張蕓

摘要：安全、環(huán)保、節(jié)能是目前汽車行業(yè)十分關(guān)注的重要話題，為了實(shí)現(xiàn)這3個目標(biāo)，許多企業(yè)開始引入汽車輕量化技術(shù)。汽車輕量化技術(shù)可以對商用汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行完善并促進(jìn)乘用車的節(jié)能減排。

關(guān)鍵詞：汽車輕量化；材料；燃料經(jīng)濟(jì)性

中圖分類號U4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號2095-6363（2016）06-0003-01

國家統(tǒng)計局公布的2015年國民經(jīng)濟(jì)運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，2015年12月，全國汽車產(chǎn)銷量分別為2 450.33萬輛和2 459.76萬輛，同比增長3.3%和4.7%，自2013年以來持續(xù)3年超過2 000萬輛，全球汽車保有量已經(jīng)超過10億輛。無論是從國內(nèi)還是從國外來看，汽車產(chǎn)業(yè)對拉動經(jīng)濟(jì)增長有著十分重要的作用，但同時也對生態(tài)環(huán)境和能源開發(fā)造成日益惡化的影響。在能源方面，西方權(quán)威媒體報道顯示，從21世紀(jì)20年代中期開始，石油供給將會減少。汽車輕量化技術(shù)運(yùn)用的目的就是希望通過提高汽車能源的使用效率來減少化石能源的使用量和廢氣排放量，從而緩解緊張的環(huán)境問題和能源問題。

1.輕量化是環(huán)保、安全、節(jié)能的重要措施

國家統(tǒng)計局公布的2015年國民經(jīng)濟(jì)運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，2015年12月，全國汽車產(chǎn)銷量分別為2 450.33萬輛和2 459.76萬輛，同比增長3.3%和4.7%，自2013年以來持續(xù)3年超過2 000萬輛，全球汽車保有量已經(jīng)超過10億輛。無論是從國內(nèi)還是從國外來看，汽車產(chǎn)業(yè)對拉動經(jīng)濟(jì)增長有著十分重要的作用，但同時也對生態(tài)環(huán)境和能源開發(fā)造成日益惡化的影響。在能源方面，西方權(quán)威媒體報道顯示，從21世紀(jì)20年代中期開始，石油供給將會減少。目前，我國原油的進(jìn)口依賴度仍然接近50%。日本、北美和歐盟等國家已經(jīng)制定了嚴(yán)格的經(jīng)濟(jì)性燃油指標(biāo)，并對民用汽車尾汽排放的相關(guān)指標(biāo)提出要求。以美國為例，乘用車的消耗量被規(guī)定為11.8km/L；輕型貨車不低于8.80km/L。日本在2010年規(guī)定乘用車燃油消耗量不低于15km/L，相比于1995年下降了22.8%，柴油乘用汽車相比于2005年下降14.9%，達(dá)到目前的12km/L。為了應(yīng)對由溫室效應(yīng)引起的全球氣候變暖問題，在聯(lián)合國氣候變化框架公約參加國三次會議上，140多個成員國簽訂了《京都議定書》，進(jìn)一步限制了二氧化碳的排放量。2004年9月，中國發(fā)布《乘用車燃料消耗量限制標(biāo)準(zhǔn)》這是我國首次對汽車油耗量實(shí)行強(qiáng)制性的規(guī)定?！稑?biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，到2010年，乘用汽車平均油耗量相比于2003年降低15%。2008年4月，交通運(yùn)輸部發(fā)布了營運(yùn)貨車和營運(yùn)客車燃料消耗量測量及限制方法。同此可見，提高安全性、減少排放、降低油耗是當(dāng)前世界汽車行業(yè)共同面對的重要課題。

減少排放、提高燃油的經(jīng)濟(jì)效益、降低油耗有多種方式。目前，國際上解決汽車環(huán)保節(jié)能問題的主要方式有以下有3種：一是新能源車型的開發(fā)，通過氣態(tài)燃料、煤基燃料、生物質(zhì)燃料的推廣與使用結(jié)合更加高效的發(fā)動機(jī)制造工藝來擺脫對化石燃料的依賴并提高燃料的燃燒效率；二是改良發(fā)動機(jī)的制造工藝，運(yùn)用相關(guān)新型材料和先進(jìn)的制造技術(shù)來改善化石燃料的經(jīng)濟(jì)性；三是發(fā)展汽車輕量化技術(shù)，在保障汽車基本性能和安全性的前提下，通過降低汽車自身重量來實(shí)現(xiàn)燃料的節(jié)約。然而在當(dāng)前的技術(shù)水平下，發(fā)動機(jī)燃油燃燒效率的提高已經(jīng)到達(dá)瓶頸，尤其對于一些在傳統(tǒng)工藝下生產(chǎn)的汽車來說，將汽車輕量化技術(shù)作為減排、節(jié)能的主導(dǎo)，可以大規(guī)模推動相關(guān)技術(shù)的普及。

2.實(shí)現(xiàn)方案

汽車輕量化技術(shù)實(shí)質(zhì)上是輕量化制造技術(shù)、輕量化材料、輕量化設(shè)計的集成應(yīng)用。目前來看，汽車輕量有兩條實(shí)現(xiàn)途徑。

一是優(yōu)化整車結(jié)構(gòu)設(shè)計，其現(xiàn)實(shí)手段包括設(shè)計全新結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)集成化以減少零件使用量、采用部分零件中空化的方式來除去冗余的部分等；二是材料優(yōu)化設(shè)計，開發(fā)并使用強(qiáng)度高、低密度的新型材料來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼鐵材料。以上兩種方法相互作用，相輔相成。

