汽车轻量化是指在成本控制与性能改进条件下,通过轻量化结构设计与轻量化材料和制造技术在整车产品上的集成应用而实现的产品减重。轻量化作为汽车产业发展的重要方向之一,是国内外汽车企业应对能源环境挑战的共同选择,也是汽车产业可持续发展的必经之路。发展汽车轻量化技术,是我国汽车产业节能减排的需要,也是产业结构调整的需要,更是提升我国汽车产品国际竞争力和建设汽车强国的需要。
从国际上看,解决汽车节能减排问题主要通过以下三种途径:一是大力发展新能源汽车,通过推广使用电能和氢能,来减少对石油资源的依赖;二是大力发展先进发动机,通过一系列新技术,提升发动机效率,改善燃油经济性;三是大力发展汽车轻量化技术,在保证汽车性能的前提下,通过减轻汽车自身重量,达到节能减排的目的。因此,无论当前还是将来,轻量化都是汽车技术体系中的重要组成部分。
放眼未来,严峻的能源和环境问题仍然是汽车产业可持续发展所必须面对的首要挑战。汽车已成为石油资源的第一大消费领域,随着汽车保有量的持续增长,汽车产业对能源和环境的压力还在不断增大,2018年全球汽车领域石油消耗量占比超过50%。对于汽车来说,整备质量消耗了动力系统输出能量的70%以上,因此,汽车轻量化是降低汽车燃油消耗和实现节能减排的有效途径之一。受世界铝业协会、欧洲铝业协会、美国铝业协会联合委托,德国海德堡责任有限公司能源与环境研究所的调查和研究结果见表1-1。
表1-1 轻量化对各种车型降低油耗的效果
(续)
其次,产业科技变革带来了新能源汽车、智能网联汽车的发展。汽车与能源、通信等相关技术全面高度融合,电子信息、网络通信、人工智能、物联互通等技术赋予了汽车更多的功能和驾驶体验,但这些技术的运用也进一步增加了整车整备质量。为了满足车辆安全性、经济性和智能化水平不断提升的要求,必须采用轻量化设计,使整车整备质量保持在合理的区间。
因此,随着节能减排和电动化、智能化技术的发展,轻量化必须作为一项共性关键技术长期地推进下去。
众多的研究成果表明,轻量化不仅将对车辆节能做出贡献,也将影响到车辆的加速性能、制动性能、操纵稳定性、平顺性和噪声振动水平等诸多车辆性能,合理的结构设计和高强度材料的应用将有效提升车辆的安全性能,科学合理的用材策略也将有效控制车辆的生产成本。
以乘用车为例,近年来,中国品牌汽车产品性能提升较快,企业的品牌价值和整车品质都在稳步提高,如一汽红旗H5、上汽荣威350、广汽传祺GS8、长城汽车H6等车型得到国内外消费者的普遍认可,其中也包括了轻量化技术进步的成果。先进轻量化设计、材料成形和连接技术的应用,使这些产品各项性能大幅度提升,大幅度缩小了中国品牌产品与国外同类产品的差距。
在商用车领域,随着我国交通环境治理的推进,依靠超载获得效益已经成为过去,轻量化对降低车辆运营成本和提升运输效率的价值开始显现,轻量化已经成为商用车企业获得市场竞争优势的“法宝”,一批轻量化技术应用水平较高的产品成为市场的“宠儿”,消费者对中国品牌商用车的认可度得到了进一步的巩固和提升。
轻量化能够有效增强我国汽车产品的竞争力,但实现“轻”不仅需要产品设计和评价技术的进步,更需要现代化原材料生产体系、装备制造工业体系的支撑和众多与之相关先进成形工艺、连接技术的发展。
汽车轻量化涉及冶金、化工、材料、装备、设计、维修、回收再利用等多个相关产业。当前,轻量化正向产品设计多学科集成和产品生产智能化的方向发展,由此催生了对生产装备的高精度、高可靠性和对材料性能的高稳定、低成本要求。如车身用薄壁化铸造铝合金,需要铝合金纯净化技术与装备、高效铸造工艺与装备、先进模具设计系统和高质量模具、先进连接工艺与装备等。因此,汽车轻量化水平的提高,将带动冶金、材料、装备等相关产业的转型升级。