輕量化： 一個不輕松的話題

高振華

談到汽車輕量化技術，很多人會聯想到偷工減料，事實真的如此么？

近幾年，汽車圈一直在探討一個熱點話題，就是車輛的輕量化技術。那么到底什么是汽車的輕量化呢？記者先和大家分享一段關于輕量化的百科知識：所謂汽車輕量化，就是在保證汽車的強度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質量，從而提高汽車的動力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。

環保的需求

先來看一組權威數據，實驗證明，汽車整備質量每減少100公斤，百公里油耗可降低0.3～0.6升；汽車重量降低1%，油耗可降低0.7%。當前，由于環保和節能的需要，汽車的輕量化已經成為世界汽車發展的潮流。2011年底，工信部發布了《工業轉型升級投資指南》，在這份指南中，汽車輕量化產業也被放在比較突出的位置。

中國汽車工程學會理事長付于武曾表示，汽車輕量化技術目前已被眾多汽車企業高度認同和重視。在全球汽車領域最頂尖的技術主要集中在兩個領域：一個是發動機和變速箱技術，另外一個就是汽車輕量化技術。

事實上，這里所說的輕量化當然不是指某些廠家為了盈利而不顧消費者的生命安全，偷工減料，它是等同于新能源的一項新科技，是未來汽車的發展方向。在解決節能與環保這一汽車業最重要的命題時，當前大熱的節能與新能源汽車技術是一條路徑，另一條路徑則是輕量化技術——即如何在保證安全性的前提下使汽車“瘦身”。

輕量化這一概念最先起源于賽車運動，它的優勢其實不難理解，重量輕了，可以帶來更好的操控性，發動機輸出的動力能夠產生更強的加速度。由于車輛輕，起步時加速性能更好，剎車時的制動距離更短。隨著“節能環保”的壓力越來越大，輕量化也廣泛應用到普通汽車領域。

業內專家認為，雖然汽車輕量化已是大勢所趨，但國內汽車輕量化相關產業還未形成較大規模。畢竟，國內汽車在輕量化技術方面與國外先進水平相比存在較大差距。例如高端鋁及鋼的使用比例都比國際先進水平低一半，鎂合金使用則差距更大。目前，北美每輛汽車鎂合金的使用量平均為3.5千克，歐洲先進水平則能達到14千克，而國產汽車每輛僅1.5千克。

輕與薄≠不安全

在很多消費者眼里，車身鋼板薄、防撞鋼梁薄就是車不安全，就是不耐撞，在他們眼里“輕和薄”就代表不安全。正因為如此，歐系車、美系車等重量較重的車型，一直以安全性在中國市場著稱。而在外觀、配置、油耗等方面極具優勢的日、韓系以及一些自主品牌車輛，往往給人不夠安全的印象，這其實是大家的誤區。

其實，汽車重量輕和安全性之間并沒有本質的聯系。你可能不知道，構成汽車的2萬多個零件中，約86%是金屬材料，且鋼鐵占了約80%，這表明通過材料的輕量化來減輕汽車自重有巨大潛力。目前，鋁合金、鎂合金、高強度鋼、工程塑料和復合材料等輕質材料的開發與應用在汽車的輕量化中發揮了重大作用。

除了鋼材，鋁合金是目前在汽車上應用最多的輕量化材料，從鋁合金車身到鋁合金發動機缸體，從鋁合金變速箱殼體到鋁合金連桿，鋁合金被大量應用。因為鋁具有良好的機械性能，其密度約為鋼鐵的三分之一，易加工，導熱性、耐腐蝕性好，鋁合金強度高，同時具有良好的吸能性。據美國鋁學會的報告，汽車上每使用0.45kg鋁就可減輕車重1kg，理論上鋁制汽車可以比鋼制汽車減重40%左右。因為鋁合金具有以上優點，所以鋁合金成為在汽車上使用最多的輕質材料。奧迪A8采用ASF全鋁合金車身，創紀錄的使用了546kg的鋁合金材料，它的重量要比同等車型的鋼制車身輕50%。此外，越來越多的鋁制輪轂和全鋁發動機出現在各種車型上，并且逐步替代傳統的鋼制零部件。

