被遗忘的先进技术：整车轻量化技术
如果不是前一阵子的一起交通事故，恐怕大家都忘记了十几年前的汽车消费市场里曾经流传着德国车重所以德国车好的相关论调。而也正是因为那一起把（、、）
直接撞成零件的交通事故，关于车子到底是轻点好还是重点的好的讨论又一次成为舆论的热点。那么，到底车子应该是越来越重呢还是应该越来越轻呢？随着关于事件的逐渐平息，笔者在今天就来讲讲关于车身轻量化的那些事。在开始讲述之前，笔者先摆明一个观点，车身轻量化技术是汽车技术发展的一个大方向，汽车企业轻量化技术的水平就是一家汽车企业车身设计的最高水平。即便是在新能源动力时代，轻量化技术也是新能源车车身设计所必须考虑的第一要务。有了这个观点，咱们就来看看轻量化技术到底都代表着些什么。首先，先进的轻量化技术是整车实现节能减排的最有效的措施之一。这一观点在十几年前的消费观念里就得到了市场的承认，只不过那个时候大家都把轻量化技术当成了日系车不安全的一个反例。随着以欧洲汽车企业模块化平台的陆续发布以及欧系车的轻量化技术开始以技术营销的态势推向市场，关于日系车过轻就不好的论点才逐渐消失。那么，欧系车最近几年来大肆宣传的相比于上一代车型减重达数百公斤的数据到底有什么用呢？当然就是进一步的节能减排，据研究表明，在采用相同动力系统和传动系统的前提下，乘用车的整备质量每减少10%，燃油消耗就可降低6%-8%。相比于动力技术的提升所带来的燃油消耗降低，车身轻量化技术的投入相对较少，成效也要更加显著。要知道在过去的近十年时间里，传统内燃机技术的提升所带来的经济性表现的改善也就是在8%左右。其次，先进的轻量化技术是车辆实现节能减排的基本原理。举个不恰当的比喻，这就好像是夏天里胖子和瘦子的区别，同样的运动强度下胖子需要消耗的能量当然是更多。那么也正是基于此，从燃油经济性标定的角度来看，车身的轻量化技术是不受任何燃油测试规程所影响的一项节能减排技术。众所周知的，目前全球范围内存在着像NEDC、JS08、WLTP这样的测试方法，而不同的动力系统在不同的测试规程下会呈现出截然不同的油耗表现。比如说在NEDC的测试规程下，小排量涡轮增压发动机拥有傲视群雄的燃油经济性，但是在WLTP的新测试规程下，由于强化了节气门大开度下的测试项目，所以小排量涡轮增压发动机的燃油经济性表现马上就呈现出了完全不同的一面。而轻量化的车身技术在任何一项测试规程里都是占据优势的，随着2017年WLTP油耗测试新规的运用，轻量化的车身设计无疑会成为很多汽车企业的一根救命稻草。这也是为什么轻量化在最近一段时间内备受欧洲汽车企业青睐的一个重要原因。
来源：腾讯视频
那么，在新能源时代，车身的轻量化技术以及电池的轻量化技术体现到新能源车上的优势就在于能够有效的提升纯电动车的续航（、、）
。所以，轻量化技术是横跨汽车发展变革时代的一项基础性技术。不仅仅是日系车热衷于车身的轻量化，自上世纪九十年代以来，国际上就出现了一系列大型的推动车身轻量化技术的计划，比如欧系车企的铝制车身等等。讲到这里，车身轻量化的优势就算是讲完了，那么，轻量化技术都包括些什么呢？以目前国际通行的研究方向来看，汽车的轻量化技术主要包括结构的轻量化、材料的轻量化以及先进制造技术的运用三个方面。先来看结构的轻量化，结构的轻量化最早在上世纪八十年代由日本提出，当时的铃木甚至把每一个零件的重量都精确到了以克为单位进行减重。时至今日，结构的轻量化也是车辆轻量化研究方向中最为复杂也是最具有潜力的一大设计手段。因为相比于后面即将提到的材料轻量化以及先进制造技术的运用两个方面，结构的轻量化对于整车企业而言是最容易实施同时也是花费成本最低的一种方式。不仅仅是车身，包括底盘动力等零件的设计也会大量运用到结构轻量化的设计，而综合考虑整车性能而进行的多目标优化是目前结构轻量化研究的一个热点所在。材料的轻量化是眼下的汽车企业最乐于向市场推广的一个方面，始作俑者当然就是历来都热衷于技术营销的欧洲车企。