汽车轻量化是未来汽车行业发展方向，特别是对于新能源汽车而言，重量的减轻直接意味着续航里程的增加。有研究显示，燃油汽车整车重量减轻10%，燃油效率可提高 6~8%，重量每减少 100kg，汽车百公里油耗可降低 0.3~0.6L，百公里 CO2 排放量可减少约 5g；对纯电动汽车而言，整车重量降低 10kg，续驶里程可以增加 2.5km。
一、汽车轻量化技术
汽车轻量化作为一个系统化的工程，并不是简单地针对某个零件的单独减重，局部重量的变化在很大程度上会影响汽车的其他部位，因此汽车轻量化是指在汽车制造过程中集设计、制造、材料技术等一起的系统性工程。在对汽车进行轻量化设计时，需要结合考虑三个方面的因素：车身结构安全、刚度分析、轻量化系数。
1、车身结构安全
汽车车身和内外饰轻量化的前提是汽车安全性、车身刚度、疲劳耐久性、操控稳定性和振动舒适性等满足要求。车身结构安全的目的在于保护车内乘员的安全，属于汽车的被动安全范畴，车身结构的安全性能将直接影响到汽车是否能满足正面碰撞、侧面碰撞、后面碰撞、翻滚和低速碰撞等这些被动安全要求。
目前各国汽车被动安全法规有：欧洲法规体系(ECE/EEC)和美国联邦机动车法规体系(FMVSS)。我国强制性汽车被动安全标准(GB)主要是参考欧洲法规体系。
2、刚度分析
车身整体刚度指的是车身受到外界施加的载荷和在施加载荷之后白车身产生的变形量之间的关系。车身刚度反映了如何在满足车身装配和使用要求的前提下来控制车身结构各个部位的变形量，所以如果车身刚度设计不合理，就会造成车身振动频率的降低，从而导致整车的乘坐舒适性、使用寿命和碰撞安全性、NVH 性能等达不到设计的要求。现代车身的设计都是尽可能降低车身质量的前提下，最大程度的提高汽车车身刚度。
3、轻量化系数
车身轻量化系数 L（Light Weight Index）是目前被汽车行业接受度较大的一个评价车型轻量化的指标。轻量化系数 L 值越小，表示车身轻量化做得越好。车身轻量化系数的计算公式如图 11 所示，其中 L 为轻量化系数、CT 为带有挡风玻璃的车身静态扭转刚度、m 为不带四门两盖的白车身骨架质量、A 为车身四轮间投影面积。
由轻量化系数 L 的计算公式可以知道，要减小车身轻量化系数，可以通过提高刚度或降低白车身的质量来实现。目前汽车轻量化技术主要分为 3 个方面：结构优化设计、轻量化材料应用和采用先进制造工艺。其中，采用轻量化的替代性材料是业内普遍认同且前景最为可观的轻量化技术。目前采用的轻量化材料主要有高强度钢、铝镁合金、改性塑料和复合材料。
低强度钢材指的是强度小于 201MPa 的钢材，而高强度钢材主要指的是强度在 201MPa－550MPa 之间的钢材，超强度钢材指的是强度大于 550MPa 的钢材。在汽车制造工作中，钢材料是使用较多的材料，也是汽车结构主要构成部分，在强度相同的情况下，采用高强度钢材能够有效的减轻汽车制造所使用钢板的厚度，能够从根本上减轻汽车自身的重量，这样可以有效减小轻量化系数 L。
相对于钢而言，铝合金的比重仅为其 30%为 2.68g/cm3。当弯曲刚度相等时，减重潜能为 49%；当弯曲强度相等时，其减重潜力为 38%。当前其主要的应用形式有以下几种：汽车悬架支架、车轮等结构件所用的铝合金锻件；车身壳体、发动机缸盖等模具铸造件；车身结构等铝合金基拉拉伸件；车厢、覆盖件、盖板等轧制板材；壳体、强度较高的小型铸造件。
