浅谈汽车轻量化发展研究

　摘要

随着社会的发展、时代的进步现在世界上面临着一个巨大的难题“能源消耗大”在能源消耗中汽车的能源消耗又占了当前全球能源消耗的一大部分，据研究表明，汽车的重量对节能减排有着很大的关系，汽车的重量每减少百分之十，能源消耗量平均可以减少百分之六到百分之八左右，由此可见汽车轻量化的重要性，对于汽车的质量的直接减少，也将会在很大程度上减少污染。因此对于汽车的轻量化技术来说，在当前和在未来都将是一项重要的科研任务，并且承担着较大的发展期望，可以更好地降低汽车锁应用消耗的能源使用量，同时提高汽车的动力以及性能相关方面的节能减排的重要技术手段之一。通过相关的技术研究来达到使汽车的使用材料在同等或是更高的。使用情况下能够达到质量的最小化，同时可以使得汽车的整体动力性能提高，并且对能源的消耗进一步减少或增大能源的利用效率。

　关键词：汽车轻量化，降低排放，减少燃油消耗

一、绪论

　　（一）汽车轻量化的概念

对于汽车的轻量化概念并不是简单的减低汽车的重量，而是要兼顾汽车的操控安全以及更多的相关性能，实体整体的性能能够在稳步中前进的同时减少汽车自身的重量，并且提高汽车材料所应用的刚度，以及车身形状和车身抗击打能力。等多种因素。影响之下降低车的重量和能耗。同时汽车轻量化的概念还涉及到了汽车的形状以及自身的重量等因素。

目前，目前对于汽车的轻量化研究主要集中于材料结构以及制造工艺三个方面上。对于不同的方面的研究，有着不同方向的研究策略以及研究架构，但是不同的实验架构以及不同的研究方向，在实践当中还需要进行结合，通过互相考量以及考虑其中所对其他部分做成的影响，以后将其集合到车身当中。来达到汽车轻量化的最终目的。

（二）研究的目的与意义

汽车轻量化技术是一个能够降低汽车燃油消耗、降低排放、节能减排、提高汽车安全性能的清洁能源技术，随着社会的发展、时代的进步现在世界上面临着一个巨大的难题”能源消耗大”在能源消耗中汽车的能源消耗又占了当前全球能源消耗的一大部分，据研究表明，汽车的重量对节能减排有着很大的关系，汽车的重量没减少百分之十，能源消耗量平均可以减少百分之六到百分之八左右，大家可不要小瞧这么小的数值，如果世界上每辆车都能节省出这百分之六到百分之八的能源的话，那将不会是个小数目，由此可见汽车轻量化的重要性，其次，汽车的质量减轻可以直接性的影响汽车的比功率，能够提高汽车的动力性能。因此汽车轻量化技术是未来降低能源消耗、提高汽车动力性、节能减排的重要技术手段之一。汽车轻量化并不是说不顾一切的减轻汽车整备质量，而是在保证汽车强度和安全强度的情况下，利用新型轻量化材料、使用合理轻量化结构、利用先进的轻量化工艺技术在保证汽车安全性能的前提下对汽车进行轻量化设计，通过汽车的轻量化设计，可以使得汽车对于能源的利用率进一步加大，排放量进一步减小，同时可以使汽车在有效的能源消耗之下提高自身的动力性能使整体的汽车性能增加。

汽车轻量化现在在汽车发展与研究中占了相当大的位置，我所研究的目的与意义就是陈述一下我国汽车轻量化方面的技术现状，结合现在的技术现状来对未来几年汽车轻量化的发展做一些预估与建议，为汽车轻量化方面做一点贡献。

　二、汽车轻量化的现状

这当前对于汽车轻量化的具体定义就是指能够在保证汽车的基本操作性能，以及汽车的安全和整体的车身结构。都有所保证的情况下，对于汽车的材料结构以及制作工艺等相关的技术进行改良，通过提高汽车的相关性能来达到降低车身重量、降低排放、降低能耗、节省资源，这便是汽车轻量化的目的。

现阶段在汽车结构、材料、工艺上主要的改进分别为

结构：结构尽可能的优化，使零件在不影响本身功能的情况下中空化、迷你化、复合化、薄壁化。

材料：在汽车中使用新型材料，主要的材料有铝、镁、高强度钢，也有一些非金属材料如塑料等，还有碳合金等合金材料。

工艺：工艺上的改进其实主要是一些零件间的链接技术与零件的成形技术方面。

（一）轻量化材料的使用

为了实现汽车轻量话技术的应用，轻质新型材料成为了轻量化技术的主力军，现今世界上各大汽车厂商都将重点放在了，研制跟合理使用轻质新型材料上，现如今轻质新型材料在汽车上多少部位以及应用比例的多少，就成为了衡量一款新型汽车是否具备高新技术以及。高级轻型材料的研发水平的重要标准之一。对于现代的汽车轻量化来说，在当前所应用到的轻质新型材料主要有三种，其中包括金属，非金属和复合材料三种不同的轻质新型材料来构成当前汽车轻量化所必备的需求。

