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摘要：综述了汽车轻量化与节能减排的关系以及轻量化实现的集中途径，强调了轻量化是未来汽车制造的发展方向，提出的方法为汽车轻量化的发展与开发提供一定的参考
关键词： 汽车 轻量化 节能 减排
中图分类号：U461.6
随着世界能源危机的到来，节能日趋成为人们讨论的话题，汽车作为当代世界文明的产物，在节能方面更应该走在研究的前列，向着节能、环保的时代要求发展。在汽车开发方面使得汽车节能的主要概括起来有两条（1）改进汽车动力系统（2）对汽车轻量化车身的开发。轻量化车身的改进与研究相对于已经达到相当高水平的汽车动力系统无论在开发新材料还是在心技术的改进上都有相当大潜力，因而被人们所越来越多的所重视。
1汽车轻量化与降低燃油消耗
汽车行驶时，汽车功率平衡方程式为
------------（1）
式中，m为汽车质量； 为汽车速度； f为滚动阻力系数； 为旋转质量换算系数； 为空气阻力系数； 为坡度； 为传动效率；A为迎风面积；g重力加速度。
汽车行驶时，汽车运动阻力所消耗的功率主要有滚动阻力功率、爬坡阻力功率和加速阻力功率。将公式（1）化简可得：
-----------（2）
从式（2）中可以很明显的看出，空气阻力与车身形状有关，并与车身迎风面积成正比与速度的三次方成正比，却与整车的总质量无关。然而滚动阻力、爬坡阻力和加速阻力都与汽车质量呈正比关系，通过公式的理论分析，若想减轻以上三种阻力，通过减轻汽车总质量是一简单有效的办法，从而使得能量消耗在理论上得到了有效的降低。
表1是德国害得堡责任有限公司能源与环境研究所（简称IFEU）于2011年发表的汽车减重与燃油经济性数据。
表2 IFEU汽车减重与燃油经济性数据
車辆类型 重量/t 平均油耗 减重100kg节油 全寿命周期里程1000km 减重100kg全寿命节油/L
轿车 小型轿车长途为主 1 6 0.36 200 720
小型轿车市区为主 1 8.5 0.55 150 829
中型轿车长途为主 1.6 9 0.28 300 844
中型轿车出租 1.6 11 0.52 500 2578
豪华轿车长途为主 2 12 0.30 100 300
客车 城市客车停车少 15 40.5 0.15 1000 1485
城市客车停车多 15 45 0.26 1000 2550
长途客车高速 18 30 0.04 1200 500
长途客车中速 18 35 0.10 1200 1167
货车 货车中速 40 35 0.1 1200 1167
货车高速 27 59 0.111 1200 1333
货车中速 27 35 0.084 1200 1011
轻型货车平均使用 3.5 40 0.089 1200 1067
轻型货车市区商用 3.5 12 0.171 375 643
从表1中可以明显看出尽管发动机的类型和车辆的应用领域会对燃油消耗产生一定的影响，但是可以看出总的趋势是随着汽车自重的减轻，汽车的燃油经济性会得到有效的提高，轿车质量每减少10%，就会有约6%～8%的燃油消耗的降低。汽车自重的减轻会使得油耗降低从而降低汽车的排污量，成为节能环保的有效措施之一。
图1 乘用车车重与 排放的关系
从图1中看以看出总体趋势为随着车辆质量的减轻，二氧化碳的排放量成减少趋势。当汽车从2500kg降到750kg时，相应的二氧化碳排放量从约400g/km下降到100g/km，可以明显的感受到汽车轻量化在减少二氧化碳方面的显著作用。
2 降低汽车重量的措施
2.1轻量化车身
主要途径就是在结构上采用更趋于合理化的中空型结构，实现空心受力，承受载荷的效果，即对于承受以弯曲或扭曲载荷为主的部件，采用空心结构，比如说车架、发动机的凸轮轴等，同时使结构布局进一步优化，从而可以达到既充分利用材料的强度和刚度又减轻质量节约材料的目的。比如在优化汽车结构方面可以应用计算机软件比如CAD 等使得汽车车身部件薄壁化、中空化，减轻了车身质量和钢板厚度，从而在汽车轻量化的前提下实现汽车的小型化以及复合化。在确保整车的性能下，采用CAE技术计算汽车强度和刚度，并结合工业设计制作比例模型并进行风洞实验结合数字模拟技术优化整车外形以便获得良好的覆盖件外形。