一般来说，材料技术的轻量化包括运用于车身领域的先进高强度钢、运用于动力底盘零部件领域的铝合金、运用于支架零件的镁合金、运用于内外饰的树脂复合材料以及先进的碳纤维材料等几种。在这其中，高强度钢在成型、碰撞、疲劳性能以及成本方面相比于后面几种材料有着更大的优势，是目前主要的汽车车身轻量化材料。为什么笔者要强调高强度钢的概念，这就又要回到以钢板厚度论安全的论调中了。还是举例说明，高强度的钢材就好比薄的铁皮，而低强度的钢材就好比厚的纸壳，孰强孰弱自然无需多言。而近年来铝制车身材料和碳纤维材料也开始呈现出占据高端的态势。最后一个就是先进的制造技术，先进的制造技术包括先进的成型和连接工艺，还有诸如真空压铸、内高压成型等等。其中最具有代表性的就是奥迪将铝合金和钢材实现无铆钉铆接的复合式车身成型技术。先进成型技术在一定意义上可以看做是结构轻量化技术和材料轻量化技术的一个辅助，当然，先进的成型技术也保证了整车结构的安全性。既然说到了轻量化，就肯定抹不开安全性的这个话题。的确，基本的动量守恒定律和动能定律告诉了我们质量大的物体在碰撞中吃亏会更小。事实上，当小车遇到大车时的碰撞也是以小车惨败而收场，这点笔者并不否认。不过，我们需要明确的是，整车结构并不是经典物理学定律中的刚性体，碰撞也并非是完全理想的状态，仅仅凭借车重就安全这一点多少是有些站不住脚跟的，至少对于整车质量相差不大的车型而言是适用的。更何况，伴随着轻量化技术的发展，车身的安全性结构也不可同日而语，而这二者之间的关系是相辅相成的共生关系，并不会存在着此消彼长的情况。也正是基于这样的原因，整车的轻量化技术也是目前国际上所公认的发展方向之一。
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　　【太平洋汽车网 技术学堂频道】早些年有些很奇怪的谣言流传开来，说什么&车越重越安全&&越重的车在高速行驶越稳&，汽车研究人员也哭晕在厕所了好吗。这些谣言回想起来真的很可笑啊，但当时还是有人一本正经地吹牛逼让吃瓜群众觉得有道理。现在吃瓜群众早就提高了自己的姿势水平，都知道不等于安全，就好像看起来胖的人不一定强壮一样的道理，所以我主编也从不让我帮忙搬。　　汽车轻量化对节能减排有着非常重的作用，同时轻量化还能降低汽车的减速加速度，从而增加车辆的被动安全性。当然实现节能环保这一重要问题，除了轻量化，发展新能源车和提高热效率都是目前汽车企业发展中迫切需要的。　　一、材料轻量化 ●　高强度钢　　高强度钢应该是我们最近几年听的比较多的材料之一了，目前在车身上使用量也比较大。高强度钢是依靠自身超高的强度等级来减薄钢板厚度，也就是以此代替了原本的普通钢材，重量更轻，性能却更高了。虽然高强度钢不是轻量化材料中表现最优异的，但出于研发效率、整车成本的因素限制，以及高强度钢的性价比、长年所累积下来的制造技术优势和成型经验，这些都决定了目前更多车企在车身轻量化技术的研发方向会更多的翻钢强度钢的牌。钢强度钢主要用于中通道、地板、AB柱、车门防撞杆等关键部位。上图为全新的车门防撞杆，指南者的整车车身使用了64%的高强度钢打造。●　铝合金　　铝合金的用量在汽车领域正逐渐增加，而且类型多样化，有成为未来车身主材的趋势。●　复合材料　　复合材料主要是由两种或两种以上不同性质的材料组成，复合后的性能要比单一的材料要优秀不少。值得一提的是碳纤维复合材料，这种材料的不仅质量非常轻，强度更是钢材的数倍，同时它还有很好耐热性、耐腐蚀性，是非常理想的汽车轻量化材料，在赛车、超跑上使用得较多。上图为的MonoCage碳纤维车身。　　二、优化车身设计●　优化设计　　车身优化设计是很重要的轻量化方案，也在众多车企中被设计师们所青睐，它能在尽量少地增加成本的基础上能做到比较理想的效果。●　布局　　在科技发达的今天，计算机是个非常好的辅助工具，不仅能提高研发效率还能降低研发成本。
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热门IT产品材料企业抢滩汽车轻量化市场 技术难点及产业化难题是什么?
