当前，能源与环境危机加速了世界各国对汽车油耗的严格控制，而电动车的续航里程短板也需要补齐。为此，能够降低油耗、提升续航里程的汽车轻量化设计，已经成为了当前新车的重要标签。
汽车轻量化就是尽可能降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性和减少燃料消耗。据相关数据表明，汽车整车质量每降低100公斤，百公里油耗可降低0.3-0.6升；而若汽车整车重量降低10%，燃油效率就可以提高6%-8%。
在2017年发布的《节能与新能源汽车技术路线图》中也提到，汽车轻量化技术主要分为三个阶段，具体如下：
总体来看，目前汽车轻量化的主要实现方式有：一是，结构及制造工艺的优化，对车体的主要承力部件进行加强、非主要承力不见进行合理弱化，从而降低耗材用量；二是车身及零部件运用轻量化新型材料，例如铝合金、镁合金、碳纤维等符合材料的运用。
以下，高工电动车网将重点介绍目前主流的轻量化材料及其应用情况：
一、主流的轻量化材料
据相关统计，近几年生产的一辆普通轿车，其主要材料的重量构成比大致为：钢铁65%-70%、有色金属10%-15%、非金属材料20%左右。但是，随着各类轻量化材料的应用，传统汽车材料占比将发生改变。
具体来看，目前汽车轻量化主要运用铝合金、镁合金、碳纤维复合材料、工程塑料等密度较小的材料。其中，在所有汽车轻量化材料中，碳纤维复合材料被认为最轻质的材料，减重效果远优于高强度钢、铝合金等。
需要特别提及的是，由于大部分轻量化新材料的成本普遍偏高，目前采用铝合金、碳纤维等新材料作为车身主结构的车型售价基本在40万元以上，但铸铝件则较早就在发动机壳体、悬架摆臂、副车架等底盘和动力系统部件上使用，因所占车型开发成本比例较小，搭载车型级别不一。
另外，不同的轻量化材料还要采用相应的先进成型工艺来完成，目前比较先进的制造工艺主要有液压成型技术、TRB技术、热冲压成形技术等。
1、 高强度钢板材料
高强度钢铁材料由于其高强度、成本低的特点，相对于高分子材料和镁、铝合金材料而言，是车身材料最广泛的应用材料。同时，高强度钢的应用还对车体的弯曲刚性和扭转刚性有显着提升作用。
开发进展：国外钢铁企业已经先后开展了UL SAB等项目计划，开发了新一代应用于汽车的高强度钢材料，明显提高了钢铁材料的弯曲和扭转刚度。目前，业内已经开发了屈服强度大于210Mpa的高强度钢和屈服强度大于550Mpa的超高强度钢。
技术难点：高强度钢材存在焊接性能较差，制造工作存在一定难度。
应用情况：高强度钢材一直是汽车的主要材料，有专家指出，在2025年前钢材在汽车中的应用比例仍然会达到50%以上。
2、铝合金
铝合金是目前采用最多的轻金属材料。根据相关机构测算，铝合金在汽车中的使用空间最高可达540kg，可使汽车减重40%。
技术门槛：由于铝合金材料具有较强的导热性、抗腐蚀性等，所以需要采用一些技术对其性能进行改造，以提高铝合金材料的强度。
适用性：铝合金是仅次于钢材的汽车重要材料，广泛应用于结构件、冲压件、车厢、车身等。
例如，福特F150采用铝合金车身，车身重量减轻了40%以上，整备质量降低了300kg；而奇瑞小蚂蚁是国内首款全铝轻量化的微型电动车，在轻量化的基础上保证了安全性，整车质量仅855kg。
3、镁合金
镁合金是常用金属结构材料最轻的一种，其密度约为铝的2/3，钢的1/4，同时具备比强度高、比弹性模量大、加工性好、减振型佳等优点，可在铝合金车辆的基础上减轻15%-20%。不过，由于成本、技术等方面原因，目前镁合金在汽车上的用量还不大。
未来前景：相关数据显示，我国汽车平均用镁量约为3kg，北美的汽车平均用镁量也不到10 kg。但是根据美国汽车材料协会预计，随着镁合金技术的成熟和轻量化需求增加，到2020年，北美生产的汽车镁合金用量将达到160kg。
适应范围：目前在汽车轮毂、进气歧管、离合器、传动外壳、齿轮箱等方面应用较多。
4、碳纤维
相对来说，碳纤维作为轻量化、安全性、可靠性等优异性能的轻量化材料，其前景被业界广泛看好。据了解，碳纤维不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软性，其比重不到钢的四分之一，抗拉强度一般在3500MPa以上，是钢的7-9倍，抗拉弹性模量为2300-43000MPa也高于钢。
