汽车轻量化分析报告.docx

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汽车轻量化分析报告

2014年汽车轻量化分析报告

2014年9月

目录

一、汽车轻量化的概念及意义3

1、起源于赛车运动的汽车轻量化概念3

2、汽车轻量化的“低碳”经济4

3、汽车轻量化对于汽车操控性和安全性的影响5

二、汽车轻量化的发展方向5

1、汽车总体结构的合理设计及优化6

2、轻量化材料的选用情况8

（1）高/超高强度钢板8

（2）轻金属材料9

（3）碳纤维材料9

（4）粉末冶金材料10

（5）车用塑料11

三、汽车轻量化产业相关上市公司将持续受益11

一、汽车轻量化的概念及意义

1、起源于赛车运动的汽车轻量化概念

汽车轻量化是一个完整的概念，是指汽车在保持原有的行驶安全性、耐撞性、抗震性以及舒适性等性能不降低，且汽车本身造价不被提高的前提下，有目标地减轻汽车自身的重量。

轻量化这一概念最先起源于赛车运动。

以目前世界上最受欢迎的赛车运动F1为例，F1赛车制造过程中大量采用了轻质材料，如蜂窝结构的铝板、碳纤维类材料、轻质合金（钛合金等）。

按照测算F1赛车本身的重量只有500kg左右，而普通家庭轿车的重量几乎都要超过1000kg。

轻量化的结构为F1赛车的超高速性能作出了重要的贡献。

2、汽车轻量化的“低碳”经济

有实验表明，汽车质量每降低10%，油耗下降6%—8%，排放量下降4%。

按此推算，汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3—0.6升，二氧化碳排放可减少约5克/公里。

汽车轻量化还能显著提高纯电动汽车的续航里程，据相关调查数据，在新能源汽车上使用轻量化技术，车身减重10%，电耗将下降5.5%，续航里程增加5.5%。

2003年到2013的10年间，我国汽车保有量从2400万辆增长到1.37亿辆，近十年汽车年均增加1100多万辆。

据国外研究机构测算，2014年世界范围内汽车保有量将达到12亿辆。

从环保和节能的需要出发，汽车轻量化必将也正在现实中逐渐成为世界汽车发展的潮流。

换一个角度来看，汽车轻量化是目前除了新能源汽车的技术路径之外，汽车行业另一种可行的“低碳”经济方式。

3、汽车轻量化对于汽车操控性和安全性的影响

从理论上来讲，在其他条件不变的情况下，降低汽车自身重量可以提高输出功率、提升操控性、降低噪音，提高驾驶的舒适度。

由于重量轻,车辆起步时加速性能会更好。

在安全性方面，汽车轻量化后由于惯性小，制动距离也将减少。

F1赛车运动中广泛使用了轻质材料，在激烈的比赛过程中，高速碰撞经常发生，但车手却鲜有受到严重伤害的案例。

也有汽车厂商在通过轻量化设计后，在碰撞试验中获得了更好的结果。

从实践可见，在合理的汽车结构设计和材料选择的情况下，汽车轻量化并不会对行车安全产生实质性的影响。

二、汽车轻量化的发展方向

汽车轻量化是设计、制造、材料技术集成的工程。

中汽协发布的关于《汽车轻量化意义》的报告中指出了当前实现整车轻量化的六个方面：

1）对汽车总体结构进行分析和优化，实现对汽车零部件的精简、整体化和轻质化；2）发动机轻量化；3）变速器轻量化；4）悬架轻量化；5）车身轻量化；6）附件轻量化。

从整体来看，汽车轻量化技术主要包括汽车结构的合理设计和轻量化材料的使用两大方面。

对于轻量化材料的问题，不仅要采用更轻的材料，同时还要掌握这些材料的应用技术。

1、汽车总体结构的合理设计及优化

在汽车总体结构设计方面，目前一般是通过更优化的设计，来减小车身骨架及车身钢板的质量，同时对车身强度和刚度进行校核，以确保汽车在满足性能的前提下减重。

此外，运动化的结构也是减重的重要手段。

比如采用轻量化的悬架，可以使结构更紧凑并且提升了操控性能。

或采取发动机后置后驱的方式，达到使整车局部变小，从而实现轻量化的目标。

在目前技术最前沿的F1赛车运动中，设计师们更是将空气动力学在车身设计上应用与轻量化技术完美的结合在一起。

F1赛车通过运用不同的空气动力学组件，在尽可能轻的情况下，获得最小的风阻和最高的下压力，从而能够在不同类型的赛道中达到极高的速度。

在F1赛车中运用的很多先进设计理念和技术，也被移植到民用汽车上，不断改进汽车的整体性能。

2、轻量化材料的选用情况

从目前轻量化材料的选用情况来看，主要包括了高/超高强度钢板、轻金属材料（铝、镁、钛合金材料）、碳纤维材料、粉末冶金材料（泡沫铝合金、铁基粉末烧结材料等）、车用塑料等。

