轻量化作为汽车节能减排的重要途径，如何让汽车更轻，跑得更快，更省油，已是现代轿车不可逆转的趋势。

雪佛兰 Volt

为达到轻量化效果，整车制造商通常采用结构轻量化、制造工艺轻量化以及材料轻量化等技术及材料来实现。而其中，尤以材料轻量化带来的减重效果立竿见影！

BMW i3因大量采用碳纤维增强复合材料，有效实现减重。

比如，雪佛兰 Volt 整备质量为 1700kg，比亚迪 e6 为 2295kg，而尺寸相当的 BMW i3，由碳纤维增强复合材料（CFRP）打造，整备质量仅为 1224kg，减重显著。

材料轻量化的“三驾马车”

基于结构和制造工艺的积累与进步，新材料的使用呈现出多元化的发展，综合来看，可以将其形象化为“三驾马车”。

汽车轻量化材料的“三驾马车”

超高强度钢

在低碳钢钢板基础上，采用不同强化机制得到高强度钢板，并利用高强度特性，在保证车身 机械性能的前提下，减薄厚度，进而降低汽车质量。有研究表明: 当钢板厚度分别减小 0. 05、0.1、0.15 mm  时，车身质量可分别减少 6%、12%、18%。

以沃尔沃为例，S60 长轴版在车辆 A、B、C 柱、侧面防撞梁、底盘加强梁、后保险杠等这些 关键部位，使用了超高强度硼钢（一种比普通钢材强度高 4 倍，却比普通钢材更轻的材质），使用率为 37.6%，白车身重量仅为 321Kg，而在同尺寸车型中，白车身重量一般在 350~400Kg。

沃尔沃S60长轴版。

相比高强度硼钢，热成型钢的使用更为主流，将钢板经过 950°C高温加热之后一次成形，再迅速冷却淬火，屈服度可达 1000Mpa 之高，车身重量保持不变时，承受力可提高 30%。 现在热成型钢板的使用已经下探到 10 万级别以下车型中，多集中在 A、B 柱上，在更高价 格的汽车上，也逐渐应用于中通道、底盘横梁、纵梁等部位。

热成型钢的伸长率与抗拉强度之间的关系。

考虑到成本及加工因素，高强度钢虽不能显著降低汽车车重，但其对传统的汽车冲压机焊接 工艺要求并不高，只需要对设备进行一定程度的改造，还能有效提高汽车安全性。虽不显眼， 但反而是厂家最依赖的轻量化材料。

铝合金

铝合金密度小、比强度和比刚度高、弹性和抗冲击性好还耐腐蚀，刚开始应用于发动机罩和行李箱盖，后被广泛用于汽车车身及底盘。按照使用区域来划分，主要应用在车架及大型铝合金型材件、前后防撞梁、车门外板等覆盖件及底盘传动部分零 部件全铝化三个方向。

现在很多 A 级车也会用铝合金取代传统的钢制覆盖件，比如别克新英朗的发动机盖就是铝 制结构。而对于底盘部件的优化，铝合金一方面能够减轻簧下质量，还能有效降低车重，可谓一举两得。

全铝化车身如今如火如荼，其中奥迪的技术储备最为深厚。以奥迪 A8L为例，其采用的空间框架结构 (ASF)是由 22%的挤压成形铝合金件、35%的高精真空铸造铝件、35%的液压成 形铝合金板材和 8%的强化钢材组成。

奥迪A8全铝白车车身

考虑到车身骨架是由铝质的挤压型材和压铸零件构成，焊接工艺采用激光焊接和冲钻铆接， 白车身质量只有 241 kg，较传统钢质结构车身具有 40%的轻量化优势，结构刚性与抗扭强 度较上代产品提升了 25%。这种工艺还使用在 TT、R8 等众多量产车型上。

铝合金相比超高强度钢，在轻量化上优势明显，原材料成本上差距也不大，但铝合金材料的 加工和焊接成本对传统的制造工艺要求高，设备和技术的升级使得相当一部分厂家很是头 疼。而且铝合金材料在修复问题上还没有明显进展，这将直接导致高额的维修成本。

工程塑料及复合材料

复合材料主要指碳纤维增强复合材料，它比铝轻30%、比钢轻50%，强度却是钢的7~9倍，最早兴盛于航空航天及赛车领域。早在1983年，空客310饰板和尾翼就完全用碳纤维制造，而在1984年，迈凯轮则引进了碳纤维单体壳车身。但这类材料一直被作为高精尖技术，因 其高成本所限，下放到民用级汽车上还是在21世纪以后。