1、金属材料

金属材料是轻质新型材料的三部分之一，他主要是指高强度钢跟一些轻质的合金，铝合金、镁合金等等，这些材料都能够在替换掉部件原有材料之后为汽车实现”减肥”的梦想。

（1）金属材料的应用

①一般是应用在汽车需要接受较高强度的冲击的。部位上例如车的保险-以及相关的结构性部件上用来保证车的车身结构足够稳定，并且可以应对一定的冲击，能够很好的提升汽车的安全性能。

②铝合金：对于汽车的车身结构零部件的相关替换以及保障整体结构强度。

③镁合金：对于汽车的零部件以及支架类的零部件和壳体相关的增强属性的零部件的替换使用。

（2）金属材料的特性

①高强度钢

高强的钢的特性有强度高、重量轻、材料成本低等等，这些特性特别有利于汽车轻量化技术的发展，特别是将高强度钢用于汽车的部分安全部件上的话还可以大大的提高汽车的安全性能。所以高强度钢成为了汽车行业特别重要的轻量化材料。现在汽车上应用高强度钢都是在部件原有材料的基础上，添加一些不同成分的合金，从而使得该部件具有高强度与高韧性。

在当前对于实施轻量化的汽车有着如下的构想。通过应用新型的高强度钢板材料，以达到轻量化汽车的目的，使汽车整体车身重量减轻至原来的65%左右。

对于汽车的轻量化做采用的高强度钢板所具有的优越性主要是由于高强度钢板在整体的制作工艺上进行了优化。通过四个强化过程使钢板的闫申度以及钢板的趋度都有了较大的提升和以应对汽车在各项条件的应用之下所需要具备的。抗撞和抗凹性能和能力是其整体的强度和性能增加。在当前所应用到的高强度钢主要有碳锰钢，烘烤硬化钢以及无间隙原子钢和普通高强度钢等不同的制作工艺，将对于普通的刚来说，高强度钢可以做到更为均匀的受力，使整体的力学性能更加忧郁，减少回弹性增强钢铁的疲劳寿命时，整体的钢铁寿命进一步延长，并且减轻自身所具备的重量。

对于高强度钢的应用来说，在当前主要对于汽车的防撞梁以及纵梁通道横梁，门槛中梁，顶盖横梁等相关的区域会应用到高强度钢在这些部位增加高强度钢，主要是由于此类部位的撞击可能性较大，同时又较为敏感。亦或是此类部位需要特别增强，一保护驾驶人的安全。因此吃些部位需要具备更高的性能以及刚度需求来满足其对于各向碰撞的质量要求，是整体的安全性能进一步提升和加大。

高强度钢和车身轻量化前面已经提到过，高强度钢密度较大，这也意味着大量使用高强度钢会导致车身重量增加，针对上述的性能敏感区域来讲，如果单纯的考虑使用轻质材料或者普通钢材，如果在这些区域采用高强度刚，则不需要料厚值很大就能满足性能需求，反而会降低用料重量，从而有利于车身轻量化。因为力的传导路径是不固定的，不同的项目或者项目的不同时期方案的变更，都会导致力的传导路径变化，因此通常板材的料厚和轻量化是需要多学科共同优化的。

②铝合金

在目前所应用到的所有汽车轻量化材料当中，铝合金是研究体系较为全面，并且也已经有了较好的研究突破的一项金属材料了。

特点：铝合金具有很好的机械性能、耐腐蚀性好、强度高、容易加工、导热性能好、低密度、高轻度、高弹性、高抗冲击性能、易着色等等。

近些年来铝合金引用了热冲压成形的技术，这项技术对工艺的要求相当高，在工作过程中因为摩擦力的作用，使得截面的各处材料应力不均匀，一些应力集中的地方就容易产生磨损跟破裂等现象。如果将这个现象处理好，铝合金技术的成本将大大降低。虽然铝合金大规模的量产轻量化材料代替汽车原有材料的局面大好，但但是对于理科生来说，整体的制作工艺较为复杂，在制作之后的维修费用也比较高，同时整体的维修工艺也较为有巨大的难度。

