1.2 汽車輕量化的重要意義

1.2.1 汽車輕量化的必要性

1.汽車保有量的飛速發(fā)展產(chǎn)生嚴(yán)峻的能源危機(jī)和環(huán)境問題

根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)（China Association of Automobile Manufactures，CAAM）發(fā)布的數(shù)據(jù)，2016年世界汽車生產(chǎn)總量達(dá)到9788萬輛，中國汽車產(chǎn)量達(dá)到2812萬輛（表1-1），占全世界新車產(chǎn)量的1/4以上。2009年我國首度成為世界第一大汽車產(chǎn)銷國，至今已連續(xù)8年蟬聯(lián)世界第一大汽車產(chǎn)銷國，全國機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)到2.9億輛，其中汽車保有量達(dá)1.94億輛。世界汽車產(chǎn)量和保有量的不斷攀升對推動(dòng)全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了積極的作用，同時(shí)也對日益短缺的能源狀況和日益惡化的環(huán)境狀況產(chǎn)生了重大的影響和壓力。

隨著汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，以化石燃料為主的各類能源需求也日益旺盛，能源危機(jī)日趨嚴(yán)重，各國越來越重視本國的能源安全，尤其對于需要進(jìn)口大量燃油的國家更是如此。中國作為當(dāng)今世界上汽車保有量最大的國家，石油對外依賴程度也越來越高。根據(jù)中國石油集團(tuán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2013年我國石油對外依賴度為57.4%，2014年為59.6%，2015年為60.6%，2016年為65.4%，2017年以來我國石油對外依賴度還在進(jìn)一步加大。在各類石油消費(fèi)中，道路交通占比尤其大，全球汽車保有量不斷上升，盡管各國政府在大力推廣清潔能源汽車，但在2020年之前，傳統(tǒng)能源汽車仍將占全球汽車保有量的絕大多數(shù)。

同時(shí)石化燃料消耗的增加勢必導(dǎo)致CO₂（二氧化碳）排放量的快速增長以及微小顆粒物（PM2.5）的增加。在總體的CO₂排放中，汽車的排放量所占比例較大，根據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)（International Energy Agency，IEA）統(tǒng)計(jì)，全球超過15%的CO₂排放量來自于道路交通，尤其是汽車，發(fā)達(dá)國家或地區(qū)的汽車排放的CO₂已經(jīng)占其總量的25%。根據(jù)相關(guān)研究，空氣中PM2.5含量主要來源之一為尾氣排放。近年來，我國CO₂排放總量快速增加，2013年的CO₂排放量約為1990年的4倍，單位GDP的CO₂排放量處在全球首位。碳排放與經(jīng)濟(jì)規(guī)模密切相關(guān)，我國政府承諾2020年單位GDP的CO₂排放強(qiáng)度較2015年水平削減40%～45%，由此看出，低碳已經(jīng)成為我國迫在眉睫要解決的問題。在環(huán)境污染方面，2014年我國首次大部分地區(qū)出現(xiàn)霧霾天氣，嚴(yán)重影響了人們的健康和正常生活，這和汽車尾氣排放以及汽車生產(chǎn)制造過程中污染物的排放也有一定關(guān)系。由此看來汽車行業(yè)節(jié)能減排勢在必行。我國政府制定了大量的措施去推進(jìn)汽車節(jié)能減排工作，如開發(fā)替代能源、發(fā)展公共交通和智能交通、推廣電動(dòng)汽車等，同時(shí)在此基礎(chǔ)上大力降低傳統(tǒng)燃油汽車的燃油消耗和CO₂排放量，制定了汽車油耗法規(guī)和CO₂限制法規(guī)。

