汽车轻量化技术的前景与挑战研究

汽车轻量化设计研究

企业产业发展的主要方向就是汽车轻量化，也是一个汽车厂商是否拥有先进技术的主要标志。我国汽车制造业很早已经把轻量化作为发展课题，如今面对逐渐提高的环保要求以及不断上涨的原材料价格，积极发展汽车灯具轻量化已经显得至关重要。文章主要分析了汽车轻量化设计的现状和意义，汽车灯具轻量化设计应用，汽车轻量化技术的应用前景。

标签：汽车轻量化；设计；发展

1 汽车轻量化设计的现状和意义

在世界经济领域与人们现实生活中企业的地位毋庸置疑，其发展的重要方向是舒适、安全、低成本、节能和智能化等，随着不断提高的社会文明程度以及日益紧张的不可再生资源，最大程度降低材料用量以及控制尾气污染，这些都是汽车行业需要面对的挑战。相关资料表示，每次减少10%的汽车质量，可以节省6-8%的油耗。世界主要汽车生产国都在严格执行排放标准。我国北京也把汽车尾气排放强制执行欧洲三级标准。

控制节省车体质量，也就是轻量化设计这一主要问题，不仅可以减少材料消耗，还可以降低排放尾气量，这已经成为全球汽车行业的共识，已经得到了巨大的成绩。同时加入WTO以后，对轻量化设计的大量应用，提高了我国汽车综合水平，成功接轨于世界标准，对于提升我国汽车行业国际竞争起到重要作用。

2 汽车灯具轻量化设计应用

2.1 替代材料

20世纪80年代，由于能源危机造成的影响，日本提出了汽车轻量化设计，设计出对能耗与原材料有效节省的新车型。汽车灯具选择注塑材料制作，提出了与灯具大型注塑件相适合的制造技术，有效节省了手工操作所需的成本，进一步提升了企业灯具轻量化设计水平。车灯具体能够划分为前照灯、后车灯、转向灯、雾灯等。PC由于具有较强的抗冲击能力要相当于250倍的无机玻璃，相当于30倍的聚甲基丙烯酸甲酯板材，最早代替剥离在前灯外罩中应用，由于利用PC制作外罩，造成灯体利用改性聚丙烯，灯罩与灯体一般利用粘胶粘接式进行装配。此外，车灯造型中装饰功能是主要部分，PC拥有极好的光学与着色性能，可以制作车内装饰条对车灯进行点缀和装饰。一般利用透明有色的PC制作装饰条，可以选择辅助喷底漆突出其颜色，也可以同构镀铝方式对金属色积极改变和装饰；装饰圈通常利用镀铝方式改变金属色在照明灯外实施包嵌；灯具中反射镜是主要的零部件，从前都是利用压铸件镀铝进行制作，目前全部应用PC注塑镀铝，降低了质量，也对工艺进行了简化。灯具中一般是没有办法改变灯泡的发光颜色的，而指示灯全部是发出颜色的灯光，因此，利用内配光镜的颜色对整灯光颜色进行调整，通常有色透明PC的颜色包括红、黄、绿和蓝。

汽车轻量化的发展及前景分析

1 引言

研究发现，汽车的重量与汽车的CO2等排放量成正比，而且汽车的重量还与燃油消耗率成正比，因此，随着国家能源战略和节能减排技术在未来一段时间越来越重要，对新开发的新型汽车开展广泛深入的轻量化技术研究显得非常迫切。

2 当今汽车存在的问题

2.1 燃油问题

技术的飚速发展促使人类对燃油的需求，当今燃油问题已经成为世界关注的焦点之一，如何合理高效的利用现有的能源成为各界人士大力发展的目标，据了解我国油气资源的需求将与日俱增。预测到2010年，2020年石油需求量将分别达到3亿吨、3.8亿吨，天然气需求量也将分别达到1200亿立方米、2000亿立方米。如果同期我国油气资源得不到重大的发现，国内石油生产能力只能保持在1.8亿～2亿吨之间，缺口分别为1亿-1.2亿吨、1.8亿-2亿吨：国内天然气生产能力大约为1000亿立方米、1500亿-1600亿立方米，缺口分别为200亿立方米、400亿-500亿立方米。可以预测，2010年国内石油、天然气产量对需求的保障程度分别为57%、83%左右；2020年为50%、78%左右。2020年到本世纪中叶，供需缺口还将继续加大。这对需要燃油来运转的汽车来说，无疑不是更大的挑战，这就促使对汽车有更高的要求既要汽车能够良好的运转又要更节油。

