基于复合材料基础上的汽车轻量化进展

    绿色汽车设计还包括汽车轻量化设计。汽车轻量化技术包括轻量化材料的使用和结构的轻量化设计两大途径。汽车轻量化材料的使用是指通过采用轻量化的金属和非金属材料，主要是采用高强度钢材、铝镁合金，工程塑料和各种复合材料进行汽车轻量化设计;汽车结构的轻量化设计是指通过改进汽车结构，使部件薄壁化、中空化，小型化及复合化达到轻量化目的。实际上这两方面的内容是密切得结合在一起的。很多时候往往是轻量化材料结合轻量化结构设计从而实现了在整车刚度、性能不降低的前提下的轻量化。
　　轻量化结构设计
　　结构设计方面有效的方法是通过优化车身结构实现轻量化，其代表性成果为ULSAB (Ultra Light Steel Auto Body) 项目。受空间尺寸限制，由于有些材料的结构刚度不足，轻量化可能导致汽车振动、噪声与抗疲劳等方面性能的降低。前轮驱动(FWD)结构就是一个结构轻量化的典型和成功的例子。它没有通过驾驶舱下面的驱动轴，也不用制造后桥壳，变速器和差速器被装配在一个壳体中，这样所需的零部件就更少，对于减轻整车重量有很大的作用。减轻车重可以提高加速性，制动性和燃油经济性。同时，由于前轮驱动的汽车的
驱动轮承受着发动机和驱动桥的重量，还可以增加驱动轮的附着力，这对于在湿滑路面上行驶的汽车将会有很大的帮助。
　　轻质复合材料
　　在轻量化材料方面，虽然钢铁材料仍保持主导地位，但钢铁材料的比例逐年下降。高强度钢，超高强度钢，铝合金，镁合金，工程塑料，复合材料等材料比例逐年上升。
　　美国先进汽车技术能源事务部和美国汽车研究委员会联手，从事汽车结构的先进材料、加工方法和装配技术的开发项目。其重要项目项目之一，就是结构用复合材料的技术开发。20世纪80年代末 USCAR下设的汽车复合材料委员会开展了该领域的研究。
　　玻璃纤维增强塑料(FRP)等新品种已随着技术的成熟而正在扩大应用，主要用于车身的外装件和功能件。可用于车门、发动机罩、前格栅、翼子板、保险扛骨架、门柱护板、通风百叶窗、导流罩等近20种车身板件，但仍然有许多技术问题需要解决：
　　l 适应高产量生产的复合材料制造工艺，缩短目前复合材料的生产制造工艺过程。
　　l 复合材料工艺自动化，特别是增强材料的铺放，对降低制造成本、缩短生产周期及质量控制自动化的工艺是必要的。
　　l 降低原材料的价格 。
　　l 适合新的报废汽车法规的复合材料/工艺。
　　l 汽车用复合材料检测方法。
　　l 汽车合成材料特殊的设计程序。所有汽车制造厂都已经开发了金属零件的设计程序，但一般不能为复合材料所用。
　　l 新的复合材料数字模拟。这些模拟需要在以下三个方面有判定能力：(1)典型材料性能的可用性，(2) 材料模拟的精确性，和(3)要求的计算结果。 [-page-]
　　近德国Paderborn 大学O.Hahn等人提到"多材料轻量化结构"及合适材料用在合适的部位”两个概念，给出了车身材料的发展趋势，通过对多材料进行结构优化，既能改进汽车性能，又能显著减小质量。当前材料的组合仍以高强度钢、铝、镁和复合材料为主。
　　2006年，赢创 () 投资有限公司联合上海同济大学一起，就大型汽车覆盖件采用复合材料设计和制造进行了一系列的探索和研究。其中，PMI泡沫夹心帽筋条结构的复合材料发动机盖和后背门部件已经安装在上海燃料电池汽车动力系统有限公司的新一代燃料电池汽车上，和传统的金属材料结构相比，分别减重37.7%和34.6%。在结构设计过程中，采用了新的夹层结构帽筋条，树脂转移模塑工艺，一步整体成型。和其他国内外的研究相比，将汽车复合材料的概念从过去的单纯的短纤维增强复合材料结构，例如SMC，GMT，中摆脱出来，将纤维增强复合材料、设计与制造工艺相结合，和其他材料相结合，实现终的多材料结构方案。
　　发展趋势
　　随着轻量化材料技术，包括设计、生产工艺、装配、连接、材料性能等的不断发展和成熟，未来基于复合材料基础上的多材料轻量化结构是汽车轻量化发展的一个明显趋势，通过不同材料，结构和制造工艺的相互结合和补充，可以简单方便地实现设计和制造的模块化，以实现所用的材料和零件功能达成佳组合。目前，汽车的轻量化技术还处于很不成熟的阶段，未来还有很大的发展空间。