镁的比重比铝合金的比重更小，仅为钢的 1/4 为 1.74g/cm3，其轻量化应用潜力巨大。当前汽车零件制造对于镁合金的使用已经非常广泛，仪表盘骨架、座椅骨架等 60 余种零件都是由镁合金制造而成。
参考观研天下发布《2017-2022年中国汽车轻量化行业市场发展现状及十三五投资战略规划报告》
改性塑料和复合材料相比金属材料具有更低的密度和更高的比强度，目前常见的改性塑料和复合材料主要有改性 PP、改性 PVC、改性 PE、纤维复合材料、金属基复合材料、热塑性树脂复合材料等。改性塑料早期主要应用于汽车的内外装饰，随着纤维增强塑料的应用，如今已经应用到了汽车的结构件上，特别是碳纤维复合材料技术的发展，使得基于改性塑料和复合材料的汽车轻量化整体解决方案成为可能。
二、新能源汽车的轻量化新要求
1、新能源汽车发展迅速
近年来新能源汽车发展迅速，据高工锂电（GGII）统计 2016 年全球新能源乘用车的销量达到了 72.6 万辆，并且包括荷兰、德国、法国和英国等在内的多个国家都给出了禁售燃油汽车的时间表，新能源汽车的发展已经势不可挡，从目前的技术来看，未来几年电动汽车将是新能源汽车的主要形式。。
2、电动汽车的轻量化需求更迫切
电动汽车的充电时间长而续航里程又不及燃油车一直是其被人诟病的短板。充电时间的长短由锂离子电池的充放电原理所决定，在不改变电池充放电原理的前提下改善空间有限，但提高续航里程却是可以努力的方向，比较简单的方法是通过搭载更多的电池来提高续航里程，但更多的电池不仅意味着充电时间更长，也意味着汽车的重量会更重，做功效率会更低，也就是消耗 1Kwh 电量汽车行驶的距离会减少，比如一辆搭载 20kwh 电量的汽车重量是 1.5t，它的效率是 10 km/kwh，续航里程为 200km，而一辆搭载 50kwh 电量的汽车其重量在 2t 以上，它的效率为 6-7 km/kwh，虽然续航里程提升到了 300-350km，但效率在降低。如果要在搭载电量不变的前提下提高续航里程，就必须要通过提高效率来实现。
要使每消耗 1Kwh 电量电动汽车行驶更远的距离，最主要的方法就是减轻汽车的重量，有研究表明纯电动汽车整车重量降低 10kg，续驶里程可以增加 2.5km（《汽车轻量化技术的应用现状及主要途径分析》），如果通过轻量化技术能将重要减轻 500kg，在搭载同样电量的情况下，续航里程将可以提升 125km，因此电动汽车对轻量化技术的渴望是非常迫切的。
3、电动汽车轻量化技术
电动汽车与燃油汽车最大的不同在于电动汽车很大一部分重量来源于电池，而电池的重量除非找到了能量密度更高的材料或者改变现在的锂离子电池体系，否则很难降下来，因此减轻车身、内饰、底盘等的重量是其轻量化比较可行的方案。
内饰重量的减轻可以通过多运用改性塑料来达到，车身和底盘重量的减轻除了上面所说的利用高强度钢、铝镁合金外，有研究者甚至提出了全塑车身的概念，提出了集成化超轻新能源汽车的概念，超轻新能源汽车主要由驱动电池单元、行驶系统、转向系统、铝制车身框架、复合材料车身、塑化地板等组成，车身整备质量能降低到 850 kg（包括电池），其全塑车身设计是新能源汽车轻量化设计的重要组成部分，与传统的汽车车身设计相比，全塑车身的设计是一个一体化、模块化、整体式的设计思路，同时实现功能与零部件的高度集成，从而减少零部件的数量，降低生产成本
一、汽车轻量化技术
