隨著新能源汽車的大行其道，但凡是對(duì)汽車有所了解的人都清楚，新能源汽車是節(jié)能環(huán)保的大趨勢(shì)，但其實(shí)，除卻新能源化外，汽車的輕量化也是不可或缺的。
輕量化這一概念最先起源于賽車運(yùn)動(dòng)，它的優(yōu)勢(shì)其實(shí)不難理解，重量輕了，可以帶來更好的操控性，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力能夠產(chǎn)生更高的加速度。由于車輛輕，起步時(shí)加速性能更好。
隨著“節(jié)能環(huán)?！痹絹碓匠蔀閺V泛關(guān)注的話題，輕量化也廣泛應(yīng)用到普通汽車領(lǐng)域，在提高操控性的同時(shí)還能有出色的節(jié)油表現(xiàn)。
汽車的油耗主要取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的排量和汽車的總質(zhì)量，在保持汽車整體品質(zhì)、性能和造價(jià)不變甚至優(yōu)化的前提下，降低汽車自身重量可以提高輸出功率、降低噪聲、提升操控性、可靠性、提高車速、降低油耗、減少廢氣排放量、提升安全性。
有研究數(shù)字顯示，若汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%；若滾動(dòng)阻力減少10%，燃油效率可提高3%；若車橋、變速器等裝置的傳動(dòng)效率提高10%，燃油效率可提高7%。
汽車車身約占汽車總質(zhì)量的30%，空載情況下，約70%的油耗用在車身質(zhì)量上。因此，車身變輕對(duì)于整車的燃油經(jīng)濟(jì)性、車輛控制穩(wěn)定性、碰撞安全性都大有裨益。
一般實(shí)現(xiàn)車身輕量化會(huì)通過這樣三種途徑：一是應(yīng)用高強(qiáng)度和輕質(zhì)材料，二是優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)，三是運(yùn)用先進(jìn)的制造工藝技術(shù)。我們一一來看。
材料的輕量化
材料輕量化一般是通過采用輕量化的金屬和非金屬材料實(shí)現(xiàn)，主要包括工程塑料以及各種復(fù)合材料。
目前在汽車行業(yè)的材料輕量化已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，在不影響車身強(qiáng)度的情況下，使用更多的鋁合金、鎂合金、工程塑料等有助于降低車身自重，從而帶來更好的燃油經(jīng)濟(jì)性。
在材料使用方面，最受關(guān)注的是鋁合金和鎂合金，畢竟這兩種材料主要代替鋼鐵，江青重量、提高強(qiáng)度。
鋁的重量只有鐵的1/3，并且回收利用率高，汽車中的鋁有85%是可以回收的。但是鋁也有很多缺點(diǎn)，比如鋁不能夠焊接、不容易鈑金，噴漆也麻煩，安全性不如鋼。
目前，一些廠商只是部分使用鋁合金，車身大部分結(jié)構(gòu)還是鋼鐵的。
最理想的材料當(dāng)屬碳纖維。碳纖維是由化纖和石油經(jīng)過特殊工藝制成的纖維，除了和一般碳素材料一樣具備內(nèi)高溫、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等特性外，它強(qiáng)度更高、質(zhì)量更輕，更耐腐蝕。
碳纖維的密度不到鋼的1/4，但抗拉強(qiáng)度卻是鋼的7-9倍，抗拉彈性也高于鋼，在2000攝氏度以上的高溫惰性環(huán)境中，是唯一強(qiáng)度不下降的物質(zhì)。
在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性出類拔萃。而且它外形柔軟，可加工成各種織物，從使用的角度看，碳纖維不存在腐蝕生銹的問題，比普通金屬耐用。
在極端氣候條件下，碳纖維的性質(zhì)幾乎不發(fā)生改變，使用碳纖維制造車身，可以省去高成本、繁瑣的涂裝工藝，甚至有人稱，碳纖維幾乎是目前可知的最能讓汽車減重的完美材料。
摸上去手感與塑料差不多，卻有著鋼鐵一般強(qiáng)度和韌性的碳纖維組件，不僅能夠幫助整車有效減重，更由于其昂貴的特性而變成奢華的象征。
以法拉利、蘭博基尼、帕加尼等為代表的意大利超跑大家最為熟悉的，為了追求輕量化，由于制造過程幾乎不計(jì)成本，所以在車上大規(guī)模應(yīng)用碳纖維組件甚至整車使用碳纖維材料完全不是難題。
目前，碳纖維材料在民用量產(chǎn)汽車，尤其是中檔產(chǎn)品應(yīng)用也十分廣泛，很多廠商也已經(jīng)開始碳纖維材料的小組件，如后視鏡、內(nèi)飾門板、空氣套件等等。
