汽車輕量化是降低能源消耗、減少污染物排放最有效的措施之一。近年來,隨著汽車產量和保有量的持續增加,我國面臨的能耗、安全、環保三大問題日益突出,為了推進汽車工業的可持續發展,提高汽車的燃油經濟性,減少溫室氣體的排放,我國已經把汽車的輕量化作為節能減排的重要途徑而放在了戰略的高度來對待。汽車輕量化,就是在保證汽車強度和安全性能的前提下,盡可能地降低汽車的整車質量,進而提高汽車的動力性、安全性等綜合性能,從而達到節能減排的目的。
汽車輕量化是集多學科、多行業于一體的完整的系統,涵蓋設計方法、材料科學、制造工藝等領域,實現汽車輕量化可以采取的有效途徑主要有:
1)采用CAE技術對汽車的結構進行優化,使零件薄壁化、中空化、小型化、復合化;
2)采用輕量化材料,減輕汽車自重,減少資源消耗和廢氣排放;
3)采用先進的車身制造工藝,如熱成形、激光拼焊、液壓成形等。在汽車誕生至今的一百多年里,汽車工業蓬勃發展,車身的空間和布局已經相當緊湊、合理,車身結構優化技術已日趨成熟,因此,輕量化材料及其先進制造工藝的開發將會對汽車工業的輕量化起到更加突出的作用。
鋼鐵材料一直是汽車生產中使用最多的材料,在同等的強度等級下,高強度鋼可以最大限度地減輕鋼板的厚度,達到減輕車身自重的目的。由于鋼鐵材料的綜合性能優良,到目前為止,采用高強度鋼仍然是汽車輕量化最直接、最有效的途徑,可以預見,在未來相當長的一段時期內,鋼鐵材料仍是汽車車身的首選材料,主要用于汽車的結構件和安全件的生產,如前后保險杠、車門防撞桿、A/B/C柱等。
此外,還有多種材料在汽車輕量化方面具有很大發展前景,如鋁合金、鎂合金、塑料及復合材料、鈦合金、精細陶瓷、粉末冶金、金屬基/非金屬基復合材料等。
在汽車輕量化材料方面,呈現出多元化的發展趨勢,單一的材料已不足以保證汽車的強度和剛度要求,因此,在未來汽車輕量化材料的解決方案中,更傾向于多種材料的組合,以充分利用各種材料的優勢。此外,通過技術改進降低材料的成本,減少稀缺金屬的使用量,提高材料的利用率,開發兼具更好環保性和可回收性的新材料,也是當前輕量化材料研究的熱點和發展趨勢。
在汽車輕量化制造工藝方面,我國與西方發達國家仍存在很大差距,主要體現在基礎理論的研究和關鍵技術的推廣應用上。要實現我國汽車輕量化技術的跨越式發展,必須加大人力財力投入,攻克熱成形、激光拼焊、液壓成形等成形工藝目前所面臨的技術難題。輕量化車身制造工藝正朝著多學科多領域快速發展,多種先進輕量化成形技術的復合,是目前汽車輕量化領域的一個研究熱點。此外,節能、精密、柔性、綠色、信息化、智能化、系統化、集成化也是輕量化車身制造工藝發展的必然趨勢。