1.1 乘用车轻量化的意义

1.1.1 轻量化是节能减排的重要手段

轻量化对于节能的贡献主要体现在两个方面：一是使用过程中能源消耗降低，即降低油耗；二是轻量化带来原材料使用量的降低，即降低原材料用量。

在降低油耗方面，对于汽车来说，整备质量消耗了约70%以上的动力系统的传输能量。研究表明，汽车在行驶过程中必须克服多种阻力，包括滚动阻力、爬坡阻力、加速阻力和空气阻力，除了空气阻力外，其他阻力都与整车质量成正比。因此，降低整车质量可以有效降低油耗。目前，关于轻量化对节能降耗贡献量的研究很多，也形成了诸多的结论。以下是各种文献中有关轻量化与降油耗之间关系的一些结论：

1）汽车质量每减少100kg，油耗可减少0.2～0.8L/km。

2）汽车质量每减少330～440kg，可节省燃料20%左右。

3）汽车质量每减少50kg，则每升燃料行驶的距离可增加1m。

4）对于16～20t级的载货汽车，每减少质量1000kg，则油耗可降低6%～7%。

5）汽车质量每减少10%，油耗降低6%～8%。

6）汽车质量每减少10%，油耗降低5.5%左右。

7）汽车质量每减少10%，油耗降低8%～10%。

世界铝业协会、欧洲铝业协会、美国铝业协会联合委托美国海德堡责任有限公司能源与环境研究所所进行的研究，得出了轻量化与油耗之间的关系，如表1-2所示。

李军等对国内近4000款乘用车进行数据分析得到，整车质量为750～2500kg时，质量降低10%时，油耗降低7.5%～9%。虽然各种研究的结果不尽相同，但均大同小异，总体结论均是轻量化有助于降低整车的油耗。

在减少原材料使用量方面，轻量化可以使原材料生产的能耗相应地降低。据相关资料所述，整车减重10%，可节省约0.16t原材料。假定减少的0.16t原材料均为钢材，则节省原材料生产所需的能耗为0.1872t标煤，单车寿命周期内节省能量为3.99t标煤。若按照单一车型销售50万辆计算，则可以节能199.5万t标煤。

轻量化对减排的贡献主要是指能源消耗减少所带来的废气和粉尘排放的减少。根据相关资料，减少1t标煤的消耗，可以减少CO₂排放约2.3t，减少SO₂排放约0.02t，减少NO_x排放约0.009t，减少粉煤灰等固体废物排放约0.275t。

1.1.2 轻量化可以提高续驶里程

对于电动汽车而言，续驶里程是其产业化和市场化需要克服的关键问题。电池技术是决定电动汽车续驶里程的决定性技术之一，相比传统汽车，新能源车电池性能水平有限，不仅是电池使整车重量增加了数百千克，而且也对续驶里程造成严重的影响。纯电动汽车每续驶1km需电池重量需增加1kg，也就是说，满足汽车续驶里程200km，仅电池重量就高达200kg。

对于新能源汽车来说，需要通过轻量化技术来平衡使用动力电池带来的重量增加。图1-3所示为2015年国产燃油车和新能源汽车重量的对比情况。由图1-3中可以看出，新能源汽车产品的名义密度明显偏大，在短期内无法提升电池能量密度的前提下，更需通过整车轻量化来提高新能源汽车产品的竞争力。

在工况不变的前提下，汽车的能量消耗与整车重量基本上呈线性关系，纯电动汽车在这方面的表现尤为明显。纯电动汽车整车重量的增加会明显缩短续驶里程，相关研究表明，电动汽车整车重量降低10%，单次充电的续驶里程增加5.5%。目前，国内电动车的续驶里程普遍在100～300km，电动车的价格与燃油车相比没有竞争优势。随着国家“双积分”政策的正式推出，在短期内无法使电池技术取得突破的情况下，汽车轻量化就显得异常重要，国内车企纷纷积极开展轻量化工作，从材料、工艺、结构设计等方面的优化实现整车减重，表1-3为各车企的轻量化目标。

1.1.3 轻量化可以提升车辆操控和安全性能

安全性是乘用车轻量化后面临的主要问题之一。汽车的安全性分为主动安全和被动安全。主动安全是指通过提高汽车的行驶稳定性、操纵性和制动性能尽量防止事故发生。被动安全是指事故发生后如何对乘员进行保护，又分为安全车身结构和安全保护系统，安全车身结构是为了减少一次碰撞带来的危害，乘员保护系统则是为了减少二次碰撞造成的乘员损伤或避免二次碰撞。

