基于復合材料基礎上的汽車輕量化進展

    綠色汽車設計還包括汽車輕量化設計。汽車輕量化技術包括輕量化材料的使用和結構的輕量化設計兩大途徑。汽車輕量化材料的使用是指通過采用輕量化的金屬和非金屬材料，主要是采用高強度鋼材、鋁鎂合金，工程塑料和各種復合材料進行汽車輕量化設計;汽車結構的輕量化設計是指通過改進汽車結構，使部件薄壁化、中空化，小型化及復合化達到輕量化目的。實際上這兩方面的內容是密切得結合在一起的。很多時候往往是輕量化材料結合輕量化結構設計從而實現了在整車剛度、性能不降低的前提下的輕量化。
　　輕量化結構設計
　　結構設計方面有效的方法是通過優化車身結構實現輕量化，其代表性成果為ULSAB (Ultra Light Steel Auto Body) 項目。受空間尺寸限制，由于有些材料的結構剛度不足，輕量化可能導致汽車振動、噪聲與抗疲勞等方面性能的降低。前輪驅動(FWD)結構就是一個結構輕量化的典型和成功的例子。它沒有通過駕駛艙下面的驅動軸，也不用制造后橋殼，變速器和差速器被裝配在一個殼體中，這樣所需的零部件就更少，對于減輕整車重量有很大的作用。減輕車重可以提高加速性，制動性和燃油經濟性。同時，由于前輪驅動的汽車的
驅動輪承受著發動機和驅動橋的重量，還可以增加驅動輪的附著力，這對于在濕滑路面上行駛的汽車將會有很大的幫助。
　　輕質復合材料
　　在輕量化材料方面，雖然鋼鐵材料仍保持主導地位，但鋼鐵材料的比例逐年下降。高強度鋼，超高強度鋼，鋁合金，鎂合金，工程塑料，復合材料等材料比例逐年上升。
　　美國先進汽車技術能源事務部和美國汽車研究委員會聯手，從事汽車結構的先進材料、加工方法和裝配技術的開發項目。其重要項目項目之一，就是結構用復合材料的技術開發。20世紀80年代末 USCAR下設的汽車復合材料委員會開展了該領域的研究。
　　玻璃纖維增強塑料(FRP)等新品種已隨著技術的成熟而正在擴大應用，主要用于車身的外裝件和功能件。可用于車門、發動機罩、前格柵、翼子板、保險扛骨架、門柱護板、通風百葉窗、導流罩等近20種車身板件，但仍然有許多技術問題需要解決：
　　l 適應高產量生產的復合材料制造工藝，縮短目前復合材料的生產制造工藝過程。
　　l 復合材料工藝自動化，特別是增強材料的鋪放，對降低制造成本、縮短生產周期及質量控制自動化的工藝是必要的。
　　l 降低原材料的價格 。
　　l 適合新的報廢汽車法規的復合材料/工藝。
　　l 汽車用復合材料檢測方法。
　　l 汽車合成材料特殊的設計程序。所有汽車制造廠都已經開發了金屬零件的設計程序，但一般不能為復合材料所用。
　　l 新的復合材料數字模擬。這些模擬需要在以下三個方面有判定能力：(1)典型材料性能的可用性，(2) 材料模擬的精確性，和(3)要求的計算結果。 [-page-]
　　近德國Paderborn 大學O.Hahn等人提到"多材料輕量化結構"及合適材料用在合適的部位”兩個概念，給出了車身材料的發展趨勢，通過對多材料進行結構優化，既能改進汽車性能，又能顯著減小質量。當前材料的組合仍以高強度鋼、鋁、鎂和復合材料為主。
　　2006年，贏創 () 投資有限公司聯合上海同濟大學一起，就大型汽車覆蓋件采用復合材料設計和制造進行了一系列的探索和研究。其中，PMI泡沫夾心帽筋條結構的復合材料發動機蓋和后背門部件已經安裝在上海燃料電池汽車動力系統有限公司的新一代燃料電池汽車上，和傳統的金屬材料結構相比，分別減重37.7%和34.6%。在結構設計過程中，采用了新的夾層結構帽筋條，樹脂轉移模塑工藝，一步整體成型。和其他國內外的研究相比，將汽車復合材料的概念從過去的單純的短纖維增強復合材料結構，例如SMC，GMT，中擺脫出來，將纖維增強復合材料、設計與制造工藝相結合，和其他材料相結合，實現終的多材料結構方案。
　　發展趨勢
　　隨著輕量化材料技術，包括設計、生產工藝、裝配、連接、材料性能等的不斷發展和成熟，未來基于復合材料基礎上的多材料輕量化結構是汽車輕量化發展的一個明顯趨勢，通過不同材料，結構和制造工藝的相互結合和補充，可以簡單方便地實現設計和制造的模塊化，以實現所用的材料和零件功能達成佳組合。目前，汽車的輕量化技術還處于很不成熟的階段，未來還有很大的發展空間。