汽車輕量化技術路徑

【汽車輕量化在線】汽車輕量化技術的實施首先是設定工程目標，包括汽車的最小質量、汽車的軸荷分布、動態和靜態剛度、聲學特性和舒適性、被動安全性和滿足法規目標、使用壽命和壽命周期等。實現汽車輕量化主要包括設計、材料與制造工藝技術三個方面。

圖 1汽車輕量化技術路徑示意圖

（1）結構優化設計

結構優化設計是汽車輕量化的重要途徑之一，是輕量化汽車產品開發的基礎和前提。從汽車零部件概念設計、初始結構設計、產品工程設計和樣車制造過程來分析結構輕量化的設計，可以抽象出結構設計和分析的基本理論和方法，研究這些理論和方法并加以恰當的綜合，是實現結構輕量化的重要途徑。輕量化結構設計涉及整車各系統的布置，各系統零件的分布與裝配關系，零部件的模塊化，零件或系統性能優化等方面。

對連續體結構優化按照設計變量的類型和求解問題的難易程度可分為尺寸優化（尺寸變量）、形狀優化（形狀變量）和拓撲優化（拓撲變量）三個層次。分別對應于三個不同的產品設計階段，即概念設計、基本設計及詳細設計三個階段。

整車布置對輕量化也有很大影響，比如在滿足車內空間的條件下應盡可能縮小外形尺寸，重量自然會降低。汽車的線束或管路的布置，發動機的前置或后置，懸架的結構形式等等都會影響到汽車的重量。

此外，對白車身等系統模塊，還可以通過參數優化或多目標優化來實現輕量化。在概念設計階段，采用拓撲驅動的方法快速方便實現幾何模型建立和修改。能同時對多種設計方案進行快速結構拓撲布局與優化評估，通過對結構形狀、拓撲、材料、厚度等方面的優化來實現整車輕量化的目的。采用少數變量控制大量參數變化的技術，使得多參數優化后臺自動運行變為現實。使得在概念設計階段能夠快速提供最佳設計方案和可行性分析，節省研發時間和成本。

（2）輕量化新材料

輕量化材料是指可用來降低零部件重量的材料，它有兩大類：一類是低密度的輕質材料，如鋁合金、鎂合金、鈦合金、塑料、多孔發泡和塑料復合材料等；另一類是高強度材料，如高強度鋼板、熱沖壓成形鋼和高強度鑄鐵等等。

（3）輕量化成型制造工藝

輕量化成型制造工藝（簡稱輕量化工藝）是指為了滿足高強度材料的應用以及實現零件集成化設計需要所采用的技術。目前應用較為廣泛的有激光拼焊板、熱沖壓成形、柔性軋制板、滾壓成型、微發泡成型、半固態成型、液壓成型和輕量化材料的連接技術等等。輕量化工藝主要是配合輕量化設計與材料的應用，共同構成輕量化的三個技術途徑。