胡越鹏

新疆维吾尔自治区汽车产品质量监督检验站 新疆 乌鲁木齐 830000

引言

节能、环保是现今全球共同努力的目标，目的就是尽最大的努力保护生态环境以及所剩无几的可再生能源，这就促使了各个行业的创新与改革。对于汽车行业来说，传统汽车排放尾气会对环境造成极强的污染，随着节能、环保的全面推进，节能减排是现今对汽车行业的基本要求。除了新能源汽车研发，汽车行业轻量化设计也能够达到节能减排的目的。当汽车的车体重量变轻之后，动力性会显著提升，对于燃料的消耗就会大幅度降低，以达到节能减排的目的。汽车轻量化设计不仅能够节能减排，同时还能有效的缩短制动距离，安全性大幅度提升。并且轻量化设计之后汽车产生的震动以及噪音都相对较小，整体的稳定性也会相对提升，基于这些优势，汽车车身轻量化设计是现今汽车行业的研究重点，因此深入研究汽车车身轻量化设计理念具有极高的现实意义。

1 汽车车身轻量化设计理念

为了实现汽车车身轻量化设计的目标，在设计的时候可以从两个角度切入，一方面是在汽车设计初期就将轻量化设计理念融入其中，使得轻量化设计理念贯穿于整个设计过程之中，设计出具有创新型的轻量化车身。另一方面则是对汽车现在的车身进行优化，基于轻量化的原则对车身进行改进，以实现车身轻量化的目标。设计者在尽可能满足轻量化车身目标的同时，也要保证车身高度、安全性等等满足法律以及设计标准，不能为了一味的追求轻量化而忽视其他结构的质量，使得汽车车身整体的安全性较差，存在极大的安全隐患[1]。在设计轻量化车身的时候利用CAE技术对车身进行优化，在原车身的基础之上进行轻量化的改型，为了尽可能的降低改造成本，不到必要情况不对模具进行修改，同时还要以车身结构零件的厚度作为基础变量而进行相应的设计与优化。

2 汽车车身轻量化设计应用材料

2.1 轻质材料

常用的轻质材料主要有三种，即铝及铝合金、镁及镁台金以及塑料及非金属复合材料[2]。其中铝及铝合金的许多优点都适用于汽车轻量化设计。在相同的力学性能之下，铝比钢减少质量60%，并且铝更容易回收。当发生碰撞的时候，铝对于能量的吸收也要远高于钢。铝合金材料是在铝的基础之上添加了镁、硅等合金元素，以期进一步强化铝的强度，同时为汽车轻量化设计提供有效的依据。镁的密度是铝的2/3，汽车制造中应用镁可以使得车体的重量比铝制更轻，减重可以达到15%～20%。镁的优势主要有五个方面，第一，镁的质量更轻，在众多结构材料中，镁的重量是最轻的。第二，镁的强度要远高于铝合金和钢，能够承受更多的负荷以及冲击力。第三，镁具有极高的铸造性以及稳定性，不仅更容易加工，同时废品率相对较低，进一步降低生产升本。第四，镁的阻尼系数相对较高，减震量元高于铝合金和钢。车壳使用镁可以起到降低噪音的目的。座椅、轮圈应用魅可以达到减少震动的目的，以提高汽车的稳定性以及安全性。第五，镁属于100%的可循环利用原料。塑料及非金属复合材料是另一类重要的非金属车用轻质材料，不仅可以减轻零部件40%的质量，还能降低40%左右的采购成本，基于这些原因塑料及非金属复合材料在汽车轻量化设计中也得到了更为广泛的应用。

2.2 高强度钢铁材料

在ULSAB的定义当中，高强度钢指的就是屈服强度在201～550Mpa的钢，屈服强度在550Mpa的刚被称为超强度钢，更为先进高强度钢的屈服强度介于高强度钢以及超强度钢的强度范围之内。高强度钢的主要特性在于低温韧性先结果对良好，并且具有极强的成形性以及焊接性。最开始汽车车身中使用的钢只是普通的钢铁，随着汽车行业以及科学技术的不断发展，最初的钢逐渐被高强度的钢所代替，以此来提高汽车的性能与安全。不同的钢板厚度，汽车的减重也各不相同。有相关研究证实，0.05mm、0.10mm以及0.15mm厚度的钢板，汽车减重分别是6%，12%以及18%[3]。钢板强度越强的钢铁钢板厚度约小，由此也可以使得汽车车身越轻，为了实现汽车车身轻量化设计，可以从增强钢铁强度的角度切入。但是钢铁的强度也要是以，强度过高的钢铁成形性相对较小，并且回弹也非常大，因此不能一味的追求高强度，要注重钢铁的整体特性。

3 结语

为实现汽车轻量化的目标，除了对汽车的车体结构进行优化与改进意外，还可以采用更多的新型的材料。对于车体结构优化方面，当汽车轻量化理念出现的时候，众多研究学者就开始针对车体结构优化展开深入研究，经过长时间的研究，不仅形成了相对成熟的研究体系，车体结构优化也相对完善，改进的空间相对狭窄，而在于新型材料应用方面，随着科学技术的不断发展，各种新型的材料逐渐的被研发出来，并且应用于汽车车体的设计当中，不仅开拓了汽车轻量化设计的研究方向，同时能够进一步推动汽车行业的发展。轻量化材料的应用对于汽车轻量化设计具有非常重要的意义，不仅影响汽车轻量化效果，同时还会影响到汽车的安全性和稳定性。随着汽车轻量化逐渐成为企业行业的主流发展趋势，众多研究学者也应该将研究方向致力于新型轻量化材料的研究，使得新型轻量化材料逐渐凸显出多元化的特征，以推动汽车轻量化设计的发展，最终实现节能减排的核心目标。