為減少汽車CO₂排放量和控制環(huán)境污染，我國政府也相繼出臺了各種油耗法規(guī)，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。2004年9月我國頒布了GB 19578—2004《乘用車燃油消耗量限值》，明確規(guī)定：2010年前乘用車新車平均油耗比2003年降低15%以上；2007年7月我國頒布了GB 20997—2007《輕型商用車輛燃料消耗量限值》，該標(biāo)準(zhǔn)是我國第一個(gè)控制商用車燃料消耗量的強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)，它不僅規(guī)定了輕型商用車輛燃料消耗量的限值，也提出了測量和記錄CO₂排放量的要求，這為以后控制輕型商用車的CO₂排放量提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。2008年4月和6月，交通運(yùn)輸部分別發(fā)布了JT/T 711—2008《營運(yùn)客車燃料消耗量限值及測量辦法》和JT/T 719—2008《營運(yùn)貨車燃料消耗量限值及測量辦法》。2012年，國務(wù)院頒布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2010—2020年）》提出：到2015年，當(dāng)年生產(chǎn)的乘用車平均燃料消耗量降至6.9L/100km，節(jié)能型乘用車燃料消耗量降至5.9L/100km以下；到2020年，當(dāng)年生產(chǎn)的乘用車平均燃料消耗量降至5.0L/100km，節(jié)能乘用車燃料消耗量降至4.5L/100km以下，商用車新車燃料消耗量接近國際先進(jìn)水平。

汽車輕量化是現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)汽車節(jié)能減排的最有效手段。在當(dāng)今車用動(dòng)力電池與發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)提升難度日益增加、交通壓力越來越大的背景下，大力發(fā)展并推進(jìn)汽車輕量化技術(shù)成為節(jié)能減排現(xiàn)實(shí)可行的重要途徑之一。

2.汽車平均整備質(zhì)量不斷增加產(chǎn)生諸多環(huán)保問題

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對汽車安全性、舒適性、智能化和可靠性的要求不斷增加，隨之而來的是汽車整備質(zhì)量不斷增加。

汽車安全性分為兩個(gè)部分：一部分是主動(dòng)安全技術(shù)，其意圖是防止汽車發(fā)生事故，它們的特點(diǎn)是提高汽車行駛穩(wěn)定性、操縱性和制動(dòng)性能，盡可能防止車禍發(fā)生，如ABS（防抱死制動(dòng)系統(tǒng)）、EBD（電子制動(dòng)力分配系統(tǒng)）、EBA（緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng)）、AFS（燈光隨動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)）、高位制動(dòng)燈、前后霧燈、后窗除霧等駕駛輔助系統(tǒng)，還有自動(dòng)駕駛技術(shù)；另一部分是被動(dòng)安全技術(shù)，即事故發(fā)生后如何對乘員進(jìn)行保護(hù)，汽車被動(dòng)安全系統(tǒng)可以分為安全車身結(jié)構(gòu)和乘員保護(hù)系統(tǒng)，其中安全車身結(jié)構(gòu)主要是為了減少一次碰撞帶來的危害，而乘員保護(hù)系統(tǒng)則是為了減少二次碰撞造成的乘員損傷或避免二次碰撞。隨著汽車性能的大幅提升，汽車行駛速度也越來越高。為確保汽車高速行駛的安全性，汽車制造企業(yè)在汽車上不斷增加安全性配置、不斷增強(qiáng)車身結(jié)構(gòu)性能，最終導(dǎo)致汽車重量不斷增加。

自20世紀(jì)80年代以來，全球汽車的平均整備質(zhì)量在持續(xù)增加，如美國1982年乘用車的平均整備質(zhì)量為1275kg，到2004年乘用車的平均整備質(zhì)量已增加到1470kg，較1982年上升了15%；歐洲汽車整備質(zhì)量變化趨勢與美國十分相似，中國也是如此，2009年乘用車平均整備質(zhì)量為1227kg，2012年上升到1295kg，年平均增長率為1.8%。

現(xiàn)在各國政府、汽車制造企業(yè)也逐步意識到這個(gè)問題，正在大力研究汽車輕量化技術(shù)，降低汽車的整備質(zhì)量。以寶馬公司的7系乘用車為例（圖1-1），1977年整備質(zhì)量的1600kg，到2008年整備質(zhì)量增加到1820kg，再到2015年寶馬公司通過大幅度的輕量化設(shè)計(jì)使其整備質(zhì)量下降到1725kg。

總之，隨著全球汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，給全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來巨大推動(dòng)力的同時(shí)，也帶來能源危機(jī)和環(huán)境污染等問題。各國為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，紛紛致力于汽車節(jié)能減排技術(shù)的研究，以期解決日趨嚴(yán)重的能源危機(jī)和環(huán)境污染問題，“環(huán)保、低碳”已經(jīng)成為世界公認(rèn)的可持續(xù)發(fā)展的主題。

