2023轻量化发展白皮书

序一 亲爱的白皮书的读者们： 我谨代表中国（德国）研发创新联盟，在此为联盟轻量化专委会白皮书的发布，表示热烈祝贺！ 中德两国政府均将轻量化技术列入国家发展战略，大力推进系统轻量化、结构轻量化以及轻量化新材料的创新和应用。联盟成立至今，根据当前世界科技创新、学科交叉融合发展的特点，紧紧依靠中德两国的科学技术资源，坚持问题需求为导向，解决企业发展瓶颈问题，开展多元化开放式合作，适应国际科技新变化。积极整合创新资源，不断拓展创新宽度与深度，增强创新能力，夯实创新基础，确保国际合作创新的可持续发展。 联盟以“共商、共建、共享”为宗旨，坚持“正当其时，舍我其谁”的理念，成立轻量化专业委员会。专委会作为中德两国科技创新和友好交流的桥梁，是一个提供中德两国轻量化技术、信息、资源、人才对接的平台，将发挥中德两地资源优势，进一步加强中德两国间在轻量化技术领域的合作共赢，促进民间轻量化技术交流创新，满足两国轻量化技术需求。 发表轻量化白皮书，是专委会信息交流平台搭建的重要一环。白皮书中涵盖了专委会简介、中德两国轻量化技术发展简介以及专委会成员单位简介。希望能够通过这份白皮书，扩大专委会在行业内的影响力，并将专委会的现阶段成果汇报给行业内企业以及相关政府机构，为专委会未来的发展打下坚实的基础。 最后，感谢参与白皮书编撰的各位同仁！感谢你们为联盟和专委会的付出，感谢你们为中德研发创新工作的努力！ 雷宪章德国国家工程院院士 中国(德国)研发创新联盟主席 2022年5月 序二 积极推动汽车轻量化发展，助力“双碳”目标实现 （2022年6月20日在轻量化专委会第二次会员论坛上的发言） 尊敬的各位来宾、各位专家、各位同仁，朋友们：大家好！ 感谢主办方的盛情邀请，非常有幸出席中国（德国）研发创新联盟轻量化专委会“轻量化专题交流”论坛，非常高兴通过云端在线上和各位新老朋友见面，探讨和推进汽车轻量化发展应用事项，对进一步推动汽车产业低碳可持续发展具有重要的现实和战略发展意义。首先，我谨代表中国汽车工业协会，热烈祝贺论坛会的顺利召开！ 中国（德国）研发创新联盟轻量化专委会，本着共商、共建、共享的宗旨，致力于中德两国科技创新合作和交流，搭建中德两国轻量化技术、信息、资源、人才的对接平台，非常值得肯定！ 众所周知，21世纪汽车制造业呈现出电动化、智能化、网联化和共享化的发展趋势，在此大背景下，汽车轻量化是实现汽车新四化的重要举措，也是实现汽车节能减排的重要技术路径，有效助推汽车产业的可持续发展。汽车轻量化不仅关系到车辆的节能、减排、安全、成本等诸多方面，同时也对世界能源、自然资源和环境具有深刻的影响，成为汽车设计、汽车材料应用技术发展的主导方向和世界汽车发展的趋势。下面我简要讲几点供大家批评指正： 一、汽车轻量化能够减少损耗、提高效率，这是全汽车产业一致共识。 对于传统燃油车，轻量化通过减重可以降低二氧化碳的排放。据测算，传统燃油车整备质量每减少100kg，每百公里油耗可降低0.3-0.6L，二氧化碳排放可减少约6-14克/km。对于新能源汽车，轻量化构造可以降低电动车的重量，提高电动车的行驶里程。电动车整备质量每减少10%，续航里程将提升5-6%，以整备质量1500kg、续航500km的新能源汽车为基准，汽车整备质量每减少150kg，续航里程提升25km。此外，轻量化趋势下，整车的制动性能、加速性能以及最大时速等参数也会得到较好的表现。 二、轻量化是汽车产业绿色转型的重要手段，新能源汽车轻量化是未来发展的重点方向。我们将坚定不移。 