汽车轻量化材料应用的方向是什么？浙江吉利汽车研究院有限公司总工程师熊飞博士在接受AI《汽车制造业》记者采访时表示：“高强度钢、轻质合金、复合材料是未来的发展方向，同时复合材料也迎来了良好的发展机遇。”熊飞博士还强调：“轻量化方案基于等强度设计的基本原则，绝不能以降低安全性能为代价！” 单就非金属材料在汽车轻量化上的应用开发来说，概况起来可以划分为四个方向：“以塑代钢”轻量化设计开发；模块化、集成化设计开发；结构优化设计开发；材料的新应用。

熊飞博士接受AI《汽车制造业》记者采访

“以塑代钢”轻量化设计开发
“以塑代钢”是非金属材料在汽车轻量化中的重要方向之一。
以吉利的塑料后横梁设计方案为例：第一代设计方案为金属横梁，280VK，重量为9.9 kg；改良之后的第二代设计方案为金属横梁，340/590DP，重量为3.9 kg；而最新的设计方案中，塑料复合材料横梁重量仅为2kg，不仅实现了50%的减重效果，还能够满足安全性能要求。熊飞博士表示，在“以塑代钢”设计方案的同时，吉利还采用了模块化的方法，可以在减轻重量的同时大大减低生产成本。
当然，该方案也经过了大量的性能验证试验，最后通过了GB 20072-2006法规分析，满足性能要求；在被动安全测试方面，通过了ECER42&RCAR验证，其高韧性远远满足性能要求；在后碰撞分析方面，通过了GB 20072-2006法规分析，满足性能要求。
经过一系列的验证，吉利最新研发的PC/PBT后横梁已被应用在新远景车型上。该车型复合材料后防撞梁2.1 kg，减重80%；复合材料防撞梁同样满足ECE R42安全法规要求；CAE模拟分析碰撞后零件的形变小于失效形变的限值。
塑料发动机舱盖产品的开发也为吉利带来了诸多效益，能够满足行人保护法规要求，CF发动机罩具有优秀的行人保护性能。

“以塑代钢”的设计方案

模块化、集成化设计开发
模块化、集成化设计开发是企业轻量化开发的重点之一。熊飞博士举例介绍说：“2008年，吉利前端模块为全金属结构，由超过15个零部件组成，到2014年，吉利全塑框架、局部金属嵌件增强的集成化模块前端结构能够实现30%的减重效果，并大量减少零部件，而且采用PP-LFT材料，大大降低成本。此外，越来越多的供应商也在开始积极提供模块化、集成化的产品和解决方案。”

某供应商开发的前端模块系统

结构优化设计开发
以保险杠的薄壁化开发为例，国内大多数自主品牌的薄壁设计为3.0 mm壁厚，采用普通的PP滑石粉材料，单件重量4～5 kg。而丰田汉兰达、丰田雅力士和斯柯达新明锐采用2.5 mm薄厚，马自达CX-5则采用2.0 mm壁厚。薄壁化开发面临的挑战是：减薄后产品的成型问题、减薄后可能导致产品的刚性下降及减薄后导致的产品强度降低等。为解决这样的问题，吉利具体实施的技术方案是：提高材料熔体指数，增加流动性，由现行标准提高到30 g/10 min以上，解决可能充不满、注射压力大、注射温度高等问题；提高材料模量，通过技术分析，适当的提高弯曲模量，可以解决因减薄带来的强度和刚度下降问题。目前，吉利开发的薄壁化保险杠产品采用的是2.5 mm壁厚设计，高刚性PP材料，单件减重10%～15%，总计减重0.8 kg，成本降低。该产品已经完成零部件的开发与验证，性能满足要求。

材料的新应用
熊飞博士认为，材料的新应用也可实现轻量化。如塑料玻璃在汽车玻璃上有一定的应用可能，在实际应用中，塑料后背门玻璃的减重效果就非常明显。普通汽车玻璃的重量为4.5 kg，而塑料玻璃重量仅为2.5 kg，可实现减重44%。

非金属材料在汽车上的应用

碳纤维材料因其重量轻、强度大、可设计性好、耐冲击及耐腐蚀等优势，被广泛应用在汽车中，其拉伸强度是金属的3～5倍，抗冲击强度大于1 500 MPa，满足高强度零件要求；重量比钢件轻50%，比铝件轻30%，减重效果明显；冲压焊接车身重达500～600 kg，碳纤维白车身小于300 kg。兰博基尼切慕拉贡全碳纤维车身+仪表板+门护板+后围护板仅为155 kg。“碳纤维可用于制造车身结构件、覆盖件和汽车轮辋、驱动轴等零部件，用途广泛。我国电动汽车增重达30%～40%，高于发达国家（6%～16%），碳纤维复合材料在电动汽车上的应用将是一大出路，2015年世界将拥有新能源汽车500万辆，中国100万辆。”熊飞博士说道。目前，碳纤维材料价格约200～300元/kg，是通用工程塑料材料的10倍，是制约其在汽车上规模应用的主要因素。熊飞博士解释道：“尽管碳纤维的价格比较高，应用还未实现广泛化，但其在汽车轻量化的道路上无疑已经代表了未来材料发展的一种趋势，得到越来越广泛的认可和应用。碳纤维材料年需求增速达30%以上，2010年全球用量仅4万吨，预计到2016年将达到8万吨，价格可能降至70元/kg，与现在的高性能尼龙材料相当。如每辆车用CFRP材料10 kg，将能带来1000亿市场机会。”