汽车轻量化作为一个系统化的工程，并不是简单地针对某个零件的单独减重，局部重量的变化在很大程度上会影响汽车的其他部位，因此汽车轻量化是指在汽车制造过程中集设计、制造、材料技术等一起的系统性工程。在对汽车进行轻量化设计时，需要结合考虑三个方面的因素：车身结构安全、刚度分析、轻量化系数。
1、车身结构安全
汽车车身和内外饰轻量化的前提是汽车安全性、车身刚度、疲劳耐久性、操控稳定性和振动舒适性等满足要求。车身结构安全的目的在于保护车内乘员的安全，属于汽车的被动安全范畴，车身结构的安全性能将直接影响到汽车是否能满足正面碰撞、侧面碰撞、后面碰撞、翻滚和低速碰撞等这些被动安全要求。
目前各国汽车被动安全法规有：欧洲法规体系(ECE/EEC)和美国联邦机动车法规体系(FMVSS)。我国强制性汽车被动安全标准(GB)主要是参考欧洲法规体系。
2、刚度分析
车身整体刚度指的是车身受到外界施加的载荷和在施加载荷之后白车身产生的变形量之间的关系。车身刚度反映了如何在满足车身装配和使用要求的前提下来控制车身结构各个部位的变形量，所以如果车身刚度设计不合理，就会造成车身振动频率的降低，从而导致整车的乘坐舒适性、使用寿命和碰撞安全性、NVH 性能等达不到设计的要求。现代车身的设计都是尽可能降低车身质量的前提下，最大程度的提高汽车车身刚度。
3、轻量化系数
车身轻量化系数 L（Light Weight Index）是目前被汽车行业接受度较大的一个评价车型轻量化的指标。轻量化系数 L 值越小，表示车身轻量化做得越好。车身轻量化系数的计算公式如图 11 所示，其中 L 为轻量化系数、CT 为带有挡风玻璃的车身静态扭转刚度、m 为不带四门两盖的白车身骨架质量、A 为车身四轮间投影面积。
图：汽车轻量化系数 L 计算方法
由轻量化系数 L 的计算公式可以知道，要减小车身轻量化系数，可以通过提高刚度或降低白车身的质量来实现。目前汽车轻量化技术主要分为 3 个方面：结构优化设计、轻量化材料应用和采用先进制造工艺。其中，采用轻量化的替代性材料是业内普遍认同且前景最为可观的轻量化技术。目前采用的轻量化材料主要有高强度钢、铝镁合金、改性塑料和复合材料。
低强度钢材指的是强度小于 201MPa 的钢材，而高强度钢材主要指的是强度在 201MPa－550MPa 之间的钢材，超强度钢材指的是强度大于 550MPa 的钢材。在汽车制造工作中，钢材料是使用较多的材料，也是汽车结构主要构成部分，在强度相同的情况下，采用高强度钢材能够有效的减轻汽车制造所使用钢板的厚度，能够从根本上减轻汽车自身的重量，这样可以有效减小轻量化系数 L。
相对于钢而言，铝合金的比重仅为其 30%为 2.68g/cm3。当弯曲刚度相等时，减重潜能为 49%；当弯曲强度相等时，其减重潜力为 38%。当前其主要的应用形式有以下几种：汽车悬架支架、车轮等结构件所用的铝合金锻件；车身壳体、发动机缸盖等模具铸造件；车身结构等铝合金基拉拉伸件；车厢、覆盖件、盖板等轧制板材；壳体、强度较高的小型铸造件。
镁的比重比铝合金的比重更小，仅为钢的 1/4 为 1.74g/cm3，其轻量化应用潜力巨大。当前汽车零件制造对于镁合金的使用已经非常广泛，仪表盘骨架、座椅骨架等 60 余种零件都是由镁合金制造而成。
参考观研天下发布《2017-2022年中国汽车轻量化行业市场发展现状及十三五投资战略规划报告》
