汽車輕量化是汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向之一,也是一個汽車廠商和國家技術(shù)先進程度的重要標(biāo)志。汽車輕量化英文名稱：Lightweight of Automobile。汽車的輕量化，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(zhì)量，從而提高汽車的動力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。實驗證明，若汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%—8%;汽車整備質(zhì)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(dāng)前，由于環(huán)保和節(jié)能的需要，汽車的輕量化已經(jīng)成為世界汽車發(fā)展的潮流。

　　1、汽車輕量化與節(jié)能環(huán)保

　　汽車行駛時,汽車運動阻力所消耗的功率有滾動阻力功率、爬坡阻力功率、空氣阻力功率和加速阻力功率。空氣阻力主要與車身的形狀、迎風(fēng)面積等有關(guān),并與速度的三次方成正比,但它與整車的總質(zhì)量無關(guān)。而滾動阻力、爬坡阻力和加速阻力均與整車的總質(zhì)量成正比。所以減輕自身質(zhì)量,就減輕了整車總質(zhì)量,從而就正比例地減少了上述3種阻力,也降低了能量消耗。

　　世界鋁業(yè)協(xié)會的報告指出,轎車質(zhì)量每減少10% ,燃油消耗可降低6% ~8%。對自質(zhì)量16~20 t的載貨汽車,每減重1 000 kg,則可降低油耗6%~7%。油耗的降低,意味著汽車的排污量的降低。因此,減輕汽車自重,對于電動汽車而言,是節(jié)能的最有效措施之一;而對于燃油汽車,是節(jié)能環(huán)保的最有效措施之一。

　　2、汽車輕量化與鋼材及運輸成本

　　1)汽車輕量化減少了汽車用材,降低了制造成本。近年來,鐵礦石價格上漲,鋼鐵也隨之漲價。原材料價格的不斷上漲,給汽車制造業(yè)帶來了很大的壓力。在汽車制造過程中,鋼板的使用達50% ,各類鑄鐵件的使用占20% ~30% ,鋼鐵總消耗占所使用原材料的70% 。以重卡為例,單車價格因鋼鐵漲價而漲20%左右 。

　　2)汽車輕量化還減少了收費公路的貨車通行費。原來貨運車輛的收費方式是根據(jù)車輛核定裝載質(zhì)量和車型分類來收取車輛通行費的, 2004年交通部出臺《收費公路試行計重收費指導(dǎo)意見》,到2008年國內(nèi)絕大部分省份都將實行計重收費。該政策以實地測量的車貨總質(zhì)量為依據(jù),計重收取車輛通行費。這種收費方式除了能夠抑制超載外,也促使汽車生產(chǎn)企業(yè)更加關(guān)注減輕車輛自重。在同樣總重情況下,自重小的車能夠裝載更多的貨物。如同樣總重為40 t的車,自重11 t的車要比自重12 t的車多裝1 t的貨物。據(jù)測算,貨車每降低1 t能給用戶帶來10 萬元/ a的凈收益 。

　　3、汽車輕量化的途徑和手段

　　3. 1輕量化設(shè)計輕量化設(shè)計可有以下3種:

　　1)選取輕量的汽車形式和總成部件結(jié)構(gòu)形式。如轎車采取發(fā)動機前置前輪驅(qū)動或發(fā)動機后置后輪驅(qū)動的布置形式,取代發(fā)動機前置后輪驅(qū)動的布置形式,減少中間傳動軸以減重;卡車離合器用膜片彈簧取代螺旋彈簧,可減重一半以上;采用超輕懸架結(jié)構(gòu);采用承載式車身結(jié)構(gòu)形式取代半承載式或非承載式車身結(jié)構(gòu)形式。承載式車身結(jié)構(gòu)是整個車身都參與承載,這樣可以發(fā)揮車身材料性能的最大潛力。

　　2)車身結(jié)構(gòu)、車架優(yōu)化設(shè)計。據(jù)統(tǒng)計,轎車車身、底盤(含懸掛系統(tǒng)) 、發(fā)動機3大件約占一輛轎車總重量的65% ,其中車身外、內(nèi)覆蓋件的重量又居首位。我國客車車身骨架大多由型鋼焊接而成,客車車身和貨車車架也占相當(dāng)大的比例,客車車身骨架通常采用局部加強的方法來加強強度,導(dǎo)致車身質(zhì)量過大,有的12m大客車車身重量比輕量化車身重量多1 t。對大量客車車身結(jié)構(gòu)的有限元分析和試驗表明,我國客車車身自重大多存在偏重現(xiàn)象,而且有很多結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)強度、剛度富余的現(xiàn)象。除小部分客車結(jié)構(gòu)桿件受力比較大外(占10%左右) ,其余大部分桿件受力很小 。因此,對客車車身結(jié)構(gòu)進行輕量化設(shè)計,這是被認為當(dāng)前切實可行的主要途徑。而東風(fēng)霸龍重卡將牽引車的306mm雙層大梁優(yōu)化為273mm的雙梁車架,減重約500 kg,因此,減少汽車的車身,車架重量就減少汽車總重量,是汽車輕量化的重要途徑。在方法上,可以采用有限元法、優(yōu)化方法和拓撲方法。在保證客車骨架和底架的剛度、強度、舒適性、安全性及工藝構(gòu)造等因素的條件下,對車身結(jié)構(gòu)進行尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化及拓撲優(yōu)化,減輕車身骨架、車身鋼板的重量。

　　3)通過整車或零部件小型化,實現(xiàn)汽車輕量化。如德國1998年產(chǎn)的節(jié)能型小型家庭轎車,車長3530mm, 4座,自重800 kg,油耗2. 94L,排放低于90 kg/km 。