隨著節(jié)能減排形勢變得日益嚴峻，相關部門對卡車超載的治理越來越嚴，輕量化成了近幾年來汽車行業(yè)常被探討的話題。比如，鋁合金車輪的應用就是國內(nèi)準重載車輛實現(xiàn)輕量化的一大有效手段。在了解國內(nèi)外卡車企業(yè)的卡車輕量化情況時，記者通過查閱相關外文材料得知，德國某研究機構(gòu)近期研發(fā)了一種新型的車輛輕量化技術。

汽車“瘦身” 現(xiàn)實又迫切

據(jù)每日科學網(wǎng)站9月4日發(fā)布的一篇文章稱，最近歐洲委員會出臺了一項新法規(guī)，如果汽車制造廠不能顯著降低其新生產(chǎn)汽車的二氧化碳平均排放量，它們將面臨巨額的罰款。汽車工業(yè)到了必須思索如何減少燃料消耗量和二氧化碳排放量的時候了。

如何減少汽車燃料消耗量，一條有效的途徑就是在汽車輕量化結(jié)構(gòu)上做文章，換句話說就是讓汽車“瘦”下來。但是給汽車“減肥”必須在不降低汽車安全性的前提下進行。如何在同等級別安全程度下成功給汽車瘦身，是擺在汽車設計人員面前的一道既現(xiàn)實又迫切的難題。

到目前為止，大部分車身結(jié)構(gòu)都是由同質(zhì)鋼板組成的，不同部位的鋼板厚度基本上相同。一些承擔局部應力過大的部件，要求鋼板較厚來承擔高強度局部應力。這就意味著一些不需要承擔很大局部應力部位的鋼板厚度超出了實際所需要的厚度，這就給車身增加了不必要的重量。此外，一些汽車制造廠家還喜歡用一些價格較貴的高強度鋼板，這無形之中也會增加車身重量。

使用普通強度鋼板 激光提升局部強度

國外先進的輕量化技術一直是國內(nèi)制造企業(yè)效仿的對象，其前沿技術的發(fā)展也對我國有很大的借鑒意義。最近，德國薩克森州首府德累斯頓市弗勞恩霍夫材料和射線研究所（The Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS）的研究人員研發(fā)出了一項全新的車輛輕量化結(jié)構(gòu)技術，可在充分確保車輛安全性的前提下減輕車輛重量。

來自該研究所的科學家馬庫斯·瓦格納稱：“安全性和輕量化結(jié)構(gòu)彼此并不矛盾。”為了更準確地匹配車身各個部位所承受的應力，馬庫斯·瓦格納和他的同事正在致力于創(chuàng)建一套實現(xiàn)車身輕量化的新方案，這項新方案被稱為“局部激光強化”（local laser reinforcement）。

這套方案使用的是價格低廉、強度普通、壁厚度達到最薄限度的鋼板，但這么做會導致某個部位的鋼板無法承受高強度局部應力。為解決這個難題，研究人員需要提升承受過大局部應力部位的鋼板強度。

那么這個過程具體是怎么實現(xiàn)的呢？首先，專家用聚集激光束照射未經(jīng)加工的鋼板表面，被聚集激光束照射的鋼板溫度開始升高并逐漸熔化，熔化所產(chǎn)生的熱量迅速消散并傳遞給毗連的冷材料，熱量所經(jīng)過的部位遇熱之后迅速冷卻。這個過程會產(chǎn)生硬質(zhì)相，遇熱之后迅速冷卻的材料其硬度可得到顯著強化。

“通過這個過程，我們可以得到強度達到1500兆帕的材料，新材料的強度大概是未經(jīng)強化的原始材料的2倍。”瓦格納說。在整個過程中，得到強化的鋼板并未變厚，也就是說鋼板的重量并未增加，這個方案可謂是在確保車輛安全性的前提下，對輕量化技術的一種有益嘗試。

瓦格納稱：“這個方案可被用于設計車輛前后緩沖杠、中立柱、加強筋、加強板等諸多部件。在設計這些部件時，上述方案提供了一條如何在重量和強度上作出最優(yōu)選擇的解決途徑。”

碰撞性能表現(xiàn) 可提升一倍

車輛碰撞時產(chǎn)生的壓力，足以令某個零部件瞬間產(chǎn)生大幅度變形。撞擊時，車身變形程度越小，司機得到的保護就越大。通過“局部激光強化”，上述研究所的科學家們試圖獲得抗變形性更強的零部件。

為了使車身在撞擊時變形程度更小，研究人員必須確定需要進行激光強化的最佳位置和最佳幾何形狀。比如：它們應該是點狀的、傾斜的、還是縱長的？強化部分應該選用何種材料來使車輛在撞擊時發(fā)生最小程度的變形？現(xiàn)在，研究人員可以通過電腦模擬測試探索以上所有問題的答案。據(jù)瓦格納稱：“通過電腦模擬實驗，我們可以完全模仿實地實驗并得到我們想要的數(shù)據(jù)，電腦模擬實驗得到的數(shù)據(jù)與實地實驗得到的數(shù)據(jù)相差在幾毫米左右。”

通過數(shù)值模擬研究，瓦格納和他的團隊開發(fā)出了一種彎曲應力的碰撞最優(yōu)軌跡設計。在受到不同形式的撞擊時，車輛的變形部位是不一樣的，比如說車輛迎面撞上一棵樹，與被另一輛車從側(cè)翼撞擊時所引起的變形并不相同。瓦格納團隊把這種方法應用到了實際車輛設計過程，并用激光強化。

瓦格納說：“在實際實驗中，通過我們的碰撞最優(yōu)軌跡設計，經(jīng)過激光局部強化的管道外形，在發(fā)生碰撞后的扭曲變形程度比未經(jīng)強化時減小一半，而我們在這一管道上進行激光強化的部分只占3%左右。這也就是說，我們的技術方案能夠使車輛的碰撞性能表現(xiàn)提高一倍。”

出于對乘客安全的考慮，該研究所的研究人員已經(jīng)把這項全新的技術解決方案應用到了車輛易遭撞擊的位置和座椅部件上。通過這套全新的技術方案，車輛的部件重量能夠減輕20%左右，而這是建立在完全無損車輛安全性的前提下。在下一階段，瓦格納和他的團隊將致力于通過軌道幾何形狀自動優(yōu)化來進一步完善他們的技術。