1 引言：為什么要推行輕量化

1.1 基于環保的考慮。 世界各國均在推行強制汽車制造商降低汽車油耗的政策。有研究數據顯示，汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%；汽車整車重量，每減少100kg，百公里油耗可降低0.3-0.6升，CO2排放量可減少約5g/km。由此可見，汽車輕量化可以提高燃油效率和降低油耗，進而環保節能。所以，汽車輕量化已成為汽車企業的共識。

1.2 倒閉汽車制造技術的升級換代 如果不能保證行駛安全，汽車再輕再省油，沒有誰敢開。如果追求安全和耐撞，那就只能開重達數十噸的坦克，忍受每小時數百升的耗油量。因此輕量化是汽車制造的趨勢，目前輕量化主要是減少汽車自重，但是，車身作為汽車的主要承載件，需要保證足夠的剛度、強度和疲勞耐久性能，從而使整車具有良好的安全、振動噪音和耐久性能，而輕量化無疑對上述要素提出了更高的要求，這對倒閉汽車制造技術升級換代無疑是一大刺激。

2 實現汽車輕量化的基本原理：

2.1 保證足夠的剛度 剛度指的是材料抵抗外力變形的能力，通常在車身開發中特指材料在屈服前的彈性特性，良好的剛度是整車NVH性能、車輛動力性能和疲勞耐久性能的基礎，常見的評判指標有車身扭轉剛度等。剛度與材料的彈性模量相關，基本上材料種類確定，彈性模量也就確定了，比如采用高強鋼并不會提升車身的剛性，因為鋼的彈性模量都一樣。

2.2 保證足夠的強度。 強度是指零件受到沖擊載荷發生屈服后仍能維持功能的能力，常用于車身碰撞安全性、耐沖擊等性能的評估。強度與材料的屈服強度和斷裂強度相關，為了提升車子的安全性能，現代車身設計大量采用高強度鋼材就是這個原因。

2.3 保持良好的疲勞耐久性能。 疲勞耐久性能是指零件受長期交變載荷后維持功能的能力，車子的可靠性、耐用性就是基于此進行評估的。疲勞耐久特性與材料的疲勞曲線相關，當然，在車子上更重要的是焊點或其他連接方式的疲勞性能。

3 實現汽車輕量化的途徑有：

3.1 優化車聲結構，提高材料利用率。

比如車身下部由非連續性改為連續性，使得汽車在碰撞時有效分散撞擊能量；增加加強筋；加強防滾架平衡桿；有限元法設計；采用承載式車身，減薄車身板料厚度等。

3.2 新材料的研發與應用：

比如使用高強度鋼材（熱成型鋼材）、輕合金（鋁合金、碳纖維、鎂合金）、記憶金屬（微晶鋼）、工程塑料、陶瓷、玻璃纖維等。

3.3 優化制造工藝：

比如激光焊接、攪拌摩擦焊、擠壓成型、熱處理、鎖錨連接等。

再比如結構膠，過去烘烤硬化結構膠只在車身上有少量應用，但是現在的趨勢是可以通過采用更多的結構膠提升車身剛度性能，從而降低結構件的重量，奧迪、沃爾沃的一些車身上采用了超過100米的結構膠；再比如填充在車身接頭的發泡硬化材料，可以有效替代傳統加強板形式的加強件，即提升性能，又降低重量。

4 常見輕量化材料的優缺點：

4.1 鋁合金

優點：質量輕、耐磨、耐腐蝕、彈性好、抗沖擊性能優、加工成型好和100%可回收等特點，逐漸成為汽車企業鐘愛的材料。

缺點：鋁合金的抗承載能力較鋼有很大的差距，所以即使是市面上全鋁車身的汽車，其底盤一般仍然采用鋼鐵材料。而且，鋁合金的制備工藝復雜，成本相對較高。

4.2 碳纖維。

優先：強度高。碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。減震能力強，CFRP比模量大，自振頻率高，不易出現共振。非均質多相體系，在纖維與基體之間存在大量界面，由于界面對震動有反射和吸收的作用，所以CFRP震動阻尼強，能使震動很快衰減。耐疲勞性強，一般金屬材料的疲勞破壞是沒有明顯征兆的突發性破壞，而CFRP具有良好的耐疲勞性，而且破壞前有明顯的征兆。
缺點：碳纖維是脆性材料，受力過大直接斷裂，因此損壞后基本無法修復。

4.3 工程塑料

優點：具有質輕、防銹、吸震、可設計自由大等特點，工程塑料在汽車零部件，特別是內飾部件的應用越來越大。工程塑料在汽車上的用量，甚至超過了鑄鐵的用量。很多塑料零件應用于車身上，比如大眾系的車子都采用了塑料的前端水箱框架，有些車子有塑料的后地板等等。

缺點：滿滿的塑料感，檔次低。

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