汽车轻量化技术的研究与进展探析

2021-11-24孟召军

商品与质量 2021年9期

孟召军

凯勒（南京）新材料科技有限公司江苏南京 211505

随着经济社会的发展，人们的生活水平不断提高，家庭汽车保有量持续增长，这一方面给人们的日常出行带来了极大的便利，而另一方面又引发了能源损耗、环境污染等问题。近年来的研究表明，汽车轻量化是减少能耗、降低污染的有效手段之一，同时还有利于改善汽车性能，提升汽车的运行质量，对汽车产业的发展具有重要的现实意义。因此，进入新世纪以来，全球各国都加大了汽车轻量化技术的研究与应用。

1 汽车轻量化的研究意义

近年来，汽车生产技术取得了长足的进步，人们对其综合性能的要求也在不断提高，同时为了实现经济社会的可持续发展，汽车轻量化逐渐成为一种趋势，这样一来，不仅汽车的油耗有所降低，尾气排放量也可以得到更好的控制，从而起到保护环境的作用。要想实现汽车的轻量化，首先要从新材料的研发入手，开发高强度、低能耗的高效汽车材料。可以说，汽车生产技术的进步离不开高性能材料的应用。研究表明，汽车整车重量减少十分之一，油耗量可减少7%左右，而且汽车轻量化还可以大幅提升汽车的加速性能，系统稳定性、可靠性等也能够得到明显的改善。统计数字表明，汽车车身、底盘、发动机等可占到汽车总重的三分之二。其中，车身的重量又是占比最高的，因此，降低车身的重量对汽车轻量化的实现有着重要意义。总的来讲，要想实现汽车轻量化，需要从车身材料入手，研究低能耗、高强度的绿色环保材料，以此提升汽车的总体性能[1]。

2 汽车轻量化的主要措施

2.1 结构的轻量化

随着数字化、智能化技术的广泛应用，计算机辅助技术已经深入到汽车生产、制造的整个流程当中，对于汽车产业的发展起到了重要的推动作用。在轻量化过程中，结构的轻量化是其中的重要组成部分，利用计算机软件对已有的汽车结构进行改进、优化，能够在确保车辆安全性的前提下，减少总体质量并且提升综合性能。通过计算机辅助软件的应用，可在虚拟环境下对汽车结构的强度、柔韧度等参数进行设计，进而实现车辆总体性能的仿真评估，从而确保了汽车轻量化过程中不会影响到最终的安全性能。此外，在虚拟环境下，可进行碰撞仿真实验，以此对碰撞事故的发生进行模拟，虽然所得数据趋于理想化，但其结果仍然有着很高的参考价值，尤其在结构的优化设计中，仍然具有重要的意义[2]。通过计算机辅助技术的应用，大大缩短了产品研发周期，为汽车结构的轻量化提供了可能。

2.2 材料的轻量化

材料科技的发展，使得汽车、飞机等工业产品从理论化设计转化为实际应用，进而实现规模化生产。可以说，材料科技是诸多学科从理论变为实际的必要前提，是一个企业、乃至一个国家提升核心竞争力的关键。塑料和复合材料是近年来最热门的研究方向之一，已被应用到多个行业领域。比如：在飞机制造中，碳纤维复合材料就得到了广泛的应用，不仅实现了飞机的轻量化，提升了总体的安全性，还带来了更高的经济效益和社会效益。对于汽车生产来说，同样要重视材料的轻量化，很多专家都认为塑料和复合材料的应用将是汽车轻量化的重要途径。若想通过材料的优化来减轻车身重量，并提升汽车的安全性、舒适性，就必须让塑料和复合材料逐步取代部分金属构件。

3 复合材料与汽车轻量化

3.1 复合材料特点

复合材料，主要是利用物理或化学手段将多种不同特性的材料集合到一起，从而获得新的性能。通过复合材料的大量应用，能够有效减轻汽车重量，汽车轻量化才能得以实现。一般来说，复合材料具有以下特点：

（1）密度小、质量轻。在汽车的轻量化生产中，金属材料往往需要通过降低强度、硬度等措施来优化车身结构，进而减少车辆的总质量。通过对复合材料的研究发现，在相同尺寸下，其质量要远低于金属材料，尤其是碳纤维复合材料，不仅使得汽车的整体结构更加轻质化，在性能方面也能得到明显的改善。

（2）研发的方向更加宽广。材料技术的不断进步，使得复合材料的研究前景更加宽广。根据人们的不同需求，可以定制生产更具个性化的车身结构，以方便各种不同的运行状况，不论是专业性还是应用性，都获得了大幅增强[3]。

（3）安全性更高。金属材料在使用中，难免会出现老化、磨损等情况，特别是长期暴露在恶劣环境下，更是会出现严重的老化问题，这必然会造成较大的安全隐患。复合材料的抗老化、耐腐蚀能力更强，其在汽车生产中的应用，可有效提升汽车的安全性能。

3.2 塑料和碳纤维复合材料的应用

塑料和碳纤维复合材料，已在汽车生产中得到了较为广泛的应用。汽车的仪表板、后备箱等部分，都开始用到塑料。考虑到单一塑料无法满足现有的使用需要，复合材料的作用愈加凸显出来。复合材料所具有的低密度、耐腐蚀、耐冲击等特点，更好的满足了汽车生产低重量、高强度等性能要求，在综合性能方面更是实现了优化。比如，碳纤维复合材料有着非常理想的强度、刚度，可满足底盘、车身等结构的性能需要。当前的新型电动汽车，外壳就普遍应用到了碳纤维复合材料，比传统材料的重量大幅减轻。当然，我们也必须意识到，复合材料在汽车生产中的应用，给汽车轻量化的实现提供了一种有效的途径，同时也对制造技术提出了更高的要求，如冲压、焊装等生产制造技术、管理形式等都必须做出相应的转变。