轻量化： 一个不轻松的话题

高振华

谈到汽车轻量化技术，很多人会联想到偷工减料，事实真的如此么？

近几年，汽车圈一直在探讨一个热点话题，就是车辆的轻量化技术。那么到底什么是汽车的轻量化呢？记者先和大家分享一段关于轻量化的百科知识：所谓汽车轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。

环保的需求

先来看一组权威数据，实验证明，汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3～0.6升；汽车重量降低1%，油耗可降低0.7%。当前，由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。2011年底，工信部发布了《工业转型升级投资指南》，在这份指南中，汽车轻量化产业也被放在比较突出的位置。

中国汽车工程学会理事长付于武曾表示，汽车轻量化技术目前已被众多汽车企业高度认同和重视。在全球汽车领域最顶尖的技术主要集中在两个领域：一个是发动机和变速箱技术，另外一个就是汽车轻量化技术。

事实上，这里所说的轻量化当然不是指某些厂家为了盈利而不顾消费者的生命安全，偷工减料，它是等同于新能源的一项新科技，是未来汽车的发展方向。在解决节能与环保这一汽车业最重要的命题时，当前大热的节能与新能源汽车技术是一条路径，另一条路径则是轻量化技术——即如何在保证安全性的前提下使汽车“瘦身”。

轻量化这一概念最先起源于赛车运动，它的优势其实不难理解，重量轻了，可以带来更好的操控性，发动机输出的动力能够产生更强的加速度。由于车辆轻，起步时加速性能更好，刹车时的制动距离更短。随着“节能环保”的压力越来越大，轻量化也广泛应用到普通汽车领域。

业内专家认为，虽然汽车轻量化已是大势所趋，但国内汽车轻量化相关产业还未形成较大规模。毕竟，国内汽车在轻量化技术方面与国外先进水平相比存在较大差距。例如高端铝及钢的使用比例都比国际先进水平低一半，镁合金使用则差距更大。目前，北美每辆汽车镁合金的使用量平均为3.5千克，欧洲先进水平则能达到14千克，而国产汽车每辆仅1.5千克。

轻与薄≠不安全

在很多消费者眼里，车身钢板薄、防撞钢梁薄就是车不安全，就是不耐撞，在他们眼里“轻和薄”就代表不安全。正因为如此，欧系车、美系车等重量较重的车型，一直以安全性在中国市场著称。而在外观、配置、油耗等方面极具优势的日、韩系以及一些自主品牌车辆，往往给人不够安全的印象，这其实是大家的误区。

其实，汽车重量轻和安全性之间并没有本质的联系。你可能不知道，构成汽车的2万多个零件中，约86%是金属材料，且钢铁占了约80%，这表明通过材料的轻量化来减轻汽车自重有巨大潜力。目前，铝合金、镁合金、高强度钢、工程塑料和复合材料等轻质材料的开发与应用在汽车的轻量化中发挥了重大作用。

除了钢材，铝合金是目前在汽车上应用最多的轻量化材料，从铝合金车身到铝合金发动机缸体，从铝合金变速箱壳体到铝合金连杆，铝合金被大量应用。因为铝具有良好的机械性能，其密度约为钢铁的三分之一，易加工，导热性、耐腐蚀性好，铝合金强度高，同时具有良好的吸能性。据美国铝学会的报告，汽车上每使用0.45kg铝就可减轻车重1kg，理论上铝制汽车可以比钢制汽车减重40%左右。因为铝合金具有以上优点，所以铝合金成为在汽车上使用最多的轻质材料。奥迪A8采用ASF全铝合金车身，创纪录的使用了546kg的铝合金材料，它的重量要比同等车型的钢制车身轻50%。此外，越来越多的铝制轮毂和全铝发动机出现在各种车型上，并且逐步替代传统的钢制零部件。