1.2.2 汽車輕量化的戰(zhàn)略意義

1.汽車輕量化是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的有效手段之一

能源問題是我國乃至全球汽車產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展所必須面對的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，汽車節(jié)能不僅關(guān)系著汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，而且與各國的能源安全息息相關(guān)。節(jié)能減排已經(jīng)成為全球汽車發(fā)展的必然趨勢。一般來說，開發(fā)替代能源、改善用車環(huán)境和提高燃油經(jīng)濟(jì)性是汽車能源戰(zhàn)略中三個(gè)主要的發(fā)展領(lǐng)域，也是汽車節(jié)能減排的三種基本途徑。

替代能源是指能夠替代汽油、柴油為汽車提供動(dòng)力的能源，如天然氣、石油伴生氣、乙醇、氫氣、電能等。在上述各種替代能源中，盡管清潔能源汽車在節(jié)能減排方面有著巨大的潛力，但受到核心技術(shù)尚在發(fā)展中、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不足和短周期成本等因素的制約，在一定時(shí)期內(nèi)，傳統(tǒng)汽車不能規(guī)避承擔(dān)節(jié)能減排的重任。

改善用車環(huán)境是指通過良好的駕駛習(xí)慣和改善交通環(huán)境等措施來減少汽車使用過程的燃油消耗。改善用車環(huán)境強(qiáng)調(diào)了汽車使用人員和汽車使用時(shí)的環(huán)境因素，與汽車性能無關(guān)。

提高燃油經(jīng)濟(jì)性則是針對汽車本身的性能。提高燃油經(jīng)濟(jì)性有兩層含義：一是提高燃油經(jīng)濟(jì)性，即降低汽車的油耗水平；二是提高平均燃油經(jīng)濟(jì)性，即降低汽車社會(huì)平均油耗水平。前者是針對某一輛車而言，后者則著眼于某一類或某一范圍的全體汽車，提高單車的燃油經(jīng)濟(jì)性和提高平均燃油經(jīng)濟(jì)性的措施就涉及技術(shù)節(jié)能和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整的概念。

技術(shù)節(jié)能即通過一系列的節(jié)能技術(shù)，提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。一般認(rèn)為，汽車節(jié)能技術(shù)有發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)、整車集成節(jié)能技術(shù)、汽車輕量化技術(shù)、底盤節(jié)能技術(shù)等。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整節(jié)能是通過調(diào)整全社會(huì)的車型結(jié)構(gòu)，達(dá)到降低社會(huì)平均油耗及降低全社會(huì)燃油消耗總量的目的，但這在很大程度上受到汽車市場的影響，調(diào)整難度極大。雖然各國在應(yīng)對能源危機(jī)和環(huán)境污染的戰(zhàn)略側(cè)重和戰(zhàn)略意圖不盡相同，但仍有很多重要的共同性。西門子公司發(fā)布的在汽車上采取不同技術(shù)的節(jié)能潛力對比如圖1-2所示，從圖中可見，汽車輕量化是現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)汽車節(jié)能減排的最有效手段。在當(dāng)今車用動(dòng)力電池與發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)提升難度日益增加、交通壓力越來越大的背景下，大力發(fā)展并推進(jìn)汽車輕量化技術(shù)成為節(jié)能減排現(xiàn)實(shí)可行的重要途徑。

輕量化已經(jīng)成為世界汽車發(fā)展的潮流，減小汽車自身質(zhì)量是降低汽車燃油消耗率及減少排放的有效措施之一。隨著汽車整備質(zhì)量的增加，汽車燃油消耗量也隨之增加，但不同車型增加的幅度不同。

