汽车轻量化技术发展趋势研究

汽车轻量化技术发展趋势研究

张可可姚树森

（长安大学汽车学院，陕西西安７１００６４）

摘要：为了降低汽车油耗，节约能源，抑制环境恶化，提升汽车性能，把轻量化材料应用在汽车制造－ｒ，ｌｋ中，减少轿车重量，是一种行之有效的方法。本文主要介绍了在汽车＿ｖ－，＿ｌｋ中引用轻量化的设计理念和一些汽车经常使用的轻量化材料。

关键词：轻量化；材料；机械性能

中图分类号：Ｕ４６５文献标识码：Ａ文章编号：１００３—５１６８（２０１３）１５—００９９—０１随着国内外汽车轻量化技术发展脚步的加快，轻量化设计主要应用到汽车的设计前期。轻量化措施主要包括轻量化的结构分析和设计。在轻质材质的选取上主要包括：镁、铝、高强度钢、工程塑料、复合材料等，并且将轻量化设计理念应用到汽车的配件制造、连接处防腐蚀等工艺中。

１铝合金

铝的密度是钢铁的三分之一，机械加工性能是铁的四倍之多。所以，铝在世界汽车制造中得到广大的应用。世界铝业协会调查数据显示，２００１年一２００９年在汽车上用铝量将近翻了一倍之多，预计到２０１９年，中级轿车的用铝量将会达到１３０ｋｇ／辆。在汽车中主要采用的是形变铝合金和铝合金。形变铝合金应用到汽车面板的技术相对于铝合金较为成熟一些，主要包括车门、发动机罩等。铝合金材料主要应用到汽车结构配件、保险杠等。但是，铝合金的加工难度比较大，焊接性能低，成型性技术仍然有待提高。同时，由于市场铝价比较高，所以在应用铝合金时，控制成本也是十分重要的。

２镁合金

镁合金和铝合金在性能方面差不多，但是镁的密度要低很多。镁合金主要应用在汽车的油泵、曲轴箱、配电器、气缸体以及座椅、方向盘等中。镁合金在汽车中所面Ｉ临的问题仍然是成本较高。我国的镁资源储备量在世界首屈一指，但是在汽车中的应用却是很少，需要继续开发和推广，所以发展前景是十分可观的。

３高强度钢

高强度钢板不仅机械性能良好，而且价格低廉，利用现有

的生产线就可生产，这就大大降低了投资的成本。在等强度

设计条件中可以适当削减高强度钢板的厚度，但是我们主要把元件的刚度作为钢板厚度多少的标准，所以实际削减钢板的厚度并不一定能使钢板的强度得到增加＋，不可以较大幅度的减轻汽车的重量。高强度钢板具有使构件的能量吸收力得到提高、变形抗力得到增加以及弹性应变区得到扩大等特点。并且高强度钢板的成本较低，预计高强度钢在汽车中的应用量会逐渐增加。目前各个国家把加速高强度钢技术主要应用在汽车的车身、汽车转向、汽车底盘等配件上。

４工程塑料和复合材料

塑料是以非金属材料等有机物组合而成的，它的密度小、耐腐蚀、易成型，而且隔热、防振动、隔音的效果也十分良好。和金属钢板相比，它具有良好的触感和外观色泽。塑料的机械性能会随着时间推移以及外界环境温度的变化而发生变化。近年来数据显示，在汽车中塑料的应用量逐渐增加，占到汽车车重的２３．８％。塑料大都应用在座椅支架、防震条、仪表盘、散热器罩、挡泥板等其他内外装饰性配件上。在汽车功能件的应用上塑料的用量也越来越广，比如汽车的发电机部分以及冷却系统等等。在制作车身的覆盖件时也会应用到塑

万方数据

料。复合材料就是纤维增强塑料（简称ＦＲＰ），它同时具有纤维和塑料的性能。目前常见的ＦＲＰ主要是根据不同要求选取热固性树脂和玻璃纤维加工而成。除了玻璃属于增强用的纤维之外，其中还包括合成纤维、碳纤维等。基体树脂可根据不同要求选取酚醛树脂、环氧树脂等。复合材料具有密度小、易

成型、耐腐蚀、设计灵巧雅观、隔电等诸多优点，它同时具有耐

热性差、生产效率低、不能达到生产无损伤等不足。目前汽车

上应用的复合材料还不是很多，但是随着汽车生产技术的改

善和提高，前景仍然是十分可观的ＨＪ。

５其他轻量化材料

继金属和塑料之后又兴起了第三大类材料那就是精细陶瓷。虽然仅有２０年左右的发展史，但是它具有良好的化学性能（耐氧化、耐热冲击等）和力学性能（耐腐蚀、硬度高、耐磨损等）。把精细陶瓷材料应用到汽车零件中，不仅轻量化了汽车，而且因为它具有耐磨损、耐热、耐腐蚀，在汽车热交换器和

汽车发动机燃烧室等应用时，它大大降低了油耗，同时也大大

提高了使用功率，也间接的起到了轻量化设计的效果。另外，蜂窝夹层材料具有密度低、高刚性、高强度的优点，所在很早在飞机材料上就采用了蜂窝夹层材料。但是在汽车上应用的还不是很多，相信随着应用研究的发展，会得到更多的应用。

６结语

伴随轻量化技术的发展逐渐趋于成熟，其生产成型技术、配件的连接也不断提高，针对不同要求选取不同材质的轻质材料，把多种材料进行混合以此达到结果设计要求。同样相同的部件可以由不同材料制造而成，以此达到材料与汽车零件功能的双重最佳，这必将成为未来汽车设计理念的发展趋势。目前为止，这项技术还不是很成熟、还有待继续开发与研究，未来必有广阔的发展前景。

参考文献：

［１］宋年秀，刘祥斌，曲秀丽，等．基于ＭＳＣ．Ｐａｔｒａｎ的牵引车车架轻量化设计［Ｊ］．公路与汽运．２０１３（２）：１—６．

［２］姜丁，陶祥贺，濮卉，等．承载式车身——汽车轻量化

的制胜法宝［Ｊ］．汽车运用．２０１３（３）：５１—５３．

［３］闫辉．汽车车身轻量化材料的应用研究［Ｊ］．机械研究

与应用．加１３（１）：１４０—１４２．

［４］刘会强，杨红新，熊飞，等．汽车轻量化在整车开发中的应用［Ｊ］．汽车与配件．２０１３（１０）：４０—４２．

作者简介：

张可可（１９８９年一）男，山东菏泽人，长安大学汽车学院２０１０级本科生，车辆工程专业。

姚树森（１９９０年一）男，山东菏泽人，长安大学汽车学院２０１０级本科生，交通运输与汽车运用专业。

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