汽车结构设计轻量化设计方法综述

韩启龙

（江西江铃集团新能源汽车有限公司开发中心 330000)

汽车结构设计轻量化设计方法综述

韩启龙

（江西江铃集团新能源汽车有限公司开发中心 330000)

随着科学技术的发展，汽车技术也日新月异。作为汽车结构设计的发展方向，汽车结构轻量化技术也随之迅速发展。文章从汽车结构设计轻量化的方式、材料轻量化的分类以及未来轻量化发展的方向等方面，综述了汽车结构设计轻量化的方法。

汽车结构；轻量化设计；汽车材料

1 轻量化技术

1.1 优化汽车结构设计实现汽车结构轻量化

合理的结构设计和加工工艺能够实现汽车结构的轻量化。譬如，汽车的结构设计中会使用很多夹芯板来提高结构的强度，既节省了原材料，又减少了车体的质量。这种夹芯板的外层使用的是高强度钢或镁合金材料，中间的夹层则是网状钢板，强度大，质量轻，而且能够起到隔绝车内和车外的声音。

1.2 改善零部件的集成实现汽车结构轻量化

将材料、结构和加工工艺较为简单的多个零部件集成在一起，可以有效降低汽车的质量和成本。这种集成零部件减轻结构质量的方式在汽车的塑料和铸件中有广泛的应用。使用新兴的拼焊板成形技术加工出来的集成零部件，强度得到了有效提高，兼具一定的耐腐蚀性，又节省了空间。

1.3 改进连接方式等实现汽车结构轻量化

汽车零部件之间的连接需要很多的材料，改进零部件之间的连接方式可以有效降低汽车质量。通常可以使用更加轻便的材料，改进连接的结构的方式。

2 汽车材料的轻量化

2.1 高强度钢在汽车结构轻量化设计中的应用

高强度钢能够经受非常大的载荷而不发生断裂，所以使用较少的高强度钢就可以满足一般的钢材所实现的功能。这种钢能够承受更大的力，也就是有效提高了材料的轻度。但这种钢的耐腐蚀性较差，所以一般只用于汽车的外壳等结构中。

2.2 球墨铸铁在汽车结构轻量化设计中的应用

相同体积的球墨铸铁只有钢材质量的90%，所以大量使用球墨铸铁在汽车结构上，可以有效降低汽车的质量[1]。现在世界各大汽车研发机构和制造商都在尝试用球墨铸铁来代替钢材，因球墨铸铁具有良好的铸造和加工性能，可以非常便捷地将多个零部件整合起来。

2.3 铝合金在汽车结构轻量化设计中的应用

由于铝合金比钢材的密度小，在汽车的设计过程中，合理地使用铝材能够有效地降低汽车的质量。但是铝的强度较低，所以只能在部分零部件中有所使用。

2.4 镁及镁合金在汽车结构轻量化设计中的应用

和钢材相比，镁的密度比较小，在目前广泛应用于汽车的工程材料中，镁的密度是最小的。由于镁的密度小但是强度高，且加工容易，所以在汽车的结构设计中大量使用镁合金材料或者在钢的外面镀一层镁，可以提高结构的强度。

2.5 钛合金在汽车结构轻量化设计中的应用

稀有金属钛的熔点是1 700 ℃，是一种耐热性能非常好的材料。钛合金的质量轻，且疲劳性能非常优秀，能够长时间承受剧烈的交变载荷作用而不发生断裂。但是钛合金的价格比较高昂，且机械加工成型比较麻烦，所以目前只有在高档汽车中有所应用。

2.6 精细陶瓷在汽车结构轻量化设计中的应用

非金属新型材料精细陶瓷是纯度非常高的陶瓷粉末经过特殊的加工工艺之后得到的。精细陶瓷的机械性能非常好，比如变形情况是线性变化等，具有这种特性使其广泛应用于各种传感器的制造。

2.7 塑料在汽车结构轻量化设计中的应用

汽车的内饰件有非常多的塑料，并且有些汽车前后保险杠使用的是聚丙烯塑料，在塑料中填充石灰粉，可以有效缓冲来自外界的冲击，极大提高了汽车的安全性能，且加工工艺比较简单，外观比较美观。所以使用塑料代替一些金属制造部件的汽车可以有效地减轻汽车重量。

2.8 复合材料在汽车结构轻量化设计中的应用

复合材料的优点是屈服强度高，有良好的抗压性能，且机加工方便，作为汽车的结构材料，在汽车上的应用也越来越多。通常应用于汽车机构设计的复合材料有玻璃纤维增强材料、有机合成纤维复合材料和碳纤维增强材料。

3 汽车结构轻量化技术的应用前景

结构优化对于轻量化技术的发展已经产生了巨大的影响。目前，国内厂家正在就典型轿车、商用车和客车轻量化材料的应用技术和使用性能进行研究。其中对高强钢和铝的使用结果最值得期待。

[1]崔新涛.多材料结构汽车车身轻量化设计方法研究[D].天津大学.2014.

U463文献标示码：A

韩启龙（1989—），男，助理工程师，本科，研究方向为汽车车体设计。