復(fù)合材料特點

復(fù)合材料，主要是利用物理或化學(xué)手段將多種不同特性的材料集合到一起，從而獲得新的性能。通過復(fù)合材料的大量應(yīng)用，能夠有效減輕汽車重量，汽車輕量化才能得以實現(xiàn)。一般來說，復(fù)合材料具有以下特點：

（1）密度小、質(zhì)量輕。在汽車的輕量化生產(chǎn)中，金屬材料往往需要通過降低強度、硬度等措施來優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)，進(jìn)而減少車輛的總質(zhì)量。通過對復(fù)合材料的研究發(fā)現(xiàn)，在相同尺寸下，其質(zhì)量要遠(yuǎn)低于金屬材料，尤其是碳纖維復(fù)合材料，不僅使得汽車的整體結(jié)構(gòu)更加輕質(zhì)化，在性能方面也能得到明顯的改善。

（2）研發(fā)的方向更加寬廣。材料技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得復(fù)合材料的研究前景更加寬廣。根據(jù)人們的不同需求，可以定制生產(chǎn)更具個性化的車身結(jié)構(gòu)，以方便各種不同的運行狀況，不論是專業(yè)性還是應(yīng)用性，都獲得了大幅增強[3]。

（3）安全性更高。金屬材料在使用中，難免會出現(xiàn)老化、磨損等情況，特別是長期暴露在惡劣環(huán)境下，更是會出現(xiàn)嚴(yán)重的老化問題，這必然會造成較大的安全隱患。復(fù)合材料的抗老化、耐腐蝕能力更強，其在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用，可有效提升汽車的安全性能。

3.2 塑料和碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用

塑料和碳纖維復(fù)合材料，已在汽車生產(chǎn)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。汽車的儀表板、后備箱等部分，都開始用到塑料。考慮到單一塑料無法滿足現(xiàn)有的使用需要，復(fù)合材料的作用愈加凸顯出來。復(fù)合材料所具有的低密度、耐腐蝕、耐沖擊等特點，更好的滿足了汽車生產(chǎn)低重量、高強度等性能要求，在綜合性能方面更是實現(xiàn)了優(yōu)化。比如，碳纖維復(fù)合材料有著非常理想的強度、剛度，可滿足底盤、車身等結(jié)構(gòu)的性能需要。當(dāng)前的新型電動汽車，外殼就普遍應(yīng)用到了碳纖維復(fù)合材料，比傳統(tǒng)材料的重量大幅減輕。當(dāng)然，我們也必須意識到，復(fù)合材料在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用，給汽車輕量化的實現(xiàn)提供了一種有效的途徑，同時也對制造技術(shù)提出了更高的要求，如沖壓、焊裝等生產(chǎn)制造技術(shù)、管理形式等都必須做出相應(yīng)的轉(zhuǎn)變。

4 結(jié)語

總的來說，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，帶來了更加嚴(yán)重的能源損耗、環(huán)境污染問題，這就使得汽車輕量化成為重要的研究方向。材料的輕量化，是汽車輕量化的重要途徑，應(yīng)根據(jù)車輛的不同需要，選擇相應(yīng)的材料。當(dāng)然，只有將多種輕量化技術(shù)結(jié)合起來，才能充分展現(xiàn)輕量化的優(yōu)勢，這就需要進(jìn)一步加強集成化、系統(tǒng)化的設(shè)計研究。