摘要
最近几年，我国的环保政策越来严格，使得汽车工业面临着极其严峻的挑战，传统汽车具有油耗高、环境污染严重、资源使用率低等诸多缺点，已经不适应当下的社会发展需求，因此很多汽车厂商逐渐走上了汽车车身轻量化设计的步伐。但是就目前来看，我国汽车厂商的汽车车身轻量化设计结果不容乐观，尚未取得良好的轻量化设计成果。因此对汽车车身轻量化设计的概念、重要性进行简单地阐述说明，从材料、结构、生产工艺等三个角度出发，制定一套切实可行的汽车车身轻量化设计方案，具有重要的理论意义和实践价值。
关键词：多材料；汽车车身；轻量化设计
一、汽车轻量化设计的概念及意义
汽车轻量化指的是在保证汽车强度、安全性的基础上，尽可能降低汽车的总质量，从而提升汽车燃油效率、降低污染物排放量。汽车轻量化设计的途径主要包括车身材料轻量化、车身结构轻量化等两种形式，一般情况下，全钢结构的车身通过轻量化设计之后能够节约7%的质
量，使用铝合金材料能够为汽车带来30%-50%的轻量化效果，采用碳纤维材料能够达到50%以上的轻量化效果。轻量化材料的应用能够有效降低汽车的重量，但是轻量化的材料通常比较贵，尤其是碳纤维材料，其价格达到了30万元/吨，与普通低碳钢材料相比高出许多。由此可以看出，材料价格是制约汽车轻量化设计的重要因素，汽车厂商应该适当引入轻量化材料，不断优化汽车车身结构，创新使用新型汽车生产工艺，从而达到更好的轻量化设计效果。
汽车轻量化设计是全世界范围内汽车设计生产的重要方向，与环保、安全相比有着同等重要的地位。如今全球范围内的能源短缺问题越来越严峻，人类赖以生存的自然环境逐渐恶化，因此人们必须增强环保意识，推动汽车产业的绿环保、可持续发展。据有关资料显示，汽车车身轻量化设计的效果越好，燃油效率越高。如果汽车整车质量降低10%，燃油效率可提升6%-8%；若汽车滚动阻力降低10%，燃油效率可提升3%；若车桥、变速器等机构的传动效率提升10%，那么燃油效率可提升7%；汽车车身每减少100千克，二氧化碳的排放量可减少5g/Km。由此可见，多材料汽车车身的轻量化设计是缓解能源短缺危机、抑制环境污染问题的重要举措。
二、汽车车身轻量化设计的方法
截止到目前为止，汽车车身轻量化设计的方法主要有三种，即材料轻量化、结构轻量化、生产工艺轻量化，具体内容如下所示：
（一）材料轻量化
材料轻量化是汽车车身轻量化最为主要的方式，目前使用的轻量化材料有高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维材料。其中高强度钢具有技术成熟、材料来源广、造价低廉的的优点，能够直接利用现有的冲压、焊接、涂装和总生产线，能够节省10%的汽车重量；铝合金具有锻造技术成熟、机械性能好的优点，能够节省30%的汽车重量；碳纤维材料具有强度高、减重效果好的优点，能够达到50%的汽车重量，但是碳纤维材料也有一定的缺点，即材料价格昂贵，每吨价格约为20-30万元，目前只应用在比较高端的汽车上，例如布加迪威龙、法拉利、奔驰、宝马等豪华品牌车型。
由于汽车车身不同部位对材料强度、刚度的要求有所不同，人们可以根据实际需求来合理配置轻量化材料，在保证汽车车身强度不减的情况下，减轻汽车的整体质量。例如汽车车身A柱、B柱对承载能力、强度硬度提出了很高的要求，因此可以在这些地方配备高强度钢材料；汽车的防撞梁需要承受较大的撞击力，而传统的低碳钢不仅质量大，而且强度较低，
与汽车车身的轻量化设计理念背道而驰，因此很多车型都选择铝合金材料作为防撞梁。如今很多汽车厂商都在进行汽车车身轻量化设计工作，铝合金材料凭借低廉的成本、优异的性能成为汽车车身轻量化设计的重要材料。
（二）结构轻量化
汽车结构轻量化设计是利用综合优化的方法，来降低汽车车身的重量，如今很多汽车厂商综合使用数据模型、有限元分析等方法来优化汽车车身结构，尽可能减少汽车车身上的材料，以此达到汽车轻量化设计的目的。例如日本丰田、本田等知名汽车厂商采用超薄汽车钣金、简化车门结构、使用泡沫防撞材料、降低地车底盘厚度等方法来降低汽车重量，在保证汽车安全性的前提下，将汽车燃油效率降到极致。在汽车车身结构轻量化设计过程中，汽车厂商一般会使用CAD建模工具，对汽车车身的结构布局进行优化设计，并在仿真软件上进行碰撞测试，从整车角度出发去分析汽车车身结构，进一步简化汽车零部件结构，剔除不必要的配置，保证汽车的各项性能符合需求。再例如奥迪R8的ASF车身结构，将铝合金材料挤压成型材，加工成各种形状的配件，按照骨架+蒙皮的方法组合在一起，形成一体式的铝制蒙皮结构，不仅能够勾勒出优美的汽车线条，还能减轻40%的车身重量。
汽车碳纤维
在汽车结构轻量化设计过程中，汽车厂商通常会使用三维模型、CAE技术对汽车结构、配件形状、板材厚度进行计算分析，试图通过降低零部件的厚度、减少汽车材料的数量来达到轻量化设计的目的。例如吉利汽车中FE车型散热器上的横梁总成本来是独立的，集成了二道开启机构，还有独立的散热器格栅支架，通过轻量化设计之后，格栅支架与散热器横梁总成结合在一起，剔除了格栅支架，不仅能够保证车辆的安全性不发生改变，还减轻了2.2千克的重量。
（三）生产工艺优化
在汽车车身轻量化设计过程中，不仅使用了新材料，也创新设计了新结构，传统的生产工艺显然已经满足不了汽车车身轻量化设计的需求，必须使用新的生产工艺。在实际操作过程中，传统的生产工艺会导致汽车结构回弹力大，影响汽车的外观和性能，必须使用差厚板工艺、热冲压成型工艺等等，其中差厚板工艺能够优化汽车车身的受力结构，减少汽车材料的使用量，使用更少的材料达到更好的效果。在汽车车身装配过程中，当下使用最为广泛的当属激光焊接，激光焊接能够有效避免人为焊接的缺点，在减少焊接数量的同时，还能提高焊接强度，此外激光焊接还能焊接多种材料，简化焊接结构和焊接流程，对于汽车车身轻量化设计来说有着不可忽视的积极影响。
总结
汽车轻量化设计是推动汽车产业结构升级，实现可持续发展的重要举措。因此各大汽车厂商必须意识到汽车轻量化设计的重要性，积极响应国家的绿环保号召，加大轻量化材料的使用比例，不断优化汽车车身结构，创新设计新的汽车生产工艺，在保证汽车安全性的基础上，尽可能降低汽车的重量，从而提升汽车的燃油效率，减少污染物的排放量，为环境保护作出更大的贡献。
参考文献
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