1.2 汽车轻量化的重要意义

1.2.1 汽车轻量化的必要性

1.汽车保有量的飞速发展产生严峻的能源危机和环境问题

根据中国汽车工业协会（China Association of Automobile Manufactures，CAAM）发布的数据，2016年世界汽车生产总量达到9788万辆，中国汽车产量达到2812万辆（表1-1），占全世界新车产量的1/4以上。2009年我国首度成为世界第一大汽车产销国，至今已连续8年蝉联世界第一大汽车产销国，全国机动车保有量达到2.9亿辆，其中汽车保有量达1.94亿辆。世界汽车产量和保有量的不断攀升对推动全球经济发展起到了积极的作用，同时也对日益短缺的能源状况和日益恶化的环境状况产生了重大的影响和压力。

随着汽车行业的飞速发展，以化石燃料为主的各类能源需求也日益旺盛，能源危机日趋严重，各国越来越重视本国的能源安全，尤其对于需要进口大量燃油的国家更是如此。中国作为当今世界上汽车保有量最大的国家，石油对外依赖程度也越来越高。根据中国石油集团经济技术研究院的统计数据，2013年我国石油对外依赖度为57.4%，2014年为59.6%，2015年为60.6%，2016年为65.4%，2017年以来我国石油对外依赖度还在进一步加大。在各类石油消费中，道路交通占比尤其大，全球汽车保有量不断上升，尽管各国政府在大力推广清洁能源汽车，但在2020年之前，传统能源汽车仍将占全球汽车保有量的绝大多数。

同时石化燃料消耗的增加势必导致CO₂（二氧化碳）排放量的快速增长以及微小颗粒物（PM2.5）的增加。在总体的CO₂排放中，汽车的排放量所占比例较大，根据国际能源机构（International Energy Agency，IEA）统计，全球超过15%的CO₂排放量来自于道路交通，尤其是汽车，发达国家或地区的汽车排放的CO₂已经占其总量的25%。根据相关研究，空气中PM2.5含量主要来源之一为尾气排放。近年来，我国CO₂排放总量快速增加，2013年的CO₂排放量约为1990年的4倍，单位GDP的CO₂排放量处在全球首位。碳排放与经济规模密切相关，我国政府承诺2020年单位GDP的CO₂排放强度较2015年水平削减40%～45%，由此看出，低碳已经成为我国迫在眉睫要解决的问题。在环境污染方面，2014年我国首次大部分地区出现雾霾天气，严重影响了人们的健康和正常生活，这和汽车尾气排放以及汽车生产制造过程中污染物的排放也有一定关系。由此看来汽车行业节能减排势在必行。我国政府制定了大量的措施去推进汽车节能减排工作，如开发替代能源、发展公共交通和智能交通、推广电动汽车等，同时在此基础上大力降低传统燃油汽车的燃油消耗和CO₂排放量，制定了汽车油耗法规和CO₂限制法规。

为减少汽车CO₂排放量和控制环境污染，我国政府也相继出台了各种油耗法规，以实现节能目标。2004年9月我国颁布了GB 19578—2004《乘用车燃油消耗量限值》，明确规定：2010年前乘用车新车平均油耗比2003年降低15%以上；2007年7月我国颁布了GB 20997—2007《轻型商用车辆燃料消耗量限值》，该标准是我国第一个控制商用车燃料消耗量的强制性国家标准，它不仅规定了轻型商用车辆燃料消耗量的限值，也提出了测量和记录CO₂排放量的要求，这为以后控制轻型商用车的CO₂排放量提供了基础数据。2008年4月和6月，交通运输部分别发布了JT/T 711—2008《营运客车燃料消耗量限值及测量办法》和JT/T 719—2008《营运货车燃料消耗量限值及测量办法》。2012年，国务院颁布的《节能与新能源汽车产业发展规划（2010—2020年）》提出：到2015年，当年生产的乘用车平均燃料消耗量降至6.9L/100km，节能型乘用车燃料消耗量降至5.9L/100km以下；到2020年，当年生产的乘用车平均燃料消耗量降至5.0L/100km，节能乘用车燃料消耗量降至4.5L/100km以下，商用车新车燃料消耗量接近国际先进水平。