在車身材料的輕量化上，造車新勢(shì)力的創(chuàng)新和嘗試也算是對(duì)汽車工業(yè)做出了不小的貢獻(xiàn)。比如蔚來ES8高比例使用鋁材，與之相似的還有前途使用全碳纖維覆蓋件和全鋁骨架、愛馳使用上鋼下鋁的車身結(jié)構(gòu)。
優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)
車身的優(yōu)化設(shè)計(jì)是很重要的輕量化方案，也在眾多的車企中被設(shè)計(jì)師所青睞，它能在盡量少的增加成本的基礎(chǔ)上做到比較理想的效果。
車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化是通過采用先進(jìn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和技術(shù)手段，在滿足車身強(qiáng)度、模態(tài)、剛度和碰撞安全性等諸多方面的性能要求，以及相關(guān)的法律法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)前提下，進(jìn)而優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高材料的利用率，去處零部件冗余部分，同時(shí)又使部件薄壁化、小型化、中空化和復(fù)合化以減輕重量，最后實(shí)現(xiàn)輕量化。
在當(dāng)下的科技環(huán)境中，使用CAD與CAE等計(jì)算機(jī)工具，是一個(gè)不錯(cuò)的輔助。
通過CAD對(duì)汽車結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行設(shè)計(jì)，在軟件上模擬實(shí)體車，然后對(duì)整車進(jìn)行分析，得到零部件的安置情況以及選擇合適的輕量化材料，在對(duì)整車設(shè)計(jì)完成以后，可以通過CAE進(jìn)行進(jìn)一步分析和運(yùn)動(dòng)干涉分析等，使輕量化材料能夠達(dá)到車身設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求。
還有一種是目標(biāo)在不增加成本低額前提下，維持車身功能與抗擊安全性的同時(shí)再減輕汽車的重量，就是我們前文所說的采用小型化的結(jié)構(gòu)。
通過3D打印是實(shí)現(xiàn)機(jī)械輕量化的一個(gè)重要方向。
先進(jìn)的制造工藝
在材料與優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)之外，往往需要革新制造工藝來滿足材料和結(jié)構(gòu)的變化，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用的激光拼焊板、熱沖壓成形和液壓成形等工藝。
比如激光拼焊板可將不同材質(zhì)、不同厚度、不同強(qiáng)度和不同表面鍍層的板坯拼合起來，然后整體進(jìn)行壓型。激光拼焊板工藝已在汽車領(lǐng)域應(yīng)用成熟，用于制造車門內(nèi)板、加強(qiáng)板、立柱、底板和輪廓等部件。
比如對(duì)于高強(qiáng)度鋼的熱沖壓成形工藝，是因?yàn)樵趶?qiáng)度超過1000MPa以上時(shí)，一些幾何形狀比較復(fù)雜的零件，使用常規(guī)的冷沖壓工藝幾乎無法成形。
再比如一種鋁合金壓鑄新工藝。隨著鋁合金在車身上的應(yīng)用日益廣泛，工程師們開發(fā)了一系列鋁合金壓鑄新工藝，如沖壓壓鑄法、針孔壓鑄法和無孔性壓鑄法等，其中無孔性壓鑄法最受歡迎，壓鑄時(shí)注入型腔的金屬液與氧氣發(fā)生反應(yīng)，型腔內(nèi)隨即形成真空狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)無氣孔且可熱處理的高質(zhì)量壓鑄件。
目前用無孔性壓鑄法生產(chǎn)的鋁合金大量應(yīng)用于車輪、進(jìn)氣歧管以及動(dòng)力轉(zhuǎn)向殼等部件上，由于應(yīng)用鋁材且壁厚減小，輕量化效果顯著。
總的來說，汽車車身的輕量化，主要便體現(xiàn)在以上關(guān)于材料輕量化、車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化、先進(jìn)的制造工藝等三個(gè)方面。
在現(xiàn)在的汽車市場(chǎng)上，汽車品牌的競(jìng)爭(zhēng)越發(fā)嚴(yán)苛，而汽車的輕量化無疑就是一個(gè)十足的賣點(diǎn)，無論是傳統(tǒng)燃油車還是新能源汽車，汽車的輕量化都是一直在不斷的突破與創(chuàng)新的。我們更應(yīng)該知道，汽車上每一克的減重，都有著工程師們付出的不懈努力。