輕量化材料即用來減輕汽車自身重量的材料，這種材料主要包括2類：一類是低密度材料，如塑料、鈦合金、鎂合金、鋁合金等，這類材料主要用于轉(zhuǎn)向盤骨架、改動機(jī)氣缸體等非結(jié)構(gòu)件；另一類是用來減少面板厚度的高強(qiáng)度材料，這種材料主要包括3類：一類是類似于四門兩蓋的外覆蓋件；二是車身本身；三是像副車架和發(fā)動機(jī)架之類的懸掛件等。

當(dāng)前汽車制造工藝正在向輕量化的方向邁進(jìn)，更加注重低成本、優(yōu)質(zhì)、合適、安全等方面的設(shè)計。車身的輕量化，一定要實(shí)現(xiàn)車身性能的最佳組合。通過改變結(jié)構(gòu)的方式來優(yōu)化動態(tài)鋼度。降低車身重量，提高被動安全性，一定要讓均勻結(jié)構(gòu)處于最佳載荷變化范圍。在車身輕量化方面，采用新型制造工藝，利用輥壓成型、液壓成形等技術(shù)來減輕車身重量。第三是采用堅硬輕質(zhì)的材料，利用鋁美合金、高強(qiáng)度鋼等復(fù)合材料來減輕車身重量。

3.高強(qiáng)度鋼的運(yùn)用

目前，鋼鐵企業(yè)與汽車企業(yè)的合作越來越緊密，新型高強(qiáng)度鋼板材料在汽車輕量化中不斷得到應(yīng)用與開發(fā)。鋼鐵材料是國內(nèi)汽車輕量化材料中運(yùn)用最廣泛的一種。汽車鋼材主要分為2類：一類是合金結(jié)構(gòu)鋼，廣泛用于汽車懸架系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的主要構(gòu)件，包括齒輪鋼、彈簧鋼、非調(diào)制鋼等；另一類是先進(jìn)高強(qiáng)度鋼，廣泛用于汽車車身及車身內(nèi)外板結(jié)構(gòu)件。汽車工業(yè)在輕量化方面越來越倚重高強(qiáng)度鋼板技術(shù)的使用，對鋼鐵材料也提出比較高的要求。其中外覆蓋件要求表面鍍層、高表面質(zhì)量、合適的燒烤石化值、高延展性、低屈強(qiáng)比。復(fù)雜零件要求鋼板具有良好的成形性能、高伸長率和良好的超深沖性。安全結(jié)構(gòu)件要求碰撞變形小、高屈強(qiáng)比和高強(qiáng)度等。高強(qiáng)度鋼的制造技術(shù)包括激光拼焊技術(shù)。鋁鎂合金的成型技術(shù)，如半固態(tài)成型技術(shù)、低壓鑄技術(shù)、擠壓成形技術(shù)等。非金屬材料成型技術(shù)，如氣輔成型技術(shù)等。合理利用這些技術(shù)可以從材料輕量化的角度出發(fā)來實(shí)現(xiàn)設(shè)計輕量化。

4.輕量化結(jié)構(gòu)的安全性與可行性

在保證車輛原有性能的基礎(chǔ)上，汽車輕量化技術(shù)既要減輕結(jié)構(gòu)重量也要保證汽車在行駛中的安全性，汽車的安全性體現(xiàn)在汽車的抗振性、耐撞性和和舒適性等方面。將汽車結(jié)構(gòu)進(jìn)行輕量化處理后，由于汽車質(zhì)量變小，在出現(xiàn)碰撞時慣性變小致使制動距離減少。同時，超強(qiáng)可塑性材料的使用會大大降低沖擊力，讓汽車在出現(xiàn)事故時將損害降至最低。通過輕量化處理所制造出來的汽車，其底盤的質(zhì)量會降低，在路況不佳的情況下會減少車身的顛簸，并降低車身的作用力，不僅提高了安全性也提高了舒適性。從汽車結(jié)構(gòu)方面著手進(jìn)行的汽車輕量化工程可以從根本上降低汽車的質(zhì)量。對汽車動力傳動、底盤、車身等制造技術(shù)進(jìn)行改良與開發(fā)，對其進(jìn)行模塊化設(shè)計并對大型零部件進(jìn)行專門加工。建立專家系統(tǒng)和相關(guān)知識庫、對典型和常用的相關(guān)模塊進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計。為常用零部件模塊建立模塊化方案和數(shù)據(jù)庫，可以現(xiàn)實(shí)汽車在制造過程中的各個環(huán)節(jié)都有可靠的數(shù)據(jù)指導(dǎo)和技術(shù)支持，為汽車輕量化工程奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

5.結(jié)論

輕量化技術(shù)尤其是輕量化材料應(yīng)用技術(shù)，是目前我國汽車輕量化工程的關(guān)鍵技術(shù)，提升傳統(tǒng)汽車的碰撞安全性和燃油經(jīng)濟(jì)性對于我國節(jié)能減排工作有著十分重要的意義。在材料的選用方面，我們用新型的材料來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的材料，比如，高強(qiáng)度輕質(zhì)材料、陶瓷材料、塑料聚合物材料、有色金屬材料、鎂鋁合金等材料等；或是相同彈性、相同密度、厚度較小但工藝性能優(yōu)良的高強(qiáng)度鋼等。相關(guān)技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新需要國內(nèi)有條件的汽車企業(yè)共同來推進(jìn)，為我國的汽車產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化貢獻(xiàn)力量。