轻量化对主动安全是有利的，不仅能够直接提高汽车的比功率，提升汽车反应速度、路感反馈、降低运动惯性，从而有效提升汽车的操控稳定性，而且随着车身重量减低，制动距离更短，为紧急情况下采取主动安全措施提供了更多时间，从而能在一定程度上规避事故的发生，可见，轻量化在规避事故的发生中起到不小的作用。国际铝业协会的研究结果表明：汽车减重10%，制动距离可减少5%，转向力减少6%。一台轻盈的车在意外状况下，更能借助汽车的制动系统和其他主动安全系统避免事故的发生。

在被动安全方面，轻量化对其的影响是负面的。据美国通用汽车安全研究员李奥纳德·伊凡斯（Leonard Evans）的研究表明：在两车发生碰撞时，整车质量大的汽车其安全性会占优势。整车质量小的汽车在碰撞时发生危险的概率会增加，但降低社会车辆的平均车重对于降低交通事故的整体伤亡率有重要意义。因为重车虽在保护自身乘员上有一定的优势，但会使整体道路伤亡数量增加，所以整车轻量化有利于整体交通安全性的提升。

1.1.4 轻量化是提升汽车工业自主创新能力的重要手段

从相关工业来讲，汽车轻量化技术引发了汽车产业链的延伸。以新材料为例，新材料的应用必将在产业链上产生强烈的联动效应，上下游企业的密切合作将产生巨大的经济效益和社会效益。据测算，2015年我国汽车轻量化新材料产业销售收入总额约为1500亿元，到2020年将达到3000亿元。目前，外国企业纷纷进入中国设厂，国内企业也在加大开发与建设力度。汽车轻量化可以提升我国汽车工业的自主创新能力。未来汽车技术的三个重要发展方向分别是电气化、轻量化和智能化，而轻量化是电气化和智能化的基础。汽车轻量化技术涉及汽车材料技术、设计开发技术和工艺制造技术等多个方面，在这些方面，我国的基础理论研究和关键技术的推广应用与外国存在很大差距，这就需要加大人力和财力投入来攻克所面临的技术难题，提高自身的核心竞争力。汽车轻量化产业链的形成和联合突破必将带动整个汽车相关零部件产业的提升和创新发展。

1.1.5 轻量化是提升自主品牌车企产品竞争力的重要手段

在传统燃油车行业，日本和欧美的汽车制造企业长期处于统治地位，我国的汽车工业虽然步履蹒跚地发展了60多年，但掌握的核心技术很少，仍然需要依赖国外的工程和技术人员以及技术援助。在新能源汽车领域，目前新能源汽车技术路线的发展方向有多种可能，知识产权的壁垒尚未形成，国际标准还有待完善，规模化生产正在酝酿，竞争格局尚未确定，所以新能源汽车的发展前景尚未明朗。这一切为拥有庞大消费市场的中国提供了技术追赶的机会。发展新能源汽车是促进我国汽车产业转型升级、抢占国际竞争制高点的紧迫任务，是我国由汽车大国迈向汽车强国的必由之路。

中国自主品牌汽车产品市场竞争力提升的关键因素是技术水平。与国外相比，我国汽车技术水平相对低下，尤其是汽车轻量化水平整体偏低。通过提升汽车轻量化水平增加新能源汽车的续驶里程和安全性，可以提高消费者对自主品牌汽车认可度和扩大品牌知名度。近年来我国消费者对汽车轻量化的认识在不断提高，越来越多的消费者已经意识到，乘用车轻量化可以降低燃油车油耗，增加电动汽车的续驶里程，还对安全性、操控性等有较大的帮助，这也形成了对我国汽车轻量化技术发展十分有利的局面。因此，大力发展汽车轻量化技术，尤其是自主品牌汽车的轻量化水平，是国家战略发展的需要，更是提高自主品牌车企国际竞争力的需要。

汽车轻量化是当前汽车行业的发展趋势和主流技术，是集设计、材料和先进的加工及成型技术于一身的复杂工程，涉及汽车产业链的各个环节，如冶金、设计、材料、装备、维修、回收再利用等多个相关产业。目前，我国的高强度钢、铝合金、工程塑料和碳纤维复合材料的发展和应用还相对比较滞后，不能完全满足汽车工业的需求。汽车轻量化产业的形成和发展，需要依托于汽车相关产业的大力发展，只有汽车相关产业得到发展，汽车轻量化产业才有发展的基础和根基。同时，汽车轻量化产业的发展也会形成和带动一批相关产业的快速发展。例如，在汽车轻量化技术的推动下，车用先进高强钢近年来得到了快速增长，进一步带动了先进高强度钢热成型生产线、汽车用液压成型生产线、汽车用锻造铝合金产品生产线的建设，带动了与之相配套的伺服压力机、气垫式加热炉、模具等装备工业的快速发展。总之，通过多产业的联合突破形成的汽车轻量化产业链将带动整个汽车相关的零部件产业的提升和创新发展。