当然铝合金的应用还面临一些问题，最大的缺点就是焊接工艺性差，成本控制也是关键因素之一。

除了铝合金的大量应用，高强度钢的应用也非常多，它的应用可以减少钢板的设计用量和厚度。高强度钢保留甚至提高了钢材的优点，特别是在安全性方面。与铝、镁、复合材料等相比，高强度钢板的原料与制造价格较低，经济性较好，可以大量取代现在所用的车用钢材，支撑起乘员舱结构的钢材通常使用的都是高强度钢，甚至屈服强度是高强度钢两倍以上的超高强度钢。不过，高强度钢难成形、回弹大等问题使得加工比较困难，需对应措施来解决。

结构设计与优化是软实力

是不是减轻了钢板的厚度、大量应用轻量化的铝合金材料就可以保证车辆安全高枕无忧了呢？并不是这么回事。想要在减轻车身重量的情况下又能保证车辆的安全性，车身结构的设计和优化配比至关重要。

中国汽车工程学会专家陈一龙认为，汽车轻量化技术并非仅仅依靠材料，汽车轻量化是设计、制造、材料技术集成的工程。例如，东风牵引车减重1400公斤，其中结构优化占19%，功能配置优化占40%，两者共占59%，真正新材料新技术只占41%。把轻量化看成材料供应问题是我国从事逆向设计、仿制造成的结果，是当前阻碍我国轻量化水平提高的主要技术瓶颈之一。

事实上，车身的结构设计和钢材的强度都是决定安全的重要因素。工程师通过强大的设计软件可以优化设计和校核汽车结构的强度和刚度，减少车身重量和钢板厚度，使零部件中空化、小型化或复合化，确保整车的质量和性能。要想在材料成本、轻量化、安全性能等多目标中寻求最佳结合点，就需要多种材料组合的使用，而针对多材料组合必须合理设计安排使用各材料的最佳部位。

不同于普通汽车，高档汽车采用空间框架的结构，部件多为多功能的大型铸件，大型整体结构和高比例的锻压件，可以减少车身零件的数量，一系列的优化设计使得整车轻量化的同时提升了安全性能。车辆的安全性主要体现在事故发生时对人员的保护，而不是以车的受损程度来衡量。重量大的车跟重量轻的车碰撞，重量大的车受损程度比较小，但是人员的受损程度跟吸能式车身设计以及主被动安全配置有密切联系。例如在某些车型上通过优化的结构设计，可以更好的将碰撞吸收的能量分散到强度很高的A柱和车身底部，提高乘客安全性的同时也降低了对对方车辆的攻击性。

在汽车行业，大众MQB轻量化平台、奥迪塑料圆簧、ContiTech空气弹簧、江森自控轻量化铝钢座椅框架等技术的应用，都为车辆的轻量化作出了巨大贡献。

不能轻视的话题

虽然近几年轻量化技术已经取得了很大进步，但是面临的问题依然存在。在很多关键的位置，常常需要两种甚至两种以上的材料进行拼焊，如果焊接强度不足，车身的整体强度会大打折扣。另外，在车辆的一些位置除了靠焊接来连接之外，还要加注结构胶，以实现隔音、提高密封性或增加连接强度等目的。

据记者了解，我国汽车轻量化技术的研发面临两大困难：一方面，要打破轻量化技术的发展所涉及的众多学科之间的壁垒，形成综合性、系统性知识体系；另一方面，国家应该发挥作用，做出战略性和前瞻性的超前部署。事实也证明，尽管早在2008年，汽车轻量化产业创新联盟就已经建立，但是在这一领域企业基本处于单打独斗状态。汽车企业对汽车轻量化关注度明显不够，尤其是国产品牌。如果持续下去，汽车企业将会失去一次技术跨越的绝好机会。而且，国内一些企业在实施“轻量化战略”的同时，经常会出现偷工减料的行为，导致汽车安全性受到影响。

对于轻量化核心技术的学习和掌握，国内一些车企有很长的路要走。清华大学汽车系教授宋健向记者表示，汽车轻量化首先需要掌握汽车的核心技术，在此基础上才能加以改进。中国车企的一些零部件现在还需要外采，更不要提去减轻车辆的自重。而在记者看来，国内一些汽车企业只能在车身整体结构上“动动手脚”，显然不能满足真正的轻量化的技术要求。