研究表明，汽車行駛過程中必須克服多種阻力，包括滾動(dòng)阻力、上坡阻力、加速阻力和空氣阻力，除了空氣阻力外，其他阻力都與整車質(zhì)量成正比，所以降低汽車質(zhì)量可有效降低油耗和排放，汽油乘用車質(zhì)量每降低100kg將節(jié)油0.64L/100km。非金屬會(huì)議報(bào)告也指出，汽車質(zhì)量每降低10%，可降低油耗6%～8%，排放下降4%。若滾動(dòng)阻力減少10%，燃油效率可提高7%。有數(shù)據(jù)顯示，在過去的20年間，歐盟、日本等國家或地區(qū)的汽車平均質(zhì)量已降低了25%，在未來10～15年內(nèi)，汽車平均質(zhì)量還將降低20%～25%。通過輕量化節(jié)能減排與其他技術(shù)手段并不沖突，無論采用哪種手段，輕量化都可以在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步節(jié)能減排。即使是電動(dòng)車，減輕了車身質(zhì)量，一方面可以降低能耗，另一方面也可以在同樣整備質(zhì)量的前提下增加動(dòng)力電池容量，這兩方面能都可以提升電動(dòng)車的續(xù)駛里程。可見，無論是傳統(tǒng)汽車，還是新能源車，輕量化都是重要的節(jié)能減排手段，輕量化已成為目前汽車行業(yè)的重點(diǎn)研究內(nèi)容之一。

2.汽車輕量化是提升國家汽車工業(yè)自主創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)力

近年來，消費(fèi)者對汽車輕量化的認(rèn)識不斷提升，乘用車輕量化可有效提高燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性，商用車輕量化可有效提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)輸效率，從而降低油耗和運(yùn)用成本。同時(shí)，汽車輕量化與安全性相輔相成，汽車輕量化對于主動(dòng)安全影響是正面的，輕量化可以有效增加汽車的操縱穩(wěn)定性，縮短制動(dòng)距離，為在緊急情況下采取主動(dòng)安全措施提供了更多的時(shí)間。根據(jù)國際鋁業(yè)協(xié)會(huì)的研究成果，汽車整備質(zhì)量減少10%，制動(dòng)距離可減少5%，轉(zhuǎn)向力減小6%。輕量化有利于提高汽車行駛穩(wěn)定性，有利于駕駛?cè)嗽谄嚺鲎舶l(fā)生之前采取緊急措施來避免事故的發(fā)生。汽車輕量化有利于各種主動(dòng)安全控制措施的實(shí)施，對主動(dòng)安全是有利的。通過結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)和高強(qiáng)鋼、輕質(zhì)材料的使用，并輔以先進(jìn)的輕量化工藝，在一定程度上也可實(shí)現(xiàn)汽車被動(dòng)安全性的提升。

隨著國內(nèi)外消費(fèi)者對于汽車輕量化認(rèn)識水平的不斷提升，我國自主品牌要在國內(nèi)外市場上有大的作為，提升產(chǎn)品自身的輕量化水平，是提高產(chǎn)品競爭力的重要途徑之一。汽車輕量化已經(jīng)成為世界汽車技術(shù)發(fā)展的重要方向，開展汽車輕量化技術(shù)研究與應(yīng)用也是調(diào)整汽車產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的需要，對提升我國汽車工業(yè)自主創(chuàng)新能力有著重要意義。眾所周知，汽車電氣化、輕量化和智能化是未來汽車技術(shù)發(fā)展的三個(gè)重要方向。汽車輕量化是汽車電氣化和智能化的基礎(chǔ)，汽車輕量化水平的提升，不論對于傳統(tǒng)的燃油汽車，還是對于清潔能源汽車，都是一項(xiàng)共性的基礎(chǔ)技術(shù)，對于整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。汽車輕量化又涉及汽車材料技術(shù)、汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)、汽車產(chǎn)品制造技術(shù)等多個(gè)學(xué)科，需要多產(chǎn)業(yè)聯(lián)合突破。

當(dāng)今世界汽車工業(yè)面臨的難題是：節(jié)能減排和安全，同時(shí)面臨著自然資源日趨缺少的發(fā)展局面。全球形成共識的目標(biāo)就是進(jìn)一步降低汽車的自重，減少燃油消耗量，減少廢氣排放量。應(yīng)對日益提高的車輛安全法規(guī)、燃油消耗量限值法規(guī)和汽車排放法規(guī)，汽車輕量化技術(shù)已經(jīng)成為汽車工業(yè)發(fā)展的重要研究課題之一。汽車輕量化是國家節(jié)能減排戰(zhàn)略的緊迫需要，更成為車企和全行業(yè)提高核心能力的現(xiàn)實(shí)需求。

?作者：

?魯后國，唐淳.安微江淮汽車集團(tuán)股份有限公司

?黃宗斌，徐志丹.上汽通用五菱汽車股份有限公司