2.2轻选用量化材料
汽车轻量化绝非是简单的将其小型化而已，首相应该保持与其原有的性能不受影响，轻量化材料首先应满足（1）密度小、强度高的轻质材料，像铝镁合轻金塑料聚合物材料、陶瓷材料等；（2）使用同密度、同弹性模量而且工艺性能好的截面厚度较薄的高强度钢；（3）使用基于新材料加工技术的轻量化结构用材，如连续挤压变截面型材、金属基复合材料板等。
2.2采用汽车轻量化的制作工艺
轻量化制造技术目前主要由；非金属材料和轻型材料的成型技术、高强度钢的制造技术。
（1）非金属材料成型技术有：气谱成型技术、快速成型技术和塑胶成型技术等；
（2）轻型材料的成型技术有：低压铸造和重力铸造技术、近净成型技术、挤压成型技术和半固态成型技术等，日常所说的金属基复合材料板、激光焊接板材、连续挤压变截面型材等均属于挤压成型技术。
（3）高强度钢的制造技术：如激光拼焊技术、热成型技术和液压成型技术等。
在汽车的轻量化过程中比如为了使连杆轻量化，使用高强度型非调质钢，并在锻造成型后利用硬化法，在表面施加压缩应力，在轻量化的基础上提高其疲劳强度。研究表明，降低被加工材料的含碳量并向钢中加入V而使之成为非调质钢，较之原来的连杆在质量上减轻约20%左右。
结论
从以上分析可以看出，轻量化是节能减排的利器，其可以有效的降低汽车的燃油消耗率，为在当今能源紧缺的时代提供了节能的一个较为理想且较易实现的发展方向；同时，汽车的轻量化减少了向大气排出二氧化碳和有害气体颗粒的程度，在很大的程度上减轻了汽车队环境造成的压力，轻量化措施的合理选择定会使得汽车在轻量化发展道路上越来越好，促进节能减排的顺利实行。
参考文献
[1] 肖军. 现代轿车全铝车身的研究进展[J].上海有色金属，2006，27（1）.
[2] 李秀芬，黄妙华.轻型材料在电动汽车上的应用与发展[J]，汽车工艺与材料，2006（7）
[3] 余志生.汽车理论[M]，机械工业出版社，2007
关键词： 汽车 轻量化 节能 减排
中图分类号：U461.6
随着世界能源危机的到来，节能日趋成为人们讨论的话题，汽车作为当代世界文明的产物，在节能方面更应该走在研究的前列，向着节能、环保的时代要求发展。在汽车开发方面使得汽车节能的主要概括起来有两条（1）改进汽车动力系统（2）对汽车轻量化车身的开发。轻量化车身的改进与研究相对于已经达到相当高水平的汽车动力系统无论在开发新材料还是在心技术的改进上都有相当大潜力，因而被人们所越来越多的所重视。
1汽车轻量化与降低燃油消耗
汽车行驶时，汽车功率平衡方程式为
------------（1）
式中，m为汽车质量； 为汽车速度； f为滚动阻力系数； 为旋转质量换算系数； 为空气阻力系数； 为坡度； 为传动效率；A为迎风面积；g重力加速度。
汽车行驶时，汽车运动阻力所消耗的功率主要有滚动阻力功率、爬坡阻力功率和加速阻力功率。将公式（1）化简可得：
-----------（2）
从式（2）中可以很明显的看出，空气阻力与车身形状有关，并与车身迎风面积成正比与速度的三次方成正比，却与整车的总质量无关。然而滚动阻力、爬坡阻力和加速阻力都与汽车质量呈正比关系，通过公式的理论分析，若想减轻以上三种阻力，通过减轻汽车总质量是一简单有效的办法，从而使得能量消耗在理论上得到了有效的降低。
表1是德国害得堡责任有限公司能源与环境研究所（简称IFEU）于2011年发表的汽车减重与燃油经济性数据。
表2 IFEU汽车减重与燃油经济性数据
車辆类型 重量/t 平均油耗 减重100kg节油 全寿命周期里程1000km 减重100kg全寿命节油/L
轿车 小型轿车长途为主 1 6 0.36 200 720
小型轿车市区为主 1 8.5 0.55 150 829
中型轿车长途为主 1.6 9 0.28 300 844