【新材料在线/李慧珍】“轻”已然成为全球各大汽车厂商新的卖点。
在上半年落幕的北京车展上，宝马M4GTS宣称车重成功降低到 1400kg以下，长城华冠声称旗下首款纯电动跑车前途K50新车质量达到1900kg；此外，诸如日产IDS、奥迪、北汽等在汽车轻量化上也纷纷下足了功夫。
一场汽车轻量化的“战役”已经轰轰烈烈地打响，谁也不想在这场“轻量化”浪潮中错失良机。实际上，热潮背后，是这些汽车大咖们在新材料、新工艺技术、新生产流程等领域的暗中较量。
汽车轻量化并不是什么新鲜的概念，早在2011年，宝马就发布了由复合材料制造的BMW i子品牌，此举也预示着豪华汽车正式踏入“轻量化”时代。
不过，时至今日，却仍然只有部分豪华跑车和高端车型实现大规模轻量化材料应用。汽车轻量化目前还存在哪些技术难点和产业化难题？材料厂商们正在酝酿哪些新的变革？距离汽车轻量化大规模普及应用还有多久？
图为汽车材料应用现状
轻量化势在必行
“在欧洲市场，2016年至2017年将会有大量的车型使用碳纤维、铝合金实现减重达到燃油经济性和排放的指标。”欧洲汽车轻量化联盟理事宋廷瑞博士表示。
近年来，新能源汽车的大力发展已然成为引爆轻量化市场的导火索。中汽协统计数据显示，2015年，我国新能源汽车销售33.11万辆，同比增长3.4倍。但行业火爆背后关于如何提高纯电动续驶里程等问题日渐凸显。
其中，汽车轻量化是提高纯电动续驶里程一个关键路径。相关数据显示，汽车整体重量每减少100千克，百公里油耗可降低0.3-0.6升。
在宋廷瑞博士看来，在目前电池技术尚不能取得突破性进展时，“减重”是改善新能源汽车行驶里程的最佳办法。
此外，全球燃油限值的日渐趋紧也进一步提升了汽车轻量化的紧迫性和重要性。以我国为例，号称现阶段最为严苛的第四阶段燃油消耗标准已于日起实施，2020年百公里油耗目标5L。
“政府补贴政策、准入制度等设计也对汽车轻量化给出了重要的约束因素，某些情况下几乎决定了如何设定轻量化的程度。”一汽集团高级经理田洪福表示。
在此大环境下，各大车企纷纷加快轻量化步伐。根据相关统计数据显示，车辆的轻量化系数由2011年的3.29下降到了2015年的2.33。“5年时间轻量化系数降低了30%，说明汽车轻量化已经得到很大的提升和改善，而且轻量化已经成为汽车主机厂迫切的需求。”吉利汽车研究院NVH及环保性能开发部轻量化科科长金建伟曾公开表示。
材料厂商抢滩轻量化市场
Frost&Sullivan日前发布的一份研究报告显示，在符合环保法规的需求推动下，至2017年，全球轻量化汽车材料市场的收入有望达到953.4亿美元。在2010年，该市场收入为380亿美元。
从原材料商到汽车整车制造，轻量化概念对汽车行业的入侵已经渗透到汽车的全产业链。
北汽新能源技术部副部长杨宇威曾公开表示，在追求轻量化发展过程中，需要从轻量化的材料、轻量化的设计、轻量化的工艺三方面着手。
其中，新材料的应用被认为是实现汽车“减重”的关键。据悉，目前常用的汽车轻量化的材料包括碳纤维、铝合金、超强度钢、改性塑料等。而这一领域也迎来了国内企业的大举进军。
一场汽车轻量化产业盛宴已经拉开序幕，众多国内企业纷纷布局战线，以试图抢占市场先机。
近日，康得新旗下中安信碳纤维项目正式投产。据介绍，中安信碳纤维项目总投资50亿元，占地680亩，将分两期建成年产15000吨原丝、5100吨碳丝的高性能碳纤维生产基地。
在康得集团、康得新集团、中安信科技有限公司董事长钟玉看来，此次中安信碳纤维一期项目生产的碳纤维将主要用于汽车轻量化领域，其投产将填补我国高性能碳纤维在高端工业市场上应用的空白。