2.2 环境问题

环境污染对人类的生活环境产生了不良的影响，甚至危害人类的身体健康，由于汽车尾气是引起环境污染的主要污染源之一，近年来各国都在环保上做出了相应的政策，不过各国都提出了汽车轻量化并进行相应的研究，各自都提出自己的一套理论体系，不过我认为车身轻量化设计需要综合考虑安全、耐久等性能的平衡，通过结构设计、材料选择及制造工艺优化三方面来实施。 2.3 时代问题 以前消费者对于豪华车的认识，除了大气的外观、精致的内饰和各种奢华的配置外，排量的大小也是很多人衡量一款车够不够豪华的特征。不过，随着这几年节能减排理念的推广、国际油价飞涨以及各种税费的限制，大排量车型已经不如以前那么受欢迎了，越来越多的人对汽车的认可观念也发生了变化，进而也促进了汽车轻量化的发展。

龙源期刊网

新能源汽车轻量化技术研究

作者：汪海洪

来源：《时代汽车》2020年第05期

摘 要：新能源汽车轻量化技术能够提升新能源汽车的续航里程，有力推动新能源汽车产业发展。新能源汽车轻量化技术包括轻质材料的应用以及轻量化工艺的应用。高强度钢、铝合金、镁合金、塑料复合材料都是理想的轻质材料;通过内高压成型技术、热压成型技术、辊压成型技术能够实现新能源汽车的轻量化制造。

关键词：新能源汽车;轻量化技术;轻量化材料

1 引言

2015年5月，国务院印发了《中国制造2025》，强调大力推动包括节能与新能源汽车在内的十个重点领域的突破发展，明确了新能源汽车作为未来汽车行业的发展重点。2016年10月，我国汽车工程学会组织编织的《节能与新能源汽车技术路线图》发布，为推动《中国制造2025》在汽车技术层面的贯彻实施明晰了发展路径。该路线图从材料、工艺、设计等方面阐述了新能源汽车轻量化发展规划，可以看出轻量化技术在新能源汽车开发中的重要地位。

2 新能源汽车轻量化的意义

新能源汽车中使用了“三电系统”，大大增加了自身质量，影响了新能源汽车的制动性能、动力性能、被动安全性、续航里程以及电力消耗。相关数据研究表示，新能源汽车质量降低20%则可以增加5-10%的续航里程，节约15-20%的电池成本与日常损耗[1]。因此，新能源汽龙源期刊网

车的减重需求十分迫切。汽车名义密度是体现轻量化的核心指标，名义密度越大则表明相同体积大小汽车的质量越大。当前新能源汽车的名义密度显著偏大，在短时间内无法显著改善电池能量密度的基础上应用轻量化技术能够显著提升新能源车辆的续航里程。

