钟志华：汽车轻量化的思考与实践

还有本来不应该是问题的问题，就是轻量化与安全。同样安全的情况下谈轻量化才会有意义，如果轻量化影响安全，轻量化就不用谈了。轻量化也不应该影响性能，比如说操作稳定性，轻了当然会飘，但是飘的问题怎么解决？要通过空气动力学的性能来解决。所以它是一个全方位考虑的问题。当然还有别的问题，如轻量化与工艺的问题和制造的问题等等。现在有很多轻量化工作的方案，做一个探索是没有问题的，比如说一个零件在原来结构不变的情况下用高强度钢替代，如果硬贴上去焊接就不对了。这是探索的问题，但是实际上不可能用来在实际中产生效益的。类似这样的问题是我们系统地做轻量化必须解决的问题。

当然轻量化的技术途径也是大家关心的。总的来讲轻量化首先是结构优化，然后就是新材料的应用，另外就是制造技术方面。结构优化，原来一些老的车结构不合理，因为设计手段有限，对于中国的车来讲很多是比较落后的手段，在同样的材料下结构就没有做到优化。这是轻量化的途径。当然新设计的车这方面会好一点，但是从自主品牌来看轻量化的设计还是有空间的。在同样的材料下结构是有空间的。更重要的是新材料条件下的轻量化，大家知道高强度钢、铝合金、碳纤维等其他的材料，通过低密度的材料实现轻量化。还有就是制造技术，时间关系就不展开了。

实际上全方位的轻量化应该是把新材料、新结构、新工艺、新装备结合起来，这样才可能做到真正的轻量化，而且可能是把轻量化的一些问题同时克服，比如刚才讲的成本问题和制造工艺问题。一直以来我做的案例主要是高强度钢和铝合金，高强度钢的定义也是相对的，现在还有超过1000兆帕。第三代高强度钢也是可以做的，理论上的研究可能会超过2000兆帕。现在冷成型、温成型和热成型都会有。这些与温度的高度和材料的性能有关系，因为有的是需要靠加热，快速冷却才能获得高强度。

高强度钢应用比较成熟的是防撞梁，但是应用更广泛、产生更大的效果在车身骨架上。我现在讲的是大幅度减轻汽车重量，不是局部的。我在这里提一下，这个案例是我最近七八年来一直在做高强钢轿车车身的骨架，这里讲的是新材料、新结构、新工艺和新装备。它对整个车身的减重量应该是在1/3以上。现在很多攻关项目的目标未来五年是1/3，我们这个工艺开始启动的研究是2008年，那时候是基于第三代高强钢就能够实现减重1/3以上。而且我刚才讲了安全性是更高的，至少不比同样结构的弱。

大家可以注意到的是这是全封闭式的结构，焊接也是满焊或者分段的连续焊。等一下我会讲到为什么高强钢尤其是高强钢需要这样，如果是点焊的话强度很难发挥出来，本体材料达到极限以后就会开裂，或者你要很密的点焊，这样的话还不如连续焊。这是我最近在清华开展的大轿车的案例，后面这个是以清华的研究作为案例，是一个大轿车。实际上就是中巴车，我们要实现下一代中巴车，现在中巴车是高低板，结构比较老，重量也比较大。我们现在是基于新能源，要讲下一代的中巴车。这也是真正协同创新的案例，郭院士的团队和很多其他学校都在参与。这上面是纯铝合金的，这个是高强钢的（见PPT），现在还不是大批量生产的工艺。这两个车身的重量是相当的，但是钢度这个还更强一些。省掉的一些部分是因为前后维要变形，铝合金不能全部解决。在这个前提下要么就是用复合材料，要么就是用模具成型。这两个都是实用的案例，实际要产业化项目的平台，轻量化的水平是比较高的，都能够达到1/3以上。但是结构还没有最优化，需要进一步加强。