一、汽车轻量化趋势
    汽车轻量化是未来汽车行业发展方向之一，特别是对于时下发展迅速的新能源汽车而言，重量的减轻直接意味着续航里程的增加。有研究显示，对纯电动汽车而言，整车重量降低 10kg，续驶里程可以增加 2.5km。
    在去年10月份的中国汽车工程学会年会上，国家强国战略咨询委员会、清华大学教授欧阳明高作为代表发布了备受关注的《节能与新能源汽车技术路线图》，包括轻量化技术在内的节能汽车、纯电动和混合动力汽车、燃料电池汽车、智能网联汽车和汽车制造、动力电池技术、汽车制造技术7大方向被写进该技术路线图。
    二、汽车轻量化方案
    汽车轻量化并不是简单地针对某个零件的单独减重，而是一个在汽车制造过程中集设计、制造、材料于一体的系统性工程。
    2.1材料
    轻量化材料的应用可能是普通消费者最容易理解的汽车轻量化技术。包括铝合金、镁合金、钛合金在内的轻合金，以及碳纤维复合材料、玻璃纤维增强塑料，还有改性塑料等。甚至高强度钢也可以划分到这类材料中，因为可以通过相对更小的使用量达到之前传统汽车钢件的设计强度。此外，在现有的轻量化汽车中，很多时候是通过同时使用多种轻量化材料，如同时使用碳纤维和铝合金，来实现轻量化。
    2.1.1高强度钢
    根据强化机理的不同，汽车用高强度钢又可分为普通高强度钢（Conventional HSS）和先进高强度钢（AHSS）,先进高强度钢是以相变强化机制为主的钢种，在满足高强度的要求时，其延塑性大大好于普通高强度钢，同时也具有较高的强塑积，在满足工艺性能的同时也具有更高的轻量化潜力。
    近几十年来，汽车用高强度钢发展迅速，世界钢协根据研发历史及其特点，将之分为三代。
    第一代以铁素体为基的AHSS钢的强塑积为15 GPa%以下。主要包括双相( DP)钢、多相( CP)钢和相变诱导塑性( TRIP)钢，铁素体贝氏体钢（FB/SF），马氏体钢（MS/PHS）等。
    第二代以奥氏体为基的AHSS钢的强塑积为50 GPa%以上，其合金含量高和生产工艺控制困难导致成本高，因此正研发第三代多相AHSS钢,通过多相、亚稳和多尺度的组织精细调控,其强塑积约为20 -40GPa%。包括奥氏体孪晶诱导塑性( TWIP) 钢、诱导塑性轻钢(L-IP) 和剪切带强化(SIP)钢。
    第三代AHSS钢以提高第一代AHSS钢强度、塑性和降低第二代AHSS合金含量、生产成本两方面进行研发。现有及已发中的AHSS钢种大致分布情况如下图。包括TBF钢（TRIP Aided Bainitic Ferrite steels），中锰钢（medium Mn-Trip），QP钢（Quenching-Partitioning Steel）等。
    高强度钢在抗碰撞性能、加工工艺和成本方面较铝、镁合金具有明显的优势，能够满足减轻汽车质量和提高碰撞安全性能的双重需要，从成本与性能角度来看，是目前满足车身轻量化、提高碰撞安全性的最佳材料。
    2.1.2铝合金
    铝合金是最成熟的轻合金材料，主要轻量化汽车的车轮、动力系和悬架系零部件。汽车车身用铝合金零件主要有铸造（铸铝）连接件、覆盖件（板材冲压）、挤压型材骨架结构件、液压成形板材覆盖件和管材结构件等。
    铝的密度只有钢铁的 1/3，导热性比铁高3倍。汽车铝车轮可减重30％左右，由于车身重量减轻，可使刹车效能增长5％，而且吸收冲击的能力是钢铁的2倍，从而在发生碰撞事故时避免对行人的二次伤害。
    事实上铝合金在货车和客车上也早已实现了部分应用。目前铝合金铸件、型材在汽车上的应用也较多，但最受关注的是板材。ABS薄板是汽车车身薄板（Auto Body Sheet）的英文缩写，可简称ABS，专用于冲制乘人轿车的钣金件，是当今生产技术门槛最高的且产量大的板、带材，厚度为0.8mm~1.8mm，宽度通常为800mm~2200mm。
    2.1.3镁合金
    镁的比重比铝合金的比重更小，仅为钢的 1/4 为 1.74g/cm3，其轻量化应用潜力巨大。
    到目前为止，国外汽车上共有60多个零部件采用镁合金，其中方向盘骨架、转向管柱支架、仪表盘骨架、座椅框架、气门室罩盖、变速箱壳、进气歧管等7个部件镁合金的使用率最高。
    与国外相比，我国镁合金在汽车上应用的历史相对较短，受到镁合金材料性能、成形、表面处理等相关技术的限制，镁合金在汽车上的用量还没有上去，应用技术在整体上仍然相对落后。我国探明的镁总储量占世界总产量的2/3，丰富的镁资源是我国进行汽车轻量化的一大优势。
    2.1.4改性塑料
    汽车行业已经成为改性塑料需求增速最快的领域。据市场咨询机构 Marketsand Markets 预计，2018 年全球车用塑料市值有望由2012年的 216.16亿美元增至461.12亿美元。