汽车轻量化是现阶段实现汽车节能减排的最有效手段。在当今车用动力电池与发动机技术提升难度日益增加、交通压力越来越大的背景下，大力发展并推进汽车轻量化技术成为节能减排现实可行的重要途径之一。

2.汽车平均整备质量不断增加产生诸多环保问题

随着社会的发展，人们对汽车安全性、舒适性、智能化和可靠性的要求不断增加，随之而来的是汽车整备质量不断增加。

汽车安全性分为两个部分：一部分是主动安全技术，其意图是防止汽车发生事故，它们的特点是提高汽车行驶稳定性、操纵性和制动性能，尽可能防止车祸发生，如ABS（防抱死制动系统）、EBD（电子制动力分配系统）、EBA（紧急制动辅助系统）、AFS（灯光随动转向系统）、高位制动灯、前后雾灯、后窗除雾等驾驶辅助系统，还有自动驾驶技术；另一部分是被动安全技术，即事故发生后如何对乘员进行保护，汽车被动安全系统可以分为安全车身结构和乘员保护系统，其中安全车身结构主要是为了减少一次碰撞带来的危害，而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。随着汽车性能的大幅提升，汽车行驶速度也越来越高。为确保汽车高速行驶的安全性，汽车制造企业在汽车上不断增加安全性配置、不断增强车身结构性能，最终导致汽车重量不断增加。

自20世纪80年代以来，全球汽车的平均整备质量在持续增加，如美国1982年乘用车的平均整备质量为1275kg，到2004年乘用车的平均整备质量已增加到1470kg，较1982年上升了15%；欧洲汽车整备质量变化趋势与美国十分相似，中国也是如此，2009年乘用车平均整备质量为1227kg，2012年上升到1295kg，年平均增长率为1.8%。

现在各国政府、汽车制造企业也逐步意识到这个问题，正在大力研究汽车轻量化技术，降低汽车的整备质量。以宝马公司的7系乘用车为例（图1-1），1977年整备质量的1600kg，到2008年整备质量增加到1820kg，再到2015年宝马公司通过大幅度的轻量化设计使其整备质量下降到1725kg。

总之，随着全球汽车工业的飞速发展，给全球经济的发展带来巨大推动力的同时，也带来能源危机和环境污染等问题。各国为了实现经济的可持续发展，纷纷致力于汽车节能减排技术的研究，以期解决日趋严重的能源危机和环境污染问题，“环保、低碳”已经成为世界公认的可持续发展的主题。

1.2.2 汽车轻量化的战略意义

1.汽车轻量化是实现节能减排的有效手段之一

能源问题是我国乃至全球汽车产业稳定发展所必须面对的严峻挑战，汽车节能不仅关系着汽车产业的可持续发展，而且与各国的能源安全息息相关。节能减排已经成为全球汽车发展的必然趋势。一般来说，开发替代能源、改善用车环境和提高燃油经济性是汽车能源战略中三个主要的发展领域，也是汽车节能减排的三种基本途径。

替代能源是指能够替代汽油、柴油为汽车提供动力的能源，如天然气、石油伴生气、乙醇、氢气、电能等。在上述各种替代能源中，尽管清洁能源汽车在节能减排方面有着巨大的潜力，但受到核心技术尚在发展中、基础设施建设不足和短周期成本等因素的制约，在一定时期内，传统汽车不能规避承担节能减排的重任。

改善用车环境是指通过良好的驾驶习惯和改善交通环境等措施来减少汽车使用过程的燃油消耗。改善用车环境强调了汽车使用人员和汽车使用时的环境因素，与汽车性能无关。

提高燃油经济性则是针对汽车本身的性能。提高燃油经济性有两层含义：一是提高燃油经济性，即降低汽车的油耗水平；二是提高平均燃油经济性，即降低汽车社会平均油耗水平。前者是针对某一辆车而言，后者则着眼于某一类或某一范围的全体汽车，提高单车的燃油经济性和提高平均燃油经济性的措施就涉及技术节能和产品结构调整的概念。