3 新能源汽车轻量化技术

3.1 轻质材料的应用

新能源汽车实现轻量化中轻质材料的应用包括以下几个方面：

维普资讯 ｎｓｉｇｈｔ　透颖　廛　实施欧ｌ、欧ｌｌ、欧¨ｌ和欧ｌＶ排放法　规。针对碰撞对人体伤害。美国制定　了正碰法规ＦＭＵＳＳ２０８和侧碰法规　ＦＭＯＳＳ２１４等。我国亦有类似的法　规公布和实施。各国汽车工业认为：　满足各项严格法规要求极为有效的　手段是采取高强度轻量化材料。以　使满足汽车轻量化降低油耗和排放　的同时。保证汽车的安全性法规要　求。　２０世纪７０年代两次石油危机，促　进汽车业提高燃油经济性；８０年代中　期以后。保护地球环境又一次推动汽　车业提高燃油经济性、降低排放。研　究表明。约７５％的油耗与整车质量有　关。降低汽车质量就可有效降低油耗　及排放。目前，大量研究表明，汽车质　量每下降１０％，油耗下降８％。排放下　降４％。美国在欧洲全顺车的实验表　明。在满足欧ｌＶ标准条件下，每百公　里油耗Ｙ和汽车自质量Ｘ的关系为　Ｙ＝０　００３Ｘ＋３　３４３４。对商用车的研究　亦表明，汽车质量每减少１　０００ｋｇ。　油耗可降低６％～７％。油耗的下降，　意味着二氧化碳、氮氧化物等有害　气体排放量的下降。据报道。美国汽　车质量如果减少２５％。燃油消耗按　减少１　３％计，一年节省２．７亿桶石　油。少｛ｊ｝放ＣＯ　１．０１亿吨。　汽车轻量化是提高汽车动力性、　舒适性进而提高竞争力的必须。汽　车质量减少。会减小动力和动力传　动系统负荷。可在较低的牵引负荷　下表现出同样或更好的性能。Ｌｏｔｕｓ　公司证明。簧载质量下降。明显提高　行驶平稳性和舒适性。为提高轿车　安全性、舒适性等性能，增加一些辅　助装置，导致车的质量增加，这些也　需通过轻量化予以补偿。又如。混合　动力汽车。由于增加了混动系统装　置而增加了车重。如果在混合动力　汽车中实现轻量化。不但可以减少　油耗。还可以降低制造费用。　无论从战略角度、商业角度还　是社会发展来看。具有高燃油经济　性和环保特点的汽车顺应了社会发　展的需要。美国石油的５３％依赖进　口。欧洲则为７６％。２００３年中国已　成为世界第二大石油消费国，机动　车耗油超过６０００万吨。２００５年中　国石油消耗量已达到１　３亿吨。在石　油价格连续攀升的形势下，汽车用　户越来越关注车的油耗，制造高燃　油经济性汽车是提高中国汽车工业　竞争力的重要因素。国外统计表明。　汽车的使用费用一般为购置费用的　１～２倍，而使用费用中燃油消耗则占　很大的比重。降低汽车油耗已成为　影响我国轿车产量增长的首要因素。　提高燃油经济性和能源多元化　是保证汽车工业可持续发展的当务　之急。国家汽车产业发展政策中第　１　０条规定“汽车产业及相关产业要　注重发展和应用新技术。提高汽车　燃油经济性。２０１０年前，乘用车新　车平均油耗比２００３年降低１５％以　上。”　轻量化材料和相关的应用技术　在汽车上的应用。在汽车节油技术　发展中十分重要。美国ＰＮＧＶ计划　中。把材料和相关应用技术作为三　大关键技术领域之一。我国预计曾　将２０２０年石油消耗从６．３亿吨减至　４．７亿吨。其中就考虑了汽车轻量化　的节油。　汽车轻量化材料及相关技术　的发展现状　世界汽车的自质量逐年下降　自２０世纪７０年代末以来，汽车　的自身质量逐年减少。以美国为例，　８０年代初中型轿车的平均质量为　１５２０ｋｇ；９０年代初下降至１４７５ｋｇ；　９０年代末下降至１　２３０ｋｇ；１　９８５—　１　９９５年期间，轿车质量平均每年减　少０．９％。２０世纪末和本世纪初世界　各国先后出现了１００千米油耗３升的　车。这类车的质量基本上处在７５０～　８５０ｋｇ之间。其中车身和底盘均为　２５０ｋｇ，比现在轿车约轻５０％；动力　及传动系３６３ｋｇ。减轻１０％；其他　部分重２２０ｋｇ，比现今同类型车的　轻５０％。１９９８年德国大众推出的百　千米油耗３Ｌ车，汽车自车质量只有　８００ｋｇ。奥迪公司新近开发的全新　紧凑型轿车系列产品一一Ａ２型轿　车。设计座位５个，汽车自身质量为　８９５～９９０ｋｇ。１９９９年底意大利菲　亚特公司研制的节能型３Ｌ轿车，其　自身质量只有７５０ｋｇ。美国福特汽　车公司与加拿大Ａｌｃａｉｑ铝业公司共　同研制开发的全铝车身承载结构。　所生产的Ｐ２０００型轿车其自身质量　为９１　０ｋｇ。与福特的Ｔａｕ　ｒｕｓ轿车相　比轻了４０％。　商用车的自质量也在逐年减少，　以意大利ｌＶＥＣＯ商用车为例，２０世　纪８０年代末，其商用车驾驶室的质　量为１　６　０　０　ｋ　ｇ，２　０　０　４年已降为　９６０ｋｇ。减少了４０％，车架８０年代　末的质量为１　２　０　０　ｋ　ｇ。目前已至　８００ｋｇ。减少３３％。　世界汽车轻量化材料用量逐年　增加　与汽车自身质量下降相对应，　汽车轻量化材料用量逐年增加。首　先是高强度钢和先进高强度钢的用　量增加。这类材料的应用既可以减　少汽车质量。又可保证汽车结构性　能和安全性能，如日本１　９８０年为８　７％。１　９９２年为２３　３％，个别公司　（如丰田公司）高达５０％；如美国　１９７６年为６％，１９８８年为１８％。目　舒血斟产业ＮＯ．６