随着国内外主要国家陆续发布实现碳中和的承诺，汽车节能减排压力增加，加速了轻量化技术发展步伐，汽车轻量化未来的关键是多材料设计，且从一开始便融入产品的开发和生产方案中，采用智能设计、新工艺和数字化的价值创造链，在减重的同时保证安全、提高性能、增加舒适度。实现汽车轻量化主要通过整车优化结构设计、使用轻量化材料和加强制造工艺创新，在遵循轻量化原则的前提下，不断地挖掘轻量化潜力，展现新的生命力。 三、中国汽车产业持续关注轻量化发展和应用，并将持续强力推进。 中国作为全球汽车产销第一大国，汽车制造业是国民经济的支柱产业，伴随着能源短缺和环境污染问题的日益凸显，在国家“双碳”目标约束下，轻量化成为汽车行业碳减排关注的焦点。《节能与新能源汽车技术路线图2.0》提出轻量化系数总体目标，要求2025年/2030年/2035年燃油乘用车轻量化系数分别降低10%/18%/25%，纯电动乘用车轻量化系数分别降低15%/25%/35%；轻量化领域近期以完善高强度钢应用体系为重点，中期以形成轻质合金应用体系为方向，远期以形成多元材料混合应用体系为目标。 四、中国汽车轻量化逐步向纵深方向快速发展，还将强化力度、加快 速度。 近年来，燃油乘用车呈现出小排量发动机高效化且车身轻量化趋势，但与汽车发达国家相比仍有较大差距，主要体现在： 一是汽车轻量化材料、工艺和结构设计技术难以达到国际一流，目前高端轻量化材料仍然大多依赖国外发达国家和地区（美日欧，德英法韩），国内车企轻量化正向设计追赶难度仍然较大； 二是国内汽车轻量化材料数据库尚未打通共享，轻量化标准和评价体系还不完善； 三是部分轻量化新技术、新材料在汽车产业链难以应用。从数据看，中国自主品牌轿车的整备质量约比发达国家同类轿车平均重8%～10%，商用车平均重10%～15%。 五、“双碳”目标下，汽车轻量化需从技术、标准和产业链合作方面 实现突破，这是我们的共同使命。 一是加强汽车轻量化材料、工艺和设计等科学研究，攻克轻量化短板瓶颈、关键共性技术和工艺，提升整车轻量化正向研发和设计水平。 二是建议整合各大车企数据库和行业轻量化数据系统，推动国内汽车轻量化数据库共享，完善汽车轻量化标准和评价体系。 为此，建议中德创新联盟轻量化专委会进一步发挥积极作用，加强汽车产业链上下游企业合作，引导国内轻合金、碳纤维、复合材料和先进成型工艺等突破市场瓶颈，实现优质国产材料的汽车应用。 六、真诚倡议，携手推动中国汽车轻量化发展和应用迈向新阶段。 汽车轻量化是汽车厂商重要的竞争力之一，是汽车产业的重要发展方向，也是一个国家技术先进程度的重要体现之一。在环保节能和激烈的市场竞争环境下，越来越多的整车、零部件厂商开始追求轻量化。中国汽车轻量化虽然起步较晚，但借助着国家“双碳”战略目标要求和中国制造的产业链优势，主流车企轻量化技术不断应用，国内汽车轻量化发展迅速，未来可期。让我们携手努力，共同推进中国汽车轻量化发展迈向新阶段。 各位专家、各位同仁，中德研发创新联盟轻量化专委会成立以来，对促进两国技术合作与进步，推动汽车产业尤其是新能源汽车轻量化技术发展方面发挥了重要作用，“汽车轻量化专题论坛”对汽车轻量化材料发展前景、产品轻量化设计等都做了很好信息、成果分享，并对中国汽车轻量化发展发表真知灼见。真诚地期待中德专家共同努力推动中国汽车轻量化发展，促进汽车产业低碳可持续高质量发展。 各位来宾、各位专家、各位同仁，让我们凝聚力量，贡献智慧，为开创中国汽车轻量化、低碳化发展的新局面而共同努力！ 分享信息、分享成果、分享观点、分享智慧，祝本次论坛会取得圆满成功！同时，祝中德研发创新联盟轻量化专委会运行顺利，取得更好成效，为促进中德研发创新合作和交流、汽车轻量化发展和推广运用做出更大贡献。 