中型轿车出租 1.6 11 0.52 500 2578
豪华轿车长途为主 2 12 0.30 100 300
客车 城市客车停车少 15 40.5 0.15 1000 1485
城市客车停车多 15 45 0.26 1000 2550
长途客车高速 18 30 0.04 1200 500
长途客车中速 18 35 0.10 1200 1167
货车 货车中速 40 35 0.1 1200 1167
货车高速 27 59 0.111 1200 1333
货车中速 27 35 0.084 1200 1011
轻型货车平均使用 3.5 40 0.089 1200 1067
轻型货车市区商用 3.5 12 0.171 375 643
从表1中可以明显看出尽管发动机的类型和车辆的应用领域会对燃油消耗产生一定的影响，但是可以看出总的趋势是随着汽车自重的减轻，汽车的燃油经济性会得到有效的提高，轿车质量每减少10%，就会有约6%～8%的燃油消耗的降低。汽车自重的减轻会使得油耗降低从而降低汽车的排污量，成为节能环保的有效措施之一。
图1 乘用车车重与 排放的关系
从图1中看以看出总体趋势为随着车辆质量的减轻，二氧化碳的排放量成减少趋势。当汽车从2500kg降到750kg时，相应的二氧化碳排放量从约400g/km下降到100g/km，可以明显的感受到汽车轻量化在减少二氧化碳方面的显著作用。
2 降低汽车重量的措施
2.1轻量化车身
主要途径就是在结构上采用更趋于合理化的中空型结构，实现空心受力，承受载荷的效果，即对于承受以弯曲或扭曲载荷为主的部件，采用空心结构，比如说车架、发动机的凸轮轴等，同时使结构布局进一步优化，从而可以达到既充分利用材料的强度和刚度又减轻质量节约材料的目的。比如在优化汽车结构方面可以应用计算机软件比如CAD 等使得汽车车身部件薄壁化、中空化，减轻了车身质量和钢板厚度，从而在汽车轻量化的前提下实现汽车的小型化以及复合化。在确保整车的性能下，采用CAE技术计算汽车强度和刚度，并结合工业设计制作比例模型并进行风洞实验结合数字模拟技术优化整车外形以便获得良好的覆盖件外形。
2.2轻选用量化材料
汽车轻量化绝非是简单的将其小型化而已，首相应该保持与其原有的性能不受影响，轻量化材料首先应满足（1）密度小、强度高的轻质材料，像铝镁合轻金塑料聚合物材料、陶瓷材料等；（2）使用同密度、同弹性模量而且工艺性能好的截面厚度较薄的高强度钢；（3）使用基于新材料加工技术的轻量化结构用材，如连续挤压变截面型材、金属基复合材料板等。
2.2采用汽车轻量化的制作工艺
轻量化制造技术目前主要由；非金属材料和轻型材料的成型技术、高强度钢的制造技术。
（1）非金属材料成型技术有：气谱成型技术、快速成型技术和塑胶成型技术等；
（2）轻型材料的成型技术有：低压铸造和重力铸造技术、近净成型技术、挤压成型技术和半固态成型技术等，日常所说的金属基复合材料板、激光焊接板材、连续挤压变截面型材等均属于挤压成型技术。
（3）高强度钢的制造技术：如激光拼焊技术、热成型技术和液压成型技术等。
在汽车的轻量化过程中比如为了使连杆轻量化，使用高强度型非调质钢，并在锻造成型后利用硬化法，在表面施加压缩应力，在轻量化的基础上提高其疲劳强度。研究表明，降低被加工材料的含碳量并向钢中加入V而使之成为非调质钢，较之原来的连杆在质量上减轻约20%左右。
结论
从以上分析可以看出，轻量化是节能减排的利器，其可以有效的降低汽车的燃油消耗率，为在当今能源紧缺的时代提供了节能的一个较为理想且较易实现的发展方向；同时，汽车的轻量化减少了向大气排出二氧化碳和有害气体颗粒的程度，在很大的程度上减轻了汽车队环境造成的压力，轻量化措施的合理选择定会使得汽车在轻量化发展道路上越来越好，促进节能减排的顺利实行。
参考文献
[1] 肖军. 现代轿车全铝车身的研究进展[J].上海有色金属，2006，27（1）.
[2] 李秀芬，黄妙华.轻型材料在电动汽车上的应用与发展[J]，汽车工艺与材料，2006（7）
[3] 余志生.汽车理论[M]，机械工业出版社，2007