不过总体上看铝合金材料还是优大于劣的，主要处理完铝合金的焊接问题与后续维修问题，他将会是第一个代替汽车上的传统钢材成为轻量化技术的主要材料。

铝合金相较于其他轻量化材料来说还是有很大优势的，相信以铝代钢的时候不远了。

③镁合金

特点：密度低、质量轻、相较于轻量化材料铝合金来说强度略高。

缺点：抗高温性能差、抗蠕变性能差使得在某些汽车零件加工方面上无法应用。

镁合金之所以能成为汽车轻量化的新型材料主要还在吸振能力、切削性能、金属铸模型上战友很大的优势，比较适合制造汽车零件。而且用镁合金制作的车身板件可很大程度上提升车身的操控性，还能减少燃油成本在经济性上也很有优势。

金属镁的合金密度约为铝合金的66%左右，在当前所应用到的各项轻质化材料当中，镁合金属于重量最低的合金金属是整体当中最轻的。

虽然镁合金在汽车上的应用很早就开始了，不过一直没有广泛的推广应用，主要原因是相较于铝合金来说镁合金的成本要高上很多，并且在修复工艺上也是一个难点。

在当前我国范围内的镁金属含量储备量巨大，并且在整体的制作和研发工艺上都有着较大的提升，可以成为我国对于汽车轻量化材料研究的优势部分。

2、非金属材料

在当前的汽车轻量化研究当中，除了对于金属材料具有着一定的研究力度和较为明显的研究方向之外，对于其中的非金属部分零部件也进行了一定的轻量化研究，过对非金属部件的减少用量和新材质的问世进一步的。减少汽车的整体重量，达到汽车轻量化的目的，其中的主力军就是塑料制品，碳纤维等新型材料也逐步的进入大家的视野中来了。

（1）塑料

汽车的某些部件现在都可以用塑料来代替，塑料在汽车上的使用能够同时满足降低汽车制造成本跟汽车轻量化两方面的要求，是目前汽车中使用非金属材料的主力军。

特点：比重小、耐腐蚀、强度高、吸收冲击能量、成本低、易加工、装饰效果好、舒适性和外观可塑性强。

世界汽车平均塑料用量正在不断提升。

（2）碳纤维

碳纤维材料应用到汽车的轻量化当中，是我国汽车轻量化研究当中的一项里程碑式的成就，对于碳纤维的应用可以说是，就可以在较大程度上保持汽车零部件所原有的。性能需求的同时，在极大程度上减少了汽车的整体重量，碳纤维在汽车行业中的应用必将具有广阔的前景。

碳纤维之所以被称为碳纤维，是因为碳纤维在具有很高强度的同时呈纤维状，具有纤维的柔软性，同时也具备了。极高的强度和硬度需求，重量比之金属材料铝合金要轻上很多，强度上又比传统钢材要高上不少，还具有安全、耐久、耐腐蚀、高模量、美观等特点，这使得具备了多种有益性能的碳纤维在汽车车身以及其他相关零部件上的具体应用变得越来越广泛和大量化。

碳纤维在汽车轻量化的研究中好是好，只不过成本成了最大的问题，所以在以后的发展中降低碳纤维的成本跟成为了对碳纤维的应用道路上的一大阻碍，因此如何能够使碳纤维的成本进一步降低，应用难度进一步下降，成为了当前的研究重点内容。二碳纤维是否能够成为汽车轻量化的重点部分和整体的突破点也值得期待。

　　（二）车身轻量化现状

在当前的汽车轻量化的定义上来讲，并不是仅仅的减轻汽车的重量，或者是将其车的车身进行减少以达到汽车悄悄话的目的，而是要在减少汽车重量的前提下，维持着汽车原本的动力性能，以及相关的燃油油耗，安全舒适等多方面的内容。前提下减少汽车的车身重量，并且不能使汽车原有的车型出现明显的减小。而在达成汽车轻量化的目的的同时，也要将其车原本的成本与当前的轻量化后的成本进行比较，不能使其成本大幅度提升，药在维持原有成本和原有技术的前提下，提高汽车的操控性和其他的相关整体性地使发动机输出的动力的利用率变得更大。由于达成汽车轻量化的目的的同时，可以使得整体的汽车加速时间剪短，刹车时间剪短刹车速度反应能力加快，使整体的汽车油耗下降，碳排放减少，因此对于汽车的轻量化研究有着极高的研究意义和研究价值，还可以提升汽车的整体使用寿命。

在当前对于汽车轻量化的相关研究，主要从五个方面进行突破及材料工艺结构边界框架五大部分，而本文主要聚焦为材料工艺结构进行相关的研究和分析，以此作为本次研究的关键点和突破点，研究其作为变量之后，对于汽车的重量和研发运动。使用操作成本的影响。

1、材料轻量化

通过改善汽车的整体零件应用情况，或改善零件的制作工艺，来达成对于汽车轻量化的目的，从而减轻汽车的重量的，同时不影响汽车本来的。强度需求。

（1）高强度材料替代低强度材料

一通过应用大量的高强度材料以及轻质材料来替换汽车当前所应用到的一些其他材料，来达成汽车轻量化的目的。以此来减轻汽车所具有的本身重量，例如高强钢和各类金属合金，塑料复合材料等其他的材料对汽车原有的零部件进行更换。和置换来达到减轻汽车整体重量的目的。