自2003年E46M3CSL的车顶开始使用碳纤维开始，BMW车辆上很多零部件都用了碳纤维， 例如发动机支撑杆、传动轴、后视镜等等。得益于陶氏复合材料结构胶注射粘接技术，全新 BMW7 系的车体框架中，碳纤维增强复合材料被用于加固车顶横梁结构以及B  柱和 C  柱、底部侧围、中央通道和后部支撑。相比上一代车型，全新 BMW7  系最大减重达130kg。

全新BMW7  的白车车身图及车身细部图。

以上复合材料是作为加强件而存在的，这相当考验复合材料和钢材或铝合金之间的连接技术，也提升了胶结或铆接技术在这方面的应用前景。此外，BMW i 系列采用的全碳纤维车身 设计则更为直接，碳纤维零件的预成型模具可由多个接合在一起，来生产表面积较大的碳纤 维部件，最终通过特殊的粘接剂组装。

不同于碳纤维材料，工程塑料用于替代汽车上的有色金属及合金部件。其刚性大，电绝缘性 好，能在较宽的温度范围内承受机械应力，还能在苛刻的化学物理环境中使用。玻璃钢（FRP）、 ABS、PVC、PA 等都属于这个范畴，以玻璃钢为例，可用于制造保险杠、舱门板、翼子板、 仪表台等。目前在汽车上，非金属材料占 26％~28％，塑料占 9％，仍相当大的提升空间。

事实上国外发达国家已经将汽车中塑料的占比来衡量汽车制造和设计水平。以汽车工业大国 德国为例，每辆汽车使用塑料制品为 300Kg，约占汽车材料消耗总量的 22%，相比 2000 年， 发达汽车国家的塑料平均使用量仅为 120Kg（世界平均水平为 105Kg），可见发展速度迅猛。 而在 2010 年，中国每辆汽车平均塑料用量才为 70 千克，还不及发达国家十年前的水平。

虽然我们把各项技术单拎出来谈，但汽车轻量化材料的发展并不是单打独斗，比如奥迪 A8L 在 ASF 车身结构中还加入了镁合金（顶吧）以及 CFRP 碳纤维增强塑料（后壁板），凯迪拉克 CT6 采用了钢铝混合车身结构（铝合金比例 64%）等，奔驰 GL级的发动机支架采用了巴斯 夫聚酰胺材料（塑料件）。在各方材料都未能占据绝对优势之前，合理利用各种材料的特性， 并结合对应汽车部件的功能，打造一款混合式车身结构，就目前来说更加可取。

奔驰 GL级的发动机支架。

汽车轻量化材料的发展和自动驾驶密不可分

新时代下，汽车轻量化和汽车安全性之间的联系变得越发紧密。随着智能网联汽车技术的发展，汽车整体安全性必然会有提升，轻量化技术可以从中获得更多的可能性，我们不再需要 一味加强车身来提高碰撞安全。

智能车联网技术将掀起新一轮材料技术风暴

基于新形式下的需求，低速电动车领域采用的一次成型整体车身优势明显。通过滚塑整体成 型工艺，能一次性制备出具有复杂曲面的大型或者超大型的中空塑料制品。很多一体成型车 身会采用内置钢网结构或添加强化材料如玻璃纤维等，来增强车身的结构强度，这正好满足 了轿车车身体积大，外观线条流线、曲面圆滑的要求。

以丹麦节能电动车 ECOmove QBEAK 为例，车身尺寸为 3,000×1,750×1,630mm，整备质量仅为 425Kg。而同尺寸的传统轿车车身重量基本在 1,000 千克以上，即使是尺寸更小的 Smart， 车身尺寸 2,695×1,663×1,555mm，整备质量也有 920-963 千克。

丹麦节能电动车 ECOmove QBEAK。

将来的汽车必然会向质量更轻、加工更加简便的工程塑料方向发展。不仅是从厂家角度考量，对于用户来说也是如此。技术优化后，传统轿车的承载式车身结构也会被打破，取而代之的 是无骨架车身结构，这种类似于 F1 赛车所采用的碳纤维单体壳式车身结构，采用了仿生原 理，安全性更高、内部空间更大。要知道在自动驾驶时代，用户对车内空间的重视程度不会 亚于安全性。

小结

汽车轻量化材料的发展百花齐放，各大汽车厂家也根据自己的发展特点，对新材料各执偏好。 不论是诸如沃尔沃这样的保守派，还是宝马这样的激进派，都在自己专注的领域突破着，“三驾马车”还远没有达到各自的顶峰。而在更远的未来，随着智能网联汽车技术的发展与成熟， 轻量化材料的战局可能会转移，工程塑料和复合材料的使用会更加普遍。