當然鋁合金的應用還面臨一些問題，最大的缺點就是焊接工藝性差，成本控制也是關鍵因素之一。

除了鋁合金的大量應用，高強度鋼的應用也非常多，它的應用可以減少鋼板的設計用量和厚度。高強度鋼保留甚至提高了鋼材的優點，特別是在安全性方面。與鋁、鎂、復合材料等相比，高強度鋼板的原料與制造價格較低，經濟性較好，可以大量取代現在所用的車用鋼材，支撐起乘員艙結構的鋼材通常使用的都是高強度鋼，甚至屈服強度是高強度鋼兩倍以上的超高強度鋼。不過，高強度鋼難成形、回彈大等問題使得加工比較困難，需對應措施來解決。

結構設計與優化是軟實力

是不是減輕了鋼板的厚度、大量應用輕量化的鋁合金材料就可以保證車輛安全高枕無憂了呢？并不是這么回事。想要在減輕車身重量的情況下又能保證車輛的安全性，車身結構的設計和優化配比至關重要。

中國汽車工程學會專家陳一龍認為，汽車輕量化技術并非僅僅依靠材料，汽車輕量化是設計、制造、材料技術集成的工程。例如，東風牽引車減重1400公斤，其中結構優化占19%，功能配置優化占40%，兩者共占59%，真正新材料新技術只占41%。把輕量化看成材料供應問題是我國從事逆向設計、仿制造成的結果，是當前阻礙我國輕量化水平提高的主要技術瓶頸之一。

事實上，車身的結構設計和鋼材的強度都是決定安全的重要因素。工程師通過強大的設計軟件可以優化設計和校核汽車結構的強度和剛度，減少車身重量和鋼板厚度，使零部件中空化、小型化或復合化，確保整車的質量和性能。要想在材料成本、輕量化、安全性能等多目標中尋求最佳結合點，就需要多種材料組合的使用，而針對多材料組合必須合理設計安排使用各材料的最佳部位。

不同于普通汽車，高檔汽車采用空間框架的結構，部件多為多功能的大型鑄件，大型整體結構和高比例的鍛壓件，可以減少車身零件的數量，一系列的優化設計使得整車輕量化的同時提升了安全性能。車輛的安全性主要體現在事故發生時對人員的保護，而不是以車的受損程度來衡量。重量大的車跟重量輕的車碰撞，重量大的車受損程度比較小，但是人員的受損程度跟吸能式車身設計以及主被動安全配置有密切聯系。例如在某些車型上通過優化的結構設計，可以更好的將碰撞吸收的能量分散到強度很高的A柱和車身底部，提高乘客安全性的同時也降低了對對方車輛的攻擊性。

在汽車行業，大眾MQB輕量化平臺、奧迪塑料圓簧、ContiTech空氣彈簧、江森自控輕量化鋁鋼座椅框架等技術的應用，都為車輛的輕量化作出了巨大貢獻。

不能輕視的話題

雖然近幾年輕量化技術已經取得了很大進步，但是面臨的問題依然存在。在很多關鍵的位置，常常需要兩種甚至兩種以上的材料進行拼焊，如果焊接強度不足，車身的整體強度會大打折扣。另外，在車輛的一些位置除了靠焊接來連接之外，還要加注結構膠，以實現隔音、提高密封性或增加連接強度等目的。

據記者了解，我國汽車輕量化技術的研發面臨兩大困難：一方面，要打破輕量化技術的發展所涉及的眾多學科之間的壁壘，形成綜合性、系統性知識體系；另一方面，國家應該發揮作用，做出戰略性和前瞻性的超前部署。事實也證明，盡管早在2008年，汽車輕量化產業創新聯盟就已經建立，但是在這一領域企業基本處于單打獨斗狀態。汽車企業對汽車輕量化關注度明顯不夠，尤其是國產品牌。如果持續下去，汽車企業將會失去一次技術跨越的絕好機會。而且，國內一些企業在實施“輕量化戰略”的同時，經常會出現偷工減料的行為，導致汽車安全性受到影響。

對于輕量化核心技術的學習和掌握，國內一些車企有很長的路要走。清華大學汽車系教授宋健向記者表示，汽車輕量化首先需要掌握汽車的核心技術，在此基礎上才能加以改進。中國車企的一些零部件現在還需要外采，更不要提去減輕車輛的自重。而在記者看來，國內一些汽車企業只能在車身整體結構上“動動手腳”，顯然不能滿足真正的輕量化的技術要求。