但高强板的优越性能并不是单一出现的，高强板虽然性能上较为优越，但整体的制作成本较高，成型性也比普通板材差出不止一个等级，使得整体的制作工艺更加复杂，制作流程更加漫长。应用到汽车当中的量产能力不佳容易。大幅度增加汽车的成本，以达不到汽车轻量化的基本要求。但高强板的材料应用可以大幅度的降低汽车的重量和油耗成本等因素，使汽车的整体性能大幅度提升。

（2）铝合金材料取代普通钢板

对于铝合金材料的应用来说，可以在减轻原来重量的同时增强其防撞以及对于刚度要求的需要在研究当中证明铝合金的应用可以使重量减轻至汽车原重量的63%的同时维持基本强度不变，但总体的成本会跃增至原材料的128%。在一般程度的碰撞当中对人体的风险得到了显著的下降，安全性能上有着明显的优势。汽车在碰撞之后，汽车的前半部分能够产生大幅度形变从而吸收了大部分碰撞时产生的力，这样就能够很好的保护汽车的后半部分使乘坐车辆的乘客或驾驶员进一步的得到了安全的保障，并且能够大大降低新型汽车开发的安全风险。

2、工艺轻量化

热成形钢板取代冷冲压高强钢。冷冲压DP780双相钢板组织为铁素体（80%~90%）、马氏体的混合结构，Rm≥780MPa，22MnB5的原钢金相组织由铁素体和珠光体组成，Rm为550~590MPa，经过热成形工艺得到的热成形钢板，其组织为均匀的完全马氏体，抗拉强度得到很大地提升，Rm≥1300MPa。热成形钢板的抗拉强度远远大于DP780，因此热成形钢板很适合汽车重要的抗冲击部位。

热形成钢板最主要的作用就是能够使部件在降低成本的同时又减轻了部件重量，不仅如此在使用热形成钢板之后，还可以大大的提高汽车车体的抗凹陷性、耐久强度和冲击安全性，因此热形成钢板这种新型轻量化材料会成为汽车车身制作的发展趋势。

3、结构轻量化

对于汽车车身的框架结构的刚性需求是汽车对于材料选择的一大重要因素，车身整体结构是否良好？将会直接决定汽车是否具有足够的安全程度，因此对于汽车的整体量，框架结构的材料选择也就变得小心谨慎起来，因此对于梁构件的材料选择需要从更多方面去考量和考虑，以保持其原有刚性的同时达到汽车轻量化的目的。

车身梁框架结构的设计随着车身基本尺寸的确定，其设计条件的重要一点就是保证形状要求，同时要满足刚性、强度、安全、振动、噪声、气动力、密封、操纵稳定性及舒适性等多种功能。因此，在梁框架构合理布置（布置在对结构更有利的位置）、造型与结构设计想和谐的前提下，采用轻量的各种构件形状、尺寸及板厚，制成梁框结构对轻量化是十分重要的。一般在设计中通过找出以质量为目标函数的设计变量群，在制约条件（如对强度特性可以由变形与应力；对振动特性可以由固有频率和声压级；对碰撞安全性可以由车身的减速度和乘员的受伤值等表示的关系式给出）下，采用以质量为评价参数的数理规划法进行骨架的合理化设计，来实现梁框架结构的设计轻量化。如：把轿车下纵梁的刚性作为基准，对车身梁框架结构的其他构件的刚性进行各种改变，使符合车身功能要求的各种设计质量最轻。即得到车身结构的最佳刚性分配，并使梁框架结构满足车身所有的功能要求。

　（三）发动机轻量化现状

对于发动机的轻量化研究，是对于汽车整体的车量化研究当中的一个重点研究项目。因为发动机一直以来都被称之为是汽车的心脏，因此发动机的重量以及发动机的整体工作环境和工作能力便受到了汽车生产商的关注。在当前随着汽车工业正在不断的发展的同时，对于汽车的轻量化要求越来越高，只有当发动机的整体重量降低并且达到更高的能源消耗利用率。来达到低碳排放，高轻量化和高效能的要求之后，才可以使被称之为是新型的发动机。

在当前的研究当中，发动机在汽车的整体重量当中约占12%，因此，将发动机的整体重量进行下调之后，可以在很大程度上减轻车的重量的同时提高汽车的整体能源利用效率和降低汽车的碳排放，使整体的汽车性能提高。但由于发动机的轻量化，涉及到了汽车的动力性能以及整体的重量分布到相关的问题，因此，提高汽车的整体动力的同时要兼顾。汽车的整体重量分布和发动机的性能需求，以及整体汽车框架结构的改变所带来的改变。在当前的研究当中对于发动机轻量化的研究主要有以下步骤：