改性塑料和复合材料相比金属材料具有更低的密度和更高的比强度，目前常见的改性塑料和复合材料主要有改性 PP、改性 PVC、改性 PE、纤维复合材料、金属基复合材料、热塑性树脂复合材料等。改性塑料早期主要应用于汽车的内外装饰，随着纤维增强塑料的应用，如今已经应用到了汽车的结构件上，特别是碳纤维复合材料技术的发展，使得基于改性塑料和复合材料的汽车轻量化整体解决方案成为可能。
二、新能源汽车的轻量化新要求
1、新能源汽车发展迅速
近年来新能源汽车发展迅速，据高工锂电（GGII）统计 2016 年全球新能源乘用车的销量达到了 72.6 万辆，并且包括荷兰、德国、法国和英国等在内的多个国家都给出了禁售燃油汽车的时间表，新能源汽车的发展已经势不可挡，从目前的技术来看，未来几年电动汽车将是新能源汽车的主要形式。。
表：禁售燃油汽车时间表
2、电动汽车的轻量化需求更迫切
电动汽车的充电时间长而续航里程又不及燃油车一直是其被人诟病的短板。充电时间的长短由锂离子电池的充放电原理所决定，在不改变电池充放电原理的前提下改善空间有限，但提高续航里程却是可以努力的方向，比较简单的方法是通过搭载更多的电池来提高续航里程，但更多的电池不仅意味着充电时间更长，也意味着汽车的重量会更重，做功效率会更低，也就是消耗 1Kwh 电量汽车行驶的距离会减少，比如一辆搭载 20kwh 电量的汽车重量是 1.5t，它的效率是 10 km/kwh，续航里程为 200km，而一辆搭载 50kwh 电量的汽车其重量在 2t 以上，它的效率为 6-7 km/kwh，虽然续航里程提升到了 300-350km，但效率在降低。如果要在搭载电量不变的前提下提高续航里程，就必须要通过提高效率来实现。
要使每消耗 1Kwh 电量电动汽车行驶更远的距离，最主要的方法就是减轻汽车的重量，有研究表明纯电动汽车整车重量降低 10kg，续驶里程可以增加 2.5km（《汽车轻量化技术的应用现状及主要途径分析》），如果通过轻量化技术能将重要减轻 500kg，在搭载同样电量的情况下，续航里程将可以提升 125km，因此电动汽车对轻量化技术的渴望是非常迫切的。
3、电动汽车轻量化技术
电动汽车与燃油汽车最大的不同在于电动汽车很大一部分重量来源于电池，而电池的重量除非找到了能量密度更高的材料或者改变现在的锂离子电池体系，否则很难降下来，因此减轻车身、内饰、底盘等的重量是其轻量化比较可行的方案。
表：某纯电动汽车各部分重量（kg）
内饰重量的减轻可以通过多运用改性塑料来达到，车身和底盘重量的减轻除了上面所说的利用高强度钢、铝镁合金外，有研究者甚至提出了全塑车身的概念，提出了集成化超轻新能源汽车的概念，超轻新能源汽车主要由驱动电池单元、行驶系统、转向系统、铝制车身框架、复合材料车身、塑化地板等组成，车身整备质量能降低到 850 kg（包括电池），其全塑车身设计是新能源汽车轻量化设计的重要组成部分，与传统的汽车车身设计相比，全塑车身的设计是一个一体化、模块化、整体式的设计思路，同时实现功能与零部件的高度集成，从而减少零部件的数量，降低生产成本
图：超轻新能源汽车结构
图：集成化超轻新能源汽车的全塑车身铝制框架复合结构
资料来源：观研天下整理，转载请注明出处（ZQ）
更多好文每日分享，欢迎关注公众号
【版权提示】观研报告网倡导尊重与保护知识产权。未经许可，任何人不得复制、转载、或以其他方式使用本网站的内容。如发现本站文章存在版权问题，烦请提供版权疑问、身份证明、版权证明、联系方式等发邮件至kf@chinabaogao.com，我们将及时沟通与处理。