（1）高/超高强度钢板

汽车车身用高强度钢薄板，主要包括合金结构钢、低合金高强度钢（HSLA）、烘烤硬化高强度钢（BH）、高强度无间隙固熔钢（HSSIF）等。

超高强度钢主要通过相应的相变来强化组织结构，达到相对的超高强度，并且具有较高的抗疲劳强度、成型塑性、碰撞吸收性能、高的减振减重潜能和低的平面各向异性等优点。

国外汽车在新车型中大量采用的高强度钢HSS/UHSS冲压成形技术。

2011年中国钢研科技集团公司与太原钢铁公司合作，已成功在工业生产流程上开发出第三代汽车钢热轧板卷和冷轧板，强塑积均超过了30GPa%，标志着我国率先在国际上研发出第三代汽车钢产品的工业生产技术。

（2）轻金属材料

铝、镁、钛合金材料是所有现用金属材料中密度最低的轻金属材料。

该类材料还具有强度和刚度高、导热导电性好、阻尼减震性和电磁屏蔽性强、易于加工成形、废料可回收等特点。

（3）碳纤维材料

价格昂贵的碳纤维材料是由非常细薄石化高分子材料的碳丝股绞在一起织成的纤维，原用于航空、航天领域，随着碳纤维技术的逐步发展，价格现降到高档车所能接受的范围。

近期宝马汽车公司公布了i3纯电动汽车及i8插电式混合动力汽车。

这两款车不仅在于推出的是新能源汽车，还在于主打了“碳纤维汽车”概念。

例如宝马i8的乘员舱结构（Life）采用了高强度且轻量化的CFRP碳纤维增强复合材料，这样的设计类似于F1赛车中驾驶舱的单体横造结构（由碳纤维复合材料构成），而最终的效果就是i8的车身重量不到1.5吨。

（4）粉末冶金材料

1）“泡沫金属”主要指泡沫铝合金，它由粉末合金制成。

“泡沫金属”的质量很轻，密度只是铝合金的1/4，热膨胀系数与铝合金材料一样，热导率也相当低，加上其变形恢复性能极佳，又有一定的强度，因此在轻量化及安全性方面颇显优势。

目前用泡沫铝合金做成的汽车零部件有发动机舱盖、行李厢盖、翼子板等。

2）铁基粉末烧结材料在要求较高强度的复杂结构件上的应用越来越多。

组装式粉末冶金空心凸轮轴是近年来的新产品，它是由铁基粉末冶金材料制成凸轮，然后用烧结或机械的办法固定在空心钢管上组成。

与常规的锻钢件或铸铁件相比，可降重25%~30%。

粉末锻造连杆已经成功应用，近年开发的一次烧结粉末冶金连杆技术的生产成本较低，可实现11%的轻量化。

（5）车用塑料

塑料作为原材料在汽车零部件领域被广泛采用，一般塑料的比重在0.9至1.5，应用范围包括外装饰件、内装饰件，功能与结构件等。

根据相关资料，在欧洲，车用塑料的重量占汽车自重的20%，而国产车的单车塑料平均使用量为78千克，塑料用量仅占汽车自重的5%—10%。

三、汽车轻量化产业相关上市公司将持续受益

汽车轻量化是汽车行业的重要发展趋势之一，无论对于传统汽车还是新能源汽车来说，汽车轻量化对其都有着相当的意义。

我们认为，汽车轻量化拥有着广阔的发展空间，每年新增的汽车中采用轻量化技术的比例将会越来越高。

而处于汽车轻量化产业链上的相关公司将有望持续受益于轻量化技术的发展及需求的提升。

从目前来看，汽车轻量化材料领域相关上市公司有机会迎来新的发展契机。

注：

数据截止至2014年9月12日