    改性塑料其实早已应用在汽车的内外饰上，近年来随着纤维增强塑料的应用，改性塑料的身影也越来越多的出现在汽车的结构件上。特别是玻璃纤维、碳纤维、竹纤维等复合材料技术的发展，使得基于改性塑料和复合材料的汽车轻量化整体解决方案成为可能。目前常见的改性塑料和复合材料主要有改性 PP、改性 PVC、改性 PE、纤维复合材料、金属基复合材料、热塑性树脂复合材料等。
    2.1.5碳纤维复合材料
    碳纤维复合材料可以说是汽车轻量化话题中的明星材料，其密度小，力学性能好等优点已经在航空航天以及军事领域得到了很好的验证。
    碳纤维复合材料在汽车行业中国最早是用于跑车或高级轿车等高端车型，近年来随着碳纤维复合材料成型技术的发展和成本的降低，在汽车轻量化上的应用越来越多。在2016年北京国际车展上，康得新就展出了一款纯碳纤维复合材料超级跑车Roadster，该车采用碳纤维混合结构底盘，由于大量采用塑料和碳纤维复合材料，整车重量只有920Kg。
    2.1.6其他纤维增强塑料
    纤维增强塑料是树脂和增强纤维复合而成的材料，汽车工业主要使用玻璃纤维和天然竹纤维增强热塑性塑料，它具有密度小、易成型、设计灵活美观、耐腐蚀、 耐冲击、抗振、隔热隔电、易于涂装、强度高、成本低的特点。 目前玻璃纤维增强不饱和聚酯片状模塑料（SMC）制造的前翼子板、发动机罩、尾板等在汽车车身上已普遍应用；以天然竹纤维（毡）为增强材料的 增强热塑性复合材料已在顶蓬、保险杠、地板、护板、发动机罩盖、脚踏板、后背门、刹车片等部件上得到初步运用。
    2.1.7热塑性弹性体
    热塑性弹性体(TPE)种类繁多，目前在汽车上正得到普遍应用。20世纪90年代，TPE在国外汽车上的用量增长很快，一些原来用三元乙丙橡胶(EPDM)制造的橡胶部件改用TPE制造。TPE具有与EPDM类似的性能和塑料的优良加工性能，可以重复回收利用，同时还解决了EPDM撕裂强度低的问题，而且密度小于EPDM,正适合于目前汽车工业提出的轻量化目标。TPV的密度约0.91～0.99g/cm3，EPDM密度一般为1.07～1.27g/cm3，常用的EPDM大密度均较大，约1.15～1.27g/cm3，制动系统的密封件等密度一般较小，约为1.07～1.20g/cm3。总体而言，TPV平均密度0.95g/cm3、EPDM平均密度1.15g/cm3。
    2.2汽车轻量化工艺
    2.2.1微发泡技术
    微发泡(Microcellular Foaming)材料是指以材料为基体，内部含有从几十微米到几百微米尺寸泡孔的多孔聚合物材料。和普通塑料相比，化学微发泡材料既能有效减重，又能减少注塑缺陷、提高注塑效率，还具备隔热、吸音、缓冲性能等特殊性能。
    微发泡材料可以用在汽车的车门内衬板、仪表板、后门内衬板、底护板等部位，从而降低制件的重量，实现部件的轻量化。
    2.2.2内高压成形技术
    内高压成形技术， 其成形原理为通过对轴向加力补料以及内部的加压， 进而实现在其管培压入到模具型腔之内， 从而形成一个成型零件。与传统冲压工艺相比，该工艺可以实现空心代替实心、变截面代替等截面、整体代替分块等效果。通常这种工艺被用来加工汽车零件中承受扭转或者弯曲应力的零件，故此空心化并不会造成零件性能上的降低，反而实现了最大程度上的重量降低，并同时节约了材料使用量，节约了成本。
    2.2.3热冲压成型技术
    热冲压成型技术，是将热成形钢板（初始强度为500～700MPa）加热至奥氏体化状态，快速转移到模具中高速冲压成形，在压机保压状态下通过模具内冷却系统，制件在模具本体中以大于27℃/s的冷却速度进行淬火处理，保压淬火冷却，获得组织为马氏体，强度在1500MPa左右甚至更高的热成形冲压件的成形工艺。热成形工艺分为直接成形工艺和间接成形工艺。该工艺是近年来出现的一项专门用于汽车高强度钢板冲压成型件的新技术，也是实现汽车轻量化生产的关键技术工艺之一。
    2.2.4激光拼焊板成型技术
    激光拼焊是采用激光能源，将若干不同材质、不同厚度、不同涂层的钢材、不锈钢材、铝合金材等进行自动拼合和焊接而形成一块整体板材、型材、夹芯板等，以满足零部件对材料性能的不同要求，用最轻的重量、最优结构和最佳性能实现装备轻量化。由于激光拼焊板成型技术在加工板材的过程中可以将不同厚度和材质的钢板焊接在一起，极大的减少了因搭边等因素而造成的浪费，并且实现钢铝部件的结合，实现了轻量化。
    2.3汽车轻量化设计
    结构优化设计：汽车结构的尺寸优化、形状优化和连续体拓扑优化已逐步发展成熟并得到广泛应用，但汽车结构的多学科、多目标优化设计方法，离散杆系结构的拓扑优化方法，还有待进一步研究和完善。