技术节能即通过一系列的节能技术，提高汽车的燃油经济性。一般认为，汽车节能技术有发动机节能技术、整车集成节能技术、汽车轻量化技术、底盘节能技术等。产品结构调整节能是通过调整全社会的车型结构，达到降低社会平均油耗及降低全社会燃油消耗总量的目的，但这在很大程度上受到汽车市场的影响，调整难度极大。虽然各国在应对能源危机和环境污染的战略侧重和战略意图不尽相同，但仍有很多重要的共同性。西门子公司发布的在汽车上采取不同技术的节能潜力对比如图1-2所示，从图中可见，汽车轻量化是现阶段实现汽车节能减排的最有效手段。在当今车用动力电池与发动机技术提升难度日益增加、交通压力越来越大的背景下，大力发展并推进汽车轻量化技术成为节能减排现实可行的重要途径。

轻量化已经成为世界汽车发展的潮流，减小汽车自身质量是降低汽车燃油消耗率及减少排放的有效措施之一。随着汽车整备质量的增加，汽车燃油消耗量也随之增加，但不同车型增加的幅度不同。

研究表明，汽车行驶过程中必须克服多种阻力，包括滚动阻力、上坡阻力、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，所以降低汽车质量可有效降低油耗和排放，汽油乘用车质量每降低100kg将节油0.64L/100km。非金属会议报告也指出，汽车质量每降低10%，可降低油耗6%～8%，排放下降4%。若滚动阻力减少10%，燃油效率可提高7%。有数据显示，在过去的20年间，欧盟、日本等国家或地区的汽车平均质量已降低了25%，在未来10～15年内，汽车平均质量还将降低20%～25%。通过轻量化节能减排与其他技术手段并不冲突，无论采用哪种手段，轻量化都可以在此基础上实现进一步节能减排。即使是电动车，减轻了车身质量，一方面可以降低能耗，另一方面也可以在同样整备质量的前提下增加动力电池容量，这两方面能都可以提升电动车的续驶里程。可见，无论是传统汽车，还是新能源车，轻量化都是重要的节能减排手段，轻量化已成为目前汽车行业的重点研究内容之一。

2.汽车轻量化是提升国家汽车工业自主创新的驱动力

近年来，消费者对汽车轻量化的认识不断提升，乘用车轻量化可有效提高燃油经济性和动力性，商用车轻量化可有效提高汽车的燃油经济性和运输效率，从而降低油耗和运用成本。同时，汽车轻量化与安全性相辅相成，汽车轻量化对于主动安全影响是正面的，轻量化可以有效增加汽车的操纵稳定性，缩短制动距离，为在紧急情况下采取主动安全措施提供了更多的时间。根据国际铝业协会的研究成果，汽车整备质量减少10%，制动距离可减少5%，转向力减小6%。轻量化有利于提高汽车行驶稳定性，有利于驾驶人在汽车碰撞发生之前采取紧急措施来避免事故的发生。汽车轻量化有利于各种主动安全控制措施的实施，对主动安全是有利的。通过结构轻量化设计和高强钢、轻质材料的使用，并辅以先进的轻量化工艺，在一定程度上也可实现汽车被动安全性的提升。

随着国内外消费者对于汽车轻量化认识水平的不断提升，我国自主品牌要在国内外市场上有大的作为，提升产品自身的轻量化水平，是提高产品竞争力的重要途径之一。汽车轻量化已经成为世界汽车技术发展的重要方向，开展汽车轻量化技术研究与应用也是调整汽车产品结构和产业结构的需要，对提升我国汽车工业自主创新能力有着重要意义。众所周知，汽车电气化、轻量化和智能化是未来汽车技术发展的三个重要方向。汽车轻量化是汽车电气化和智能化的基础，汽车轻量化水平的提升，不论对于传统的燃油汽车，还是对于清洁能源汽车，都是一项共性的基础技术，对于整个汽车产业的可持续发展有着重要的意义。汽车轻量化又涉及汽车材料技术、汽车产品设计技术、汽车产品制造技术等多个学科，需要多产业联合突破。

当今世界汽车工业面临的难题是：节能减排和安全，同时面临着自然资源日趋缺少的发展局面。全球形成共识的目标就是进一步降低汽车的自重，减少燃油消耗量，减少废气排放量。应对日益提高的车辆安全法规、燃油消耗量限值法规和汽车排放法规，汽车轻量化技术已经成为汽车工业发展的重要研究课题之一。汽车轻量化是国家节能减排战略的紧迫需要，更成为车企和全行业提高核心能力的现实需求。

➔作者：

❖鲁后国，唐淳.安微江淮汽车集团股份有限公司

❖黄宗斌，徐志丹.上汽通用五菱汽车股份有限公司