轻量化部件在汽车改装中的应用分析

陈 珍，李 锐

（1.湖北工业职业技术学院，湖北 十堰 442000；2.东风越野车有限公司，湖北 十堰 442000）

前言

轻部件在汽车上的安装改造，就是在保证汽车的坚固稳定性能和安全性能的前提下，最大限度地降低汽车的整体装备质量。进一步地提高汽车的牵引和制动的能量，减少燃料消耗，降低排气污染，同时针对环保和节能方面，汽车零部件轻量化无疑是新时代汽车行业发展的必由之路。

1 适合做汽车轻量化部件的材料的选择分析

1.1 复合材料—碳纤维

复合材料碳纤维的应用将成为未来车身轻量化的主要材料，主要用于车身结构件。此前，碳纤维通常运用在精密度航空航天领域。根据天上交通工具对于安全性和坚固性的高要求：碳纤维质量轻，硬度强，抗击打能力高，耐腐蚀等优秀于传统材料的特点显现在人们的眼前[1]。例如碳纤维比较钢材料来说就减重了60%，虽然比干钢轻，但是强度却是钢材料的8倍，在保证足够安全的前提下，降低了燃油率，平衡了新能源汽车中电池所带来的重量，为节能减排提供了新思路。2015～2016年，德国是目前全球汽车轻量化材料使用比例最高的国家。碳纤维不仅可以进一步降低低钢碳在汽车车身中的使用比例到原本的一半的20%，提升高强度钢的占比至45%。因此碳纤维未来发展空间巨大。

虽然生产成本相对较高，但这是在新型轻量化能源和技术并没有普及，技术还未达到成熟的状态下，汽车整体材料用料中占比仅有4%。据了解，2020年以后，碳纤维复合材料的成本将会有所下调，为汽车部件轻量化进一步发展提供了原材料和良好思路[2]。

1.2 复合材料—玻纤维

玻纤复合材料是改性增强材料，简单理解就是将整块的玻璃进行研磨，研磨成极细腻的状态，在尼龙树脂中加入一计量的玻璃纤维进行增强。与普通的纯尼龙相比，玻纤维的钢性，耐疲劳强度和承受高温的强度更大，密度小，易成型，抗震等突出的物理性质，使之因此被广泛的应用于航空航天等高精密的科学太空领域。也因为成本低价格便宜这样接地气的特点渐渐进入普通人家的生活，已经逐渐转向汽车机械等领域。同时，作为新型的汽车轻量化材料，玻纤维的价格成本要比太纤维便宜很多，玻纤维更适合制成汽车非结构件，例如很多国外知名汽车生产商已经将汽车前端模块，车门模块，电池托架，仪表盘，保险杠梁等汽车零部件进行玻纤维轻量化替代处理[3]。由此可见，我国玻纤维材料很有发展空间。

2 用轻量化部件改装汽车的优点

2.1 轻便美观，减少磨损

对于21世纪的汽车来讲，并不仅仅是一个简单的代步工具。汽车也许承载着更加重大的意义，它可以被看作是一个人社会地位的象征，也可以被看作是一个家庭的成员。所以汽车所承担的角色变得更加复杂。除了追求性能的同时，轻便美观成为消费者在购买汽车时是很看重的一个因素，有时甚至会因为汽车的外在舒心美观而降低对于性能的标准。

而上文所提到的轻量化部件材料——玻纤维就可以在保证汽车基础性能的同时，升级汽车的外观。因为玻纤维密度小，易成形，可以替代汽车现有的非结构部件。例如用轻量化复合材料制成的保险杠梁使得其承担安全性能的同时，使其同时更加轻便美观，减小磨损，这对于爱车人士来说是一件十分令人振奋的消息。因此，轻量化汽车零部件十分必要。

2.2 安全性与舒适性

首先，汽车车身轻量化可以将车体整体的中心向下偏移，使汽车底盘更稳，大幅度提升了汽车操纵的稳定性，使车辆运转更加安全，稳定。通过碳纤维复合材料的替代使用，对于碰撞摩擦产生的能量进行的吸收率是其他普通传统运用金属的三四倍，可以降低产热，从而保证汽车爆炸方面的安全进一步完善和增强。同时，碳纤维复合材料以及玻纤维复合材料都具有相较传统运用金属更高的疲劳强度，可达60～80%，使汽车运用时效方面更具持久性和实效性。在汽车启动时，不可避免的振动及摩擦在碳纤维的作用下振动阻尼可以有效减缓振动幅度并且减少振动时长，因此对于整车NVH的减少可增强行驶舒适性。