（1）对零部件结构进行优化，通过结构之间的优化达到整体利用率的上升，通过减小整体的空隙达到轻量化的目的。

（2）通过模块化的设计减少汽车整体的零部件数量。

（3）采用先进的轻量化材料技术、加工设备及成型工艺技术实现汽车发动机产品零件的轻量化。

（4）在具体实施的过程中应采取概念设计先行，材料与工艺相辅相成的技术路线。

1、发动机材料轻量化

（1）蠕墨铸铁缸体缸盖

蠕墨铸铁是一种高强度材料，它的力学性能和铸造工艺性能介于灰口铸铁和球墨铸铁之间，很适合制造强度要求较高、且要求承受热循环负荷的零件，如气缸体、气缸盖。蠕墨铸铁的高强度，说明汽缸可以在压力更高的环境下工作，更容易实现尾气排放的要求；其次，发动机更能满足轻量化的需求，更具紧凑性，从而更符合重型柴油机缸体材料的发展趋势。一台装配好的蠕墨铸铁发动机的重量一般要比灰铸铁发动机轻9%左右。

但蠕墨铸铁加工比较困难，对刀具的要求较高。造成蠕墨铸铁难以加工的原因主要有以下几个方面：

①蠕墨铸铁的热传导性能不是很好，在进行切削加工时热能容易聚集在加工件中，使得刀具磨损严重。

蠕墨铸铁零件都具有铁素体的结构，在切削过程中刀具很容易与加工件产生粘合现象，不好进行切削加工。

③蠕墨铸铁中没有硫化物，不能像灰铸铁一样在切削过程中，硫化物附着在刀具上起到润滑作用。

④蠕墨铸铁中含有钛合金元素，在加工过程中会产生具有腐蚀性的物质，影响刀具的使用寿命。

⑤蠕墨铸铁本身强度高，所以切削起来更加的费刀具。

（2）非金属材料的应用

无论是对于发动机的金属材料还是非金属材料的应用，都需要持着谨慎小心的态度，对于发动机的轻量化研究是一个复杂而又高难度的研究过程。需要涉及到多种材料以及多种工艺，多种设计模块，多种结构架构才可以使发动机的整体重量降低。在对于整体的汽车轻量化工艺当中，对于发动机的轻量化工艺要更加的闫格，所实施起来的效果也要更加的难以预见。对于相关的结构探寻也需要满足更高的要求，对于刚度的需求也更高，因此对于发动机的轻量化需要。考虑到每一个细节零件以及细节的步骤。对于发动机轻量化的非金属材料方面的应用可以。通过改善发动机油底壳的材质，例如更换为铝合金。或是玻纤复合材料，对于汽机管也可以通过塑料话来减轻其发动机自身重量。达到提升发动机相关性能的需求，但是对于塑料产品在发动机当中的应用需要进一步的提升塑料产品的相关性能以及塑料产品在生产的品控方面的相关要求。

2、发动机工艺轻量化

在当前对于汽车的发动机轻量化工艺的研究现状当中，开始应用铝合金材料，对于发动机当中的某些零部件进行替换，但铝合金的整体性能于铸铁。之间存在着较大差异，因此对于铝合金的发动机也需要使用铸铁钢套来提高铝合金发动机的整体性能。但铸铁缸套的封装技术以及热熔性都有着较大差异，同时还会较大程度上的增加发动机的重量，因此对于发动机的材料优化和工艺优化也就显得格外重要。在当前国外已研究出一种无缸套技术，可以在较大程度上满足汽车轻量化的需求。

缸孔喷涂技术是采用了电弧喷涂或等离子喷涂的一种热喷涂技术的减小发动机整体重量，提升发动机轻量化需求的一种新型的。技术通过合金涂层的方式，对发动机内部所需要的铸铁缸套进行替代。此种喷涂技术可以将仅有0.3mm的涂层进行均匀的喷涂，并且可以使整体的重量大幅度减小，要同时降低钢孔玉活塞之间的磨损程度和摩擦强度是整体的。发动机达成轻量化的目的。

2、发动机结构轻量化

在当前对于发动机的结构轻量化的研究主要集中在对于集成化的相关研究当中，通过减少发动机结构当中的空隙来减小发动机的整体站位以及整体重量。

（1）气缸盖集成排气歧管

随着近些年来对于汽车轻量化的研究进程不断加快，许多发动机上的排气机管。被集合整理在了发动机缸盖之内，因此可以使外部看起来更加简洁，是中介的重量下降，同时排气机管内的热飞器也可以好好地与缸盖水套之间进行冷热交换的是其的能源利用率大幅度上升。通过冷却系统的热源加快实现发动机整体的性能提升，减少发动机内部的摩擦，来提高发动机的整体工作效率和工作效能，减少发动机的能源消耗。降低发动机的碳排放的同时节省油耗，大幅度的提升发动机的整体性能，并且可以使发动机的整体重量减少约四千克左右。

