現(xiàn)在是新能源汽車時代，電動、電池、電控以及智能座艙是汽車廠家宣傳的重點，更快、更遠(yuǎn)、更好的比拼已經(jīng)嚴(yán)重同質(zhì)化，但說到車身輕量化這個話題，顯然這個自燃油車就存在的話題依然頗有技術(shù)含量。那么什么是輕量化？汽車又如何減重呢？
什么是汽車輕量化？
2000年前后，汽車尚未入千家萬戶，許多人以為車輛越重越安全，用料越扎實，但并非如此。汽車整備質(zhì)量過大，導(dǎo)致更難以操控，能耗更高、加速更慢。輕量化設(shè)計反而有助于提升車輛的主動安全性能。由于質(zhì)量減輕，在相同速度下減速時，制動系統(tǒng)消耗的能量降低，制動距離縮短，從而提高了行車安全性。
“輕量化”是在保證汽車強度、剛度、耐撞、NVH等性能不變的前提下，把整備質(zhì)量降下去，它遠(yuǎn)非“把車做輕”那么簡單，而是一種在重量、性能、成本、工藝之間反復(fù)權(quán)衡的系統(tǒng)工程。
輕量化做得好不好，可以看輕量化系數(shù)。白車身輕量化系數(shù)（L）是評價汽車輕量化水平的關(guān)鍵指標(biāo)，由寶馬公司提出，屬于行業(yè)公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。計算公式為：L=M/(Ct×A)。其中M代表白車身骨架質(zhì)量，Ct為車身靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度，A是由軸距和輪距決定的白車身投影面積。系數(shù)越小，表示輕量化水平越高。根據(jù)行業(yè)平均水平，對于白車身骨架輕量化系數(shù)可以大致劃分為：L>3.5一般，2.5<L<3.5較好，L<2.5優(yōu)秀。
此外，我國還有一個整車輕量化系數(shù)。這是由《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖3.0》所提出的指標(biāo)，納入動力、能耗等因素。計算公式為：L=(m×P×Q)/(V×A)。其中P代表動力水平，Q為能耗等級，V為整車空間屬性，體現(xiàn)輕量化與性能的平衡。
為什么要輕量化？
輕量化好處很多，除了提升操穩(wěn)表現(xiàn)外，還可以在能耗、加速、制動等方面實現(xiàn)多贏。舉例來說，燃油車整備質(zhì)量每降100kg，WLTC油耗可降0.3–0.6L/100km；電動車每減重10%，CLTC續(xù)航可增6%–9%，同時等速工況下電池成本可省15%–20%。輕量化還被寫進《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》，根據(jù)路線圖規(guī)劃，2035年純電動乘用車輕量化系數(shù)要比2020年下降35%。
如何實現(xiàn)輕量化？
輕量化大致可以分為三條技術(shù)路線，分別是先進材料、先進設(shè)計、先進制造，三者相輔相成，彼此也能相互獨立。
先進材料
材料輕量化是汽車“減重瘦身”的首要途徑。當(dāng)前在汽車上廣泛運用了多種輕質(zhì)材料替代傳統(tǒng)鋼材。
鋁合金是應(yīng)用最廣泛且最成熟的輕量化材料，鋁合金密度約2.7g/cm3，僅為鋼的三分之一，具有良好的抗沖擊性和耐腐蝕性。主要運用在懸架、副車架、防撞梁、車門蒙皮、發(fā)動機艙蓋、后備廂蓋、輪圈等部位。
鎂合金比鋁合金更輕，密度僅為1.74g/cm3，密度比鋁低約30%，主要運用在汽車內(nèi)飾件、座椅骨架、方向盤骨架等部件上。
鈦合金密度約4.5g/cm3，雖然在密度上高于鋁和鎂，但擁有所有金屬材料中最高的比強度，兼具卓越的耐高溫性能和耐腐蝕性。鈦合金的主要問題在于制造成本高昂。鈦的金屬活性高，必須在真空或惰性氣氛下熔煉，焊接過程中也需要高純度保護氣體，加工對模具和設(shè)備要求高，刀具易磨損。
碳纖維復(fù)合材料是輕量化材料中的“王者”，強度是鋼的7-9倍，重量卻比鋁合金更輕。但碳纖維復(fù)合材料造價昂貴，目前僅在極少量的車型上才有配備，可以運用在車身、覆蓋件、輪圈、內(nèi)飾裝飾等部位。
先進設(shè)計
先進設(shè)計指的是通過反復(fù)測試后優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)使其達(dá)到減重的目的。結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法根據(jù)設(shè)計變量不同，可以分為尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化。
尺寸優(yōu)化的優(yōu)化變量是結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)，如厚度、截面面積等，優(yōu)化過程中結(jié)構(gòu)的幾何拓?fù)浜托螤畈蛔儯?/p>
形狀優(yōu)化的優(yōu)化變量是結(jié)構(gòu)的邊界形狀，如孔洞形狀、輪廓曲線等，優(yōu)化過程中結(jié)構(gòu)的幾何拓?fù)洳蛔儯?/p>
拓?fù)鋬?yōu)化的優(yōu)化變量是設(shè)計空間內(nèi)的單元偽密度，通過優(yōu)化獲得最優(yōu)的材料分布，拓?fù)鋬?yōu)化會改變結(jié)構(gòu)幾何的拓?fù)洹?/p>
優(yōu)化設(shè)計通過CAE仿真和拓?fù)鋬?yōu)化，減少冗余設(shè)計和參數(shù)優(yōu)化，結(jié)合數(shù)值仿真技術(shù)對結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)及性能進行精確、定量描述，確保材料在空間內(nèi)以最優(yōu)策略進行分布。從而在保證承載能力的前提下，達(dá)成極致的減重目標(biāo)，將材料性能發(fā)揮到極限，實現(xiàn)輕量化與安全性的平衡。
例如新能源汽車強調(diào)零部件集成，高度集成HMI主機，減少零件數(shù)量，降低布線重量。代表之一還有電池與底盤一體化（CTC,CelltoChassis）。新能源汽車動力電池包結(jié)構(gòu)強度剛度高，將其直接連接車身作為結(jié)構(gòu)件使用，在滿足剛度和強度的前提下不僅減輕重量，還提升了車內(nèi)空間利用率。
先進制造
先進的制造工藝是汽車輕量化的實現(xiàn)保障，涉及新的材料成型方法和連接技術(shù)。
激光焊接技術(shù)可以大幅度減少零部件數(shù)量、提高車身質(zhì)量穩(wěn)定性。
液壓成型技術(shù)主要用于截面為圓形、矩形或不規(guī)則形狀空心零件的成形。
熱沖壓成型技術(shù)針對高強度鋼板開發(fā)，可以處理強度超過1200MPa的材料。
異種材料連接技術(shù)解決了多種輕質(zhì)材料間的連接挑戰(zhàn)。如通過膠接、鉚接等多種方式，實現(xiàn)了碳纖維、鋁合金、高強度鋼等多種異質(zhì)材料間的高效連接。
目前比較有名的就是一體化壓鑄技術(shù)。其通過大型壓鑄機將多個分散零件一次性成型，是車身減重的革命性突破。