应用难点：成本高，技术难度大。据了解，同样是1公斤材料，钢材需0.8-1美金，铝材需2.4-2.6美金，而碳纤维则高达20-30美金，几乎是钢材的20倍。
为了降低碳纤维的成本，目前业内采用了改性沥青、木质素制备、聚烯烃制备、高强PANCF原丝、节能加工能源等方面技术来降低碳纤维生产成本，但大规模应用还有很长的路要走。
碳纤维供应商：目前国际知名的碳纤维供应商有SGL（与宝马成立了碳纤维合资公司）、Toray（与奔驰成立碳纤维合资公司，并与丰田合作）、东丽（与戴姆勒、本田有合作）等等。
碳纤维复合材料在汽车的应用案例
5、钛合金
钛合金是一种新型结构及功能材料，具有优异的综合性能，主要优点是密度小、比强度高，而且在地球中资源存储量仅次于铝、铁、镁，居第四位。
适用范围：钛合金主要应用于汽车连杆、发动机气门、钛合金弹簧类等汽车零部件。去年上海车展上，来自意大利的设计公司Icona发布了Vulcano Titanium车型，新车整体车身由钛打造，是全球首台钛合金超跑。新车售价为6680万元。
开发进展：由于钛合金加工条件复杂，且材料成本较高，目前在车身上门的应用较为缓慢。为此，世界各国也在积极寻找新方法，选用较廉价的合金元素，采用热加工和冷加工工艺，降低钛合金的生产成本，达到汽车行业可接受的水平。
6、聚碳酸酯（PC）
聚碳酸酯（PC）具有透明、良好的抗冲击、抗热畸变的性能，而且耐候性好、硬度高，可应用于各类汽车零部件。
另外，聚碳酸酯以其特殊的特点制造出特别清晰的汽车车窗，可用于侧窗和后窗、全景顶篷、乃至整个后舱口。2017年，科思创在去年德国k展上发布了一辆名为“K2016”的电动概念车，车身部分外壳和腰线以上的车窗、车顶全部由聚碳酸酯材料制造。
而从应用范围来看，欧美地区PC聚碳酸酯产品发展起步较早、技术较为成熟，目前在汽车上的应用已超过15%，而亚太地区PC聚碳酸酯产品应用较少，不足10%，其中中国应用不达5%。
PC聚碳酸酯在汽车领域的应用形式：PC/ABS塑料合金、TPU/PC塑料合金、PC/PMMA塑料合金、PC长纤维复合材料等等。
7、玻璃纤维
增强塑料玻璃纤维增强塑料是指用玻璃纤维做增强体，不饱和聚酯树脂为基体的复合材料。
据了解，玻璃纤维增强尼龙是在尼龙树脂中加入一定量的玻璃纤维进行增强，从而得到的一种塑料。而宝马的i8跑车便采用了玻璃纤维增强尼龙为原材料，降低了两个涡轮增压发动机的噪音，带来了更加愉快的驾驶体验，同时材料的轻质和高强度特性还利于减少燃料消耗和CO2 排放。
二、部分车企的布局情况
1、宝马
宝马汽车是在碳纤维领域走在前列的厂商，不仅投入1亿美元建设了碳纤维工厂（首个汽车制造商建设碳纤维工厂），还收购了全球知名的碳纤维生产商德国西格里（SGL）16%的股份，并与SGL成立了碳纤维合资公司。
2、通用汽车
据了解，通用正竭力将轻量化材料与创新制造工艺相结合，并将其应用到旗下新款乘用车及卡车中。其中，铝合金是通用首选的轻量化材料，并为此开发了高强度钢与轻量化合金的搭配使用。此外，通用还在车辆的制造过程中使用了镁，并致力于打造碳纤维车轮项目。
3、北汽集团
北汽集团作为国内非常重视轻量化技术的车企之一，北汽集团先后建立了国家级汽车轻量化重点试验室、汽车轻量化技术创新战略联盟，并在碳纤维材料、铝材料、高强钢轻量化以及结构轻量化领域不断取得进展。
其中，针对镁合金方面，北汽集团从2011年开始，就相继联合山西联合镁业、宝钢、华盛荣、鼎鑫镁业、云海金属等诸多企业达成合作协议。
2017年12月，北汽新能源还与世界的轻量化技术团队合资共建北汽新能源德累斯顿轻量化技术中心。
4、东风汽车
今年年初，东风汽车公司通用铸锻厂、湖北汽车工业学院、沈阳铸造研究所、广东峰华卓立科技有限公司4家单位签署合作协议，四方将利用自身优势，共建汽车轻量化铝合金低压铸造研究中心，共同在汽车用铸造铝合金材料、铝合金铸件轻量化设计、铝合金铸造技术的开发与应用等方面开展全方位合作。
5、吉利汽车
近年来，吉利汽车重点开展了汽车轻量化专项研究，从运用轻质新材料、新工艺和实施结构轻量化等着手，已经把一些轻量化技术运用到新车开发中，包括高强度钢板、激光拼焊技术等，以及镁铝合金、铝合金等材料的运用。
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