（2）瘦身连杆

对发动机连杆的杆部与大头孔部分进行质量减轻或者经过各种轻量化工艺使得发动机连杆瘦身。但是在实施本方式之前需要在明确保证发动机的整体内部结构的稳定。

（3）空心凸轮轴

空心凸轮轴就是在传统的凸轮轴基础上利用新型轻量化思维工艺将其空心化，现在凸轮轴空心化的工艺一般分为三种：加工式空心凸轮轴、铸造空心凸轮轴、组装式空心凸轮轴。

（4）缸体铸造油道

传统缸体回油道是通过机械加工方式从缸体顶部打通到曲轴箱内部，对加工刀具的要求较高。同时缸顶较窄油孔直接对着曲轴，溜回的润滑油直接到高速运转的曲轴上，增加了曲轴的阻力。另外，回油道铸造缸体对增加缸体的整体强度，增加缸体的抗变形能力起到很好作用，缸体就可以做得更紧凑。

发动机缸体铸造成型油道是新型发动机的发展趋势，这种缸体采用常规水平浇注很困难，目前采用组芯、立浇工艺较多。立浇工艺有两种：一种是纯组芯工艺，直接浇注，这种方法现场环境难以保证；第二种是组芯与造型线结合生产工艺，即建立壳芯生产线。

（四）底盘轻量化现状

汽车轻量化是现在汽车领域里比较关注的话题，而底盘轻量化就是其中的一部分，底盘轻量化主要体现在汽车底盘零件的设计与材料上，底盘在实现轻量化之后不仅能降低能源损耗还能让整车在舒适性上得到很大的提高。

1、底盘材料轻量化

复合材料是指通过使用增强纤维或是以树脂为主要材料等其他轻而具有一定的延展和强度的材料进行技术加工和复合工艺加工档案形成的一种新型的轻质材料。其主要的特性是：重量轻、性能好。

复合材料在汽车底盘上的主要应用之一是叶片弹簧，复合材料叶片弹簧在轻量化的设计中主要是用来代替原本的钢板弹簧的，那么能够代替原来的钢板弹簧，复合材料叶片弹簧它的优势都有哪些呢，接下来让我们一一列举。

（1）减重效果十分明显

具研究表明复合材料叶片弹簧的总质量要比普通钢板弹簧的总质量轻50%左右，能够很大程度上的减少弹簧质量、节约能源消耗。大家不要以为这50%不起眼，在工厂量产生产线的情况下，节约能源减少排放的效果可是相当显著。特别是一些大重型货车来说是相当好的，因为降低了整车质量就代表着可以装载更多的货物进行运输，节省更多的燃油消耗量，对于新能源电动汽车来说，减轻底盘重量可要比苦心思索怎么提高电池密度减轻电池重量来的方便，而且比其更加的有效快捷。

（2）可以改善汽车的振动、噪声和不平顺性等特性

一般常见的钢板弹簧在运行过程中，因为钢板弹簧各弹簧片之间会产生摩擦，一般都会产生不定量的噪声。而一般的复合材料叶片弹簧大多都采用单片弹簧的形式，可以在很大程度防止噪声的生成，并且复合材料叶片弹簧中复合材料自带阻尼特性，可以让振动频率迅速衰减，使乘客在行车过程中有极佳的舒适感。

（3）大大的改善了整车的操纵稳定性

弹簧作为底盘簧下重量的一部分，复合材料叶片弹簧在很大程度上减轻了簧下部件质量，能够使汽车转向轻便很多，也大大的提高了汽车的操纵稳定性

（4）具有良好的耐久性

通过应用复合材料以及新型材料的弹簧，可以将整体的疲劳寿命提升至普通的钢板弹簧的疲劳寿命的500%。同时，新型材料的弹簧还可以起到替代横向稳定杆的作用，通过将多种功效合并成一种零部件达到零件本身的轻量化的同时，减少更多多余零部件的应用，从而降低汽车的整体重量，并且还可以有更高的耐用性。达到整体的使用以及更高性能的需求。

2、底盘结构轻量化

（1）副车架

在当前对于汽车的副车架的相关轻量化，一般应用铝合金或是其他核心技术，通过液压成型的一体化成型办法来降低汽车副车架的整体重量。通过应用合金材料可以将整体的车架重量减轻至原有重量的60%左右。通过利用铝合金等优质材料来达到汽车轻量化的目的，以此来提高汽车副车架材料的整体利用效率。