据悉，车用碳纤维复合材料可用作汽车传动轴、板簧、构架和刹车片等制件，能在减轻汽车重量的同时达到节能省源的效果。采用全碳纤维车身的BMW i3和i8可谓是碳纤维在汽车行业应用中的代表作品。
宋廷瑞博士在由寻材问料(R)等单位联合主办的“2016第一届中国汽车新材料应用趋势发展论坛暨中国首届充电桩材料发展应用论坛”（以下简称“汽车材料趋势论坛”）上分享了近几年已经上市或即将上市的使用碳纤维减重车型，如下图：
汽车轻量化不仅吸引了康得新等新生面孔入局，传统铝材、钢材领域实力企业也正从原有的“老本行”入手，抢占铝合金、高强钢等市场先机。
在这场汽车轻量化变革中，传统钢铁材料或将迎来冲击。“目前有一个悲观的预测是，随着碳纤维、铝合金等材料的广泛应用，未来钢铁还会是汽车车身的主要材料吗？”宝山钢铁股份有限公司中央研究院首席研究员陈新平近日在汽车材料趋势论坛上与行业人士共同探讨了这些问题。
目前从国内大型钢企、铝企的布局动作来看，其正在进一步深挖钢材、铝材的潜力，联手汽车制造商开发质量更轻、强度更高的钢材、铝材及其加工应用技术，致力于实现车身及零部件各方面的轻量化，努力维持钢材、铝材在汽车材料市场的主导地位。
日，宝钢与中铝签署汽车铝板合作框架协议，共同开发、生产、销售汽车铝板产品并为客户提供相应的服务。
而据新材料行业相关监控数据显示，从7月份轻合金行业拟投产项目情况来看，新增5项拟投产项目均与汽车轻量化相关。
赛瑞研究数据显示，2015年，中国汽车用铝合金需求量达314万吨，相比2010年复合增长率10.6%；年，年复合增长率9.8%。
三大痛点亟待解决
反观全球汽车轻量化市场，近几年取得了飞速发展，但是距离真正的大范围颠覆传统汽车行业，还有距离。
市场人士表示，判断任何材料能否成为汽车轻量化的主流材质的最终标准是：能否在可承受的成本内进行大规模生产。
通俗的来讲就是，成本是任何轻量化材料大规模应用的前提。
这也得到了汽车厂商的认同，奇瑞捷豹路虎先期制造工程总监MR. JOHN JOLLIE表示，对于一家汽车制造商来说，既要以可行的成本来迎接可持续发展挑战，还要确保产品的特性，以满足消费者需求。
目前常用的汽车轻量化材料主要是碳纤维和铝合金，但目前碳纤维材料价格昂贵，目前大部分应用于豪车和高端车型领域。
结构设计也是汽车轻量化前行的“拦路虎”之一。“非金属材料成型如铝、镁合金压铸零件的设计理念与传统钣金冲压焊接结构完全不同，对研发设计人员提出了更高要求。”上汽技术中心车身部总监邱国华曾表示。
对此，宋廷瑞也表示，铝合金目前应用的最大问题主要是铝合金焊接、连接方式的问题。
作为最大的铝车身生厂商之一，捷豹路虎打造了全新的全铝车身车间来突破铝合金应用的结构设计瓶颈。“根据捷豹路虎全球最新标准建设的全铝车身车间可以实现车身连接工艺100%自动化，每台车拥有2754个自冲铆接点，并且实现自冲铆接工艺。”MR. JOHN JOLLIE表示。
此外，在宋廷瑞看来，碳纤维等原材料贵是现实，目前汽车轻量化最大的难点是应用端，即如何把材料用好实现模块化，尽量的减少零部件的数量。“相对于金属件，通过模块化的设计，减少组装、减少整车的制造成本，来抵消原材料贵的成本。”
宋廷瑞进一步表示，如果不突破模块化设计的话，就会很长时间停留在原材料贵的误区。
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