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，世界各國政府近年來都制定了機動車排放標準，并逐年增加難度。拿中國來說，到2020年，我國乘用車行業燃油限值要從2015年的6.9L/百公里降至5.0L/百公里，年均降幅達6.2%左右，否則將予以停產、限產等五項嚴懲措施。輕量化已經成為汽車主機廠迫切的需求。

汽車輕量化技術可以分為三個主要方面：結構優化設計、輕量化材料應用和采用先進制造工藝。其中，采用輕質材料是當前的主流。

圖 汽車輕量化的主要途徑

• 等強度設計(用足設計極限)

• 形狀拓撲優化

• 集成化設計

• ……

• 輕質材料

• 高強鋼

• 輕合金

• 復合材料

• ……

• 激光拼焊板（TWB）

• 連續變截面板（TRB）

• 空心連續變截面鋼管（TRT）

• 自沖鉚接（SPR）

• ……

輕量化材料指的是低密度、高強度，在整車上應用后可提升單位面積承載質量的材料，最常用的如高強鋼、輕質合金(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 塑料在汽車上的應用（攝于LG化學展臺）

在底盤和動力總成中應用非金屬材料約75kg，其中塑料約30kg，橡膠約45kg。在發動機罩內外板、前保險杠、翼子板、后防撞梁、車內門板、行李箱蓋、儀表板和后風窗玻璃等車身零部件上非金屬材料也有著非常廣泛的應用。

改性塑料是最重要的汽車輕質材料，不僅可以減輕零部件約40%的質量，還可以使采購成本降低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 汽車內飾件中常用的塑料

圖 LFT在汽車上的應用

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圖 碳纖維在汽車上的應用

以碳纖維復合材料為重點突破口，從基礎研究和數據積累做起，從少量選裝套件做起，逐步向車身覆蓋件、結構件、功能鍵延伸。

基礎研究和數據積累：已經初步對汽車用CERP材料開展研究，包括碳纖維和樹脂材料牌號的選擇、評價體系、CAE分析用基礎數據的收集等等。

零部件的研發和生產：未來先推出極富現代感與動感的碳纖維選裝套件，為消費者提供個性化、定制化服務。再逐步向車身覆蓋件、結構件、功能件延伸。

圖 碳纖維在汽車上的應用

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，或者經過人工培育的植物或動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，但是這兩種材料區別還是挺大的。

木纖維：80%的木纖維與20%的復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，加工完成后非常穩定，不會有尺寸的改變或開裂等情況的出現，對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飾件上，其優勢表現在，相比于塑料更輕。

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表4 汽車輕量化材料性能對比

表5 汽車8大部件材料替換最新趨勢

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。對材料企業而言，核心的競爭力來源于在輕量化的同時把成本做到最低。行業里還有一句共同認可的話是：“合適的材料、合適的工藝在合適的時間用在合適的零件上”，這是在推動輕量化技術應用中可參考的一個原則。

部分素材參考上汽乘用車材料工作介紹

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