（2）前下摆臂

①在传统使用的高强钢基础上选用更高强度的先进高强钢材料，材料屈服强度提高到600MPa以上。对于其他的零部件的优化上来说，将双片结构变为单片结构，通过单片冲压的方式对相关的零件进行。优化通过适度的高强钢应用来满足对于汽车轻量化的需求，以及汽车钢部以及相关的性能方面的需求。同时还可以在一定程度上降低使用成本和整体的应用难度。

②另外可以通过应用铝合金等相关的合金材料来达到轻量化的目的，将整体的重量改善至原有重量的66%左右以此作为下摆臂也可以是更高的抗拉强度达到约为350MPa左右，尸整体的伸长率也大幅度增加，对于铝合金材料的密度低也是成型好等特点的应用，可以应用在汽车前，下摆臂的较多部分是企业替代原有的。钢制结构达到轻量化的目的的同时提高汽车的刚性需求，同时对于铝合金的应用还可以使得整体的伸长率大于10%。

（3）转向节

铝合金转向节在国内外中高端车型上得到了大量的应用。铝合金转向节铸造成型工艺一般采用低压铸造或重力铸造，常用材料为AlSi7Mg。锻造成形铝合金常用材料为6061或6082。

（4）扭力梁

变截面管状扭力梁有液压成形、钢管冲压成形和热成形扭力梁三种成形工艺，其中管状扭力梁轻量化效果达到15%左右。

（5）稳定杆

通过轻量化工艺现在大多使用空心稳定杆技术，它主要使用的材料为无缝钢管根焊管。

空心钢管相较于传统的实心钢管来说减轻了重量实现了汽车轻量化，同时还降低了成本。

　三、汽车轻量化的发展趋势

　　（一）以材料选择为基础

在整车的研发过程中通常有性能的要求，比如在中国有前部小部分重叠碰撞试验，简称小偏置碰（SMALL OVER LAPE），还有侧碰、顶碰、后碰及头部保护等不同的碰撞要求，这个时候在车身的局部区域就需要零件有很高的强度要求，比如翼子板内板、风窗立柱、B柱加强板等区域，如果在这些区域单纯的选择轻质材料，那势必就需要大大的增加材料的厚度，反而会导致车身重量的上升。

（1）合金材料

在合金材料方面的选择上，一般会选择铝合金或者镁合金或是铝镁复合合金，对于铝合金的密度和质量仅仅是钢铁的1/3左右，因此对于铝合金的应用上来说要更加广泛，也有着更多的使用需求铝合金30%的重量以及优于钢铁的强度都造成了铝合金在整体的合金材料当中的优越性和突出，并且铝合金在整体的应用范围上还拥有着利于回收较为环保的材料特点。因此铝合金在整体的汽车轻量化研究当中占到了不可或缺的地位，但是铝合金在冲压过程当中制作工艺要求较高，并且焊接以及强度都不如钢铁材料，因此铝合金在整体汽车上的应用也就不如钢铁，并且受到了成本管理等因素的影响，铝合金的整体应用情况仍然是不容乐观的。

（2）碳纤维材料

碳纤维材料是近年来所兴起的一种新型的复合材料，对于碳纤维材料来说整体的密度较低，仅有钢铁的25%，这也就意味着探明纤维材料的重量仅仅是。钢铁材料的20%左右，同时钢铁材料的密度较大，也就意味着钢铁材料的整体重量和应用效果都远不如碳纤维材料碳纤维材料，所以只有钢铁密度的25%，但是却有着。钢铁抗击打能力的800%，因此对于碳纤维材料的应用也就成为了当前汽车轻量化研究的一项重点内容，但是它纤维材料的导热和抗摩擦能力都不是很好。在极端条件下，虽然有着较为出色的表现，但是使用成本比钢铁材料要高出。两倍不止，因此整体的应用情况也就没有很广泛。

（3）高强度钢（HSS）

高强度钢的自身重量比较重，但是其抗压和刚性要求都比较优越，拥有着较强的碰撞性能，因此对于汽车的轻量化当中，可以对汽车的部分零部件进行更换。高强度钢材料，以达到更高的保护需求。但是如果对高强度钢进行大范围的应用，则会是整体的车身重量进一步提升是车身达不到车量化的要求和目的。

　（二）以结构设计为枢纽

通过改善汽车的车身结构，可以使张贴的汽车重量进行减少，通过优化汽车的内部结构，减少汽车当中所不必要的零件的应用，对汽车当中的内部空间进行进一步的优化，可以使汽车的整体重量大幅度减少名词对于汽车的结构优化设计变成了当前的汽车轻量化研究所聚焦的一个点。

