汽車輕量化——在滿足油耗、兼顧成本的前提下，盡可能降低整車重量。

為什么要輕量化？

圖 汽車輕量化的背景

若汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%；汽車重量降低1%，油耗可降低0-7%；汽車整備質(zhì)量每減少100千克，百公里油耗可降低0.3-0.6L。

另外，世界各國(guó)政府近年來(lái)都制定了機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)，并逐年增加難度。拿中國(guó)來(lái)說(shuō)，到2020年，我國(guó)乘用車行業(yè)燃油限值要從2015年的6.9L/百公里降至5.0L/百公里，年均降幅達(dá)6.2%左右，否則將予以停產(chǎn)、限產(chǎn)等五項(xiàng)嚴(yán)懲措施。輕量化已經(jīng)成為汽車主機(jī)廠迫切的需求。

汽車輕量化技術(shù)可以分為三個(gè)主要方面：結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、輕量化材料應(yīng)用和采用先進(jìn)制造工藝。其中，采用輕質(zhì)材料是當(dāng)前的主流。

圖 汽車輕量化的主要途徑

• 等強(qiáng)度設(shè)計(jì)(用足設(shè)計(jì)極限)

• 形狀拓?fù)鋬?yōu)化

• 集成化設(shè)計(jì)

• ……

• 輕質(zhì)材料

• 高強(qiáng)鋼

• 輕合金

• 復(fù)合材料

• ……

• 激光拼焊板（TWB）

• 連續(xù)變截面板（TRB）

• 空心連續(xù)變截面鋼管（TRT）

• 自沖鉚接（SPR）

• ……

輕量化材料指的是低密度、高強(qiáng)度，在整車上應(yīng)用后可提升單位面積承載質(zhì)量的材料，最常用的如高強(qiáng)鋼、輕質(zhì)合金(鋁合金、鎂合金等)、非金屬材料等。今天，我們主要講講非金屬材料。

圖 塑料在汽車上的應(yīng)用（攝于LG化學(xué)展臺(tái)）

在底盤和動(dòng)力總成中應(yīng)用非金屬材料約75kg，其中塑料約30kg，橡膠約45kg。在發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)外板、前保險(xiǎn)杠、翼子板、后防撞梁、車內(nèi)門板、行李箱蓋、儀表板和后風(fēng)窗玻璃等車身零部件上非金屬材料也有著非常廣泛的應(yīng)用。

改性塑料是最重要的汽車輕質(zhì)材料，不僅可以減輕零部件約40%的質(zhì)量，還可以使采購(gòu)成本降低40%左右。汽車用塑料量約占塑料總消耗量的8%左右，約占汽車總重量的10%，主要的品種有PP、PU、ABS、PS、SAN、SMA、PVC、PE等。

表1 汽車配件塑料化的輕量化情況

表2 汽車內(nèi)飾件中常用的塑料

圖 LFT在汽車上的應(yīng)用

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圖 碳纖維在汽車上的應(yīng)用

以碳纖維復(fù)合材料為重點(diǎn)突破口，從基礎(chǔ)研究和數(shù)據(jù)積累做起，從少量選裝套件做起，逐步向車身覆蓋件、結(jié)構(gòu)件、功能鍵延伸。

基礎(chǔ)研究和數(shù)據(jù)積累：已經(jīng)初步對(duì)汽車用CERP材料開(kāi)展研究，包括碳纖維和樹(shù)脂材料牌號(hào)的選擇、評(píng)價(jià)體系、CAE分析用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集等等。

零部件的研發(fā)和生產(chǎn)：未來(lái)先推出極富現(xiàn)代感與動(dòng)感的碳纖維選裝套件，為消費(fèi)者提供個(gè)性化、定制化服務(wù)。再逐步向車身覆蓋件、結(jié)構(gòu)件、功能件延伸。

圖 碳纖維在汽車上的應(yīng)用

表3 減重信息表

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圖 木纖維制件

所謂自然纖維，指的是自然界中存在的，或者經(jīng)過(guò)人工培育的植物或動(dòng)物身上直接取得的紡織纖維。木纖維和麻纖維也是目前在汽車輕量化技術(shù)中使用較多的兩種自然纖維。雖然都是自然纖維，但是這兩種材料區(qū)別還是挺大的。

木纖維：80%的木纖維與20%的復(fù)合纖維制成的纖維氈（在熱模中成型，屬于熱固型材料），比塑料輕40%左右，加工完成后非常穩(wěn)定，不會(huì)有尺寸的改變或開(kāi)裂等情況的出現(xiàn)，對(duì)于石油等不可再生資源的依賴性小。

麻纖維：50%麻纖維與50%復(fù)合纖維制成的纖維氈（在冷模中成型，屬于熱塑型材料），比塑料輕20%左右。

自然纖維主要是用在車輛內(nèi)飾件上，其優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在，相比于塑料更輕。

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表4 汽車輕量化材料性能對(duì)比

表5 汽車8大部件材料替換最新趨勢(shì)

雖然輕量化材料的確能降低汽車的整體重量和碳排放量，但也大大增加了汽車的成本。對(duì)材料企業(yè)而言，核心的競(jìng)爭(zhēng)力來(lái)源于在輕量化的同時(shí)把成本做到最低。行業(yè)里還有一句共同認(rèn)可的話是：“合適的材料、合適的工藝在合適的時(shí)間用在合適的零件上”，這是在推動(dòng)輕量化技術(shù)應(yīng)用中可參考的一個(gè)原則。

部分素材參考上汽乘用車材料工作介紹

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