2.3 降低运行阻力，减少牵引和制动需要的能量

汽车发动并快速运行受到多方面因素影响。简单来说，汽车运行是发动机做功将产生的热能转换成动能，克服与地面形成产生的摩擦力，多余的热能以热量的形式转换。而要想节能减排，一方面要从汽车自身做功的功率来说，另一方面要从降低运行主力来说。首先就是要提高制动做功的效率。这一点并不在今天轻量化汽车零部件的讨论范围之内，因为这样的新型解决措施不致力于提高动力，而在于减少阻力。

那么从另一方面来看，轻量化汽车零部件可以降低减少汽车自身重量。这作为物质自身的属性，质量越大，所需让其运动的力就越大，同时，质量越大，惯性越大，所以说用轻便的复合材料进行替换。不仅可以减少自身重力带来的更大的摩擦阻力，还可以同时减小车身惯性，保障安全，那么减小阻力，哪怕在不提高做工效率的情况下，也可以降低整体需要的能量，从而做到节能减排。

2.4 节能减排，降低污染

当前我国机动车污染物排放量已超4 500万吨。根据习近平总书记提出的科技强国，坚持可持续发展战略，节能环保已然成为全国乃至全世界的重要课题。因此，加速寻找道轻便、安全、稳定、普遍的轻量化材料进行更新换代已经迫在眉睫。

根据数据调查显示，每辆汽车每减轻自身重量的10%，燃油消耗可节省7%，如果用碳纤维股复合材料代替钢材料，车体的重量就可减轻300 kg，燃油效率提高原来的36%，二氧化碳排放量也随之减少。若减重20%～30%，每车每年二氧化碳的排放量就可以减少0.5吨，这样一来，不仅降低了使用能量的成本，也可以使环境更加绿色环保，真正做到绿水青山就是金山银山的长远发展理念。要发展，要向着更好的享受资源方向发展，更要向着长远持久的方向发展。而汽车部件轻量化就是必由之路。

3 轻量化汽车部件的改进与发展

3.1 资源开发

碳纤维可以通过高分子有机纤维的固相碳化或者低分子烃类的气相热分解来制取。重点在于仪器的精确率，实际操作其实并没有特别困难[4]。玻纤维也是普通的玻璃进行水域加热制成的。所以说这两种具有代表意义并且相对来说应用广泛，具有大量开发的可实施性。

3.2 利用率

对于上文提到的新型轻量化汽车零部件的复合材料，碳纤维和玻纤维之前很长一段时间都被更多的应用在极为精准，要求极高的航空航天领域。从全国汽车制造材料应用统计来看，2016年的复合材料总体占比不到10%，但是到了2017年，复合材料整体占比就有了明显提升。可见不论是从更加安全舒适的角度来看，或者节能减排的方面来讲，轻量化汽车零部件都是我们国家正在致力的任务和工作，因为这些复合原料的获取方式还有待进一步开发利用，现在我们也只是处于新型材料的初步发展阶段，但是稳步提升的利用率让我们看到了轻量化汽车零部件发展的光明前景。

3.3 国际趋势

作为欧洲汽车大国，传统的汽车制造高水平国家，从近几年的数据来看，轻量化汽车零部件的运用可以看出，越来越多的替代了原来传统的钢材的使用。而同时作为汽车生产以及出口强国的日本也在近几年，生产汽车总量中，发现了轻量化复合原料的身影，而且使用率也在逐年增加。所以说，为了节能减排，节约资源，坚持可持续发展，并且保证安全性和舒适性的各项要求，国际大趋势已经开始向着轻量化复合原料替代传统钢材料进行转型。不单单是我们国家，很多先进的国家都正处于初步的探索阶段，还需要不断在摸索中完善。

4 结语

随着世界科技的不断进步，人们越来越多的不仅仅停留在一味地追求发展，不论是20世纪的英国工业革命给人们带来的经验教训还是近年来中国寻求发展时对地球造成的危害和创伤，都让人们更深刻地感受到，要发展，而且要长久持续的健康发展。对于轻量化汽车部件的应用来看，这是一个必然的发展趋势。上文提到的资源来源，应用优势和发展前景，详尽地阐述了轻量化汽车部件的重要意义，我们在意识到这个问题之后，将会不断地在发展中进步，用探索推动更良性的发展。