但是在进行汽车的轻量化的研究的同时，由于力的传导并不是单一固定的，因此如何能够使汽车的整体车身硬度保持一致？具有同样的防撞能力的同时减少整体汽车的重量也就是需要相关的材料研究以及汽车轻量化的。多个学科的共同研究合作和优化，并且对于汽车的整体结构的设计当中应当考虑更多的因素，只好使用多种轻型材质以及。具有较高强度的材质进行综合设计，是整体的结构得到优化之后来达到汽车轻量化的目的，以此来让轻质材料在车身的设计中达到不同的要求。

（三）以工艺为纽带

未来对于较为传统的汽车工艺的整体运用将会使用这些较之传动工艺来说相对先进的新型工艺来替换掉传统工艺，比如粉末注射成型、内高压成型、液压成形型材挤压成型等成型技术，还有一些焊接技术比如锁卯链接、机械连接等相关的工艺。

　（四）新材料的发展趋势

在整体的汽车轻量化的研究进程当中，对于车体材料的选择也都经历了一系列的演变过程，通过对于车体材料的选择，可以选择到更多适合汽车轻量化原则和要求的材料。通过对材料的简单替换以及结构的复杂升级来达到汽车轻量化的目的的同时，使汽车能够进行量产并升级改造。对于汽车的生产规模以及贫困到相关的要求，也就制约了汽车轻量化的进一步发展，需要能够使材料量产的同时降低产材料的成本以及品控的成本才是整体汽车轻量化。生产量产的制约因素。

对于整体的量产车的轻量化需求当中，对于铝合金以及镁合金材料的应用一直处于较小规模。和范围内原因是因为镁合金和铝合金在制作工艺上较为复杂，成品率和良品率较低，同时整体的应用成本比较高。虽然可以使汽车的重量大幅度降低，例如在应用铝合金的前提下可以使，转向节重量减轻至原重量的50%到60min。对于镁合金应用的车，轮毂可以减轻重量支援重量的70%左右，因此，虽然对于镁合金和铝合金的应用，效果较好，但是整体的应用率仍然较低，仅对于其中的部分小型零件进行应用。

而在整体的汽车的生产过程当中，已经有部分的车厂，例如捷豹品牌的，正在对汽车当中的大型的车身部件进行合金化改造，例如对于。车身进行铝合金生产，通过铝镁合金来进行工艺处理，使企业整体的车身重量减轻，但受到工艺的影响会使得整体的车的重量提高。不适用于经济适用型车型的车身应用。但是受到了整体的相关需求的影响，铝合金以及镁合金的在汽车当中的应用消耗量仍然会以每年20%的速度高速增长。

　结论

在如今的汽车行业发展中，汽车轻量化的地位越来的举足轻重了，因此本文主要介绍了汽车轻量化的现状中汽车发动机、汽车车身、汽车底盘的材料、工艺、结构等轻量化的现状及其发展趋势，为汽车轻量化的发展趋势做出一些自我看法，以此来让大众了解轻量化的重要性，给大家普及轻量化方面的知识。轻量化材料方面还是以铝、镁合金跟刚强度钢为主体进行材料上的轻量化措施，结构上主要是汽车发动机与底盘的各部件进行空心化跟和理解轻量化结构处理，工艺上车身热成型钢取代冷冲压钢板，发动机上实行无缸套技术来完成汽车轻量化。

汽车轻量化虽然重要但碍于我国现阶段的汽车轻量化技术水平一直进步不是那么明显，虽然很努力但是与世界上其他汽车大国比起来还是有点捉襟见肘，希望我国还应在汽车轻量化方面继续进行材料、结构、工艺技术水平的提升与进步，缩小我国汽车行业在汽车轻量化领域与顶尖国家间的差距，使我国在汽车轻量化领域走在前列完成汽车节能减排跟安全环保的目的为世界减轻一些能源负担。

希望本人在此写的这篇文章能够为汽车轻量化的发展给予一定量的宣传与普及类的帮助，能够使人们注意到汽车轻量化的重要性。本文用简洁的语言介绍了汽车材料、工艺、结构上的轻量化现状与发展趋势，本文从个人观点出发希望能够让人们更加深入的了解汽车轻量化，注重汽车轻量化使我国的汽车行业在轻量化的发展中能够更加稳妥跟快速的发展下去。

　致谢

在这里我首先要感谢指导老师，作为我的毕业指导导师，他给予了我很大的帮助，在遇到问题的时候我首先想到就是我的导师，其次感谢我大学三年来的各位任课老师，他们帮我打下了坚实的知识基础，为我书写这篇文章做出了铺垫，最后要感谢我的同学，他们给予了我信心与鼓励。在此我再次谢谢以上各位，在我的成长路上给我的帮助。

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