祝各位来宾、各位专家健康平安，顺心愉快！谢谢大家！ 叶盛基中国汽车工业协会总工程师中国汽车工业协会副秘书长 2022年6月 目录 序一1 序二2 第一章中国汽车轻量发展报告7 一、概述7 二、基本情况8 三、轻量化技术及其发展现状12 四、中国汽车轻量化方向13 五、国家政策支持14 六、吉林通用集团在轻量化方面的研究与应用15 第二章中国轨道交通装备轻量化复合材料应用发展报告18 一、绪论18 二、轨道交通轻量化复合材料国内外发展与应用现状18 （一）国外发展现状18 （二）背景国内发展现状21 （三）小结23 三、轨道交通复合材料市场前景与经济性分析23 （一）市场前景23 （二）经济性23 （三）小结24 四、总结24 第三章德国轻量化发展简介25 一、德国国家轻量化计划与目标27 二、德国主要轻量化团队和机构28 （一）“欧洲轻量化之父”胡芬巴赫院士团队28 （二）德国德累斯顿工业大学轻量化及复合材料学院30 1.概况30 2.九大研究团队31 3.研发装备33 （三）德国德赢技术公司34 （四）德国巴登符腾堡州轻量化局35 第四章中德轻量化领域合作典型案列36 一、背景与历程36 二、合作成果38 （一）合作模式38 （二）项目成果38 （三）人才培养40 （四）技术转移41 （五）社会效应41 第五章中国（德国）研发创新联盟轻量专业委员会42 联盟轻量化专委会部分成员42 参考文献59 轻量化发展白皮书2022编委会60 图表 图表1各汽车厂家部分镁合金零件11 图表2新能源汽车销量占比13 图表3新能源汽车市场竞争格局14 图表4产品设计和生产工业15 图表5产品轻量化实例展示16 图表6铝锻轻量化案例分享16 图表7钢锻轻量化案例分享17 图表8日本典型复合材料车体实例18 图表9韩国碳纤维复合材料应用情况19 图表10韩国碳纤维复合材料车体研究方案19 图表11韩国铁研碳纤维复合材料地铁转向架19 图表12欧洲碳纤维复合材料零部件20 图表13欧洲各类复合材料车体21 图表14欧洲试制的复合材料转向架21 图表15下一代地铁碳纤维复合材料车体22 图表16碳纤维复合材料车体22 图表17碳纤维复合材料枕梁23 图表18在德国企业中推广轻量化的阻碍和风险27 第一章 中国汽车轻量化发展报告作者：李吉宝 一、概述 轻量化技术对汽车产业的可持续发展具有重要意义，不仅关系到车辆的节能、减排、安全、成本等诸多方面，同时也对世界能源、自然资源和环境具有深刻的影响，它已成为汽车设计和汽车材料应用技术发展的主导方向。汽车轻量化技术是轻量化设计、轻量化材料、轻量化制造技术的集成应用。具体而言，实现轻量化的途径有三种。一是通过整车优化结构设计，如采用优化设计除去零部件的冗余部分（使零部件薄壁化、中空化），部件零件 化、复合化以减少零件数量，设计全新的结构等。二是优化材料设计，主要是采 用轻量化材料以减轻零部件质量。两者相辅相成，互相作用。轻量化材料是指可用来减轻汽车自重的材料，它有两大类：一类是低密度的轻质材料，如铝合金、镁合金、钛合金、塑料和复合材料等，主要用于发动机气缸体、转向盘骨架等非结构件；另一类是高强度材料来降低钢板厚度，如采用高强度钢。三是采用先进的制造工艺，使用基于新材料加工技术而成的轻量化结构用材，如连续挤压变截面型材、金属基复合材料板、激光焊接板材等。 目前，我国与汽车发达国家现有汽车轻量化水平有很大的差距，我国自主品牌轿车的自质量约比发达国家同类轿车平均重8%～10%，商用车平均重10%～15%。我国在节能和新能源汽车开发中，尤其是电动汽车（包括纯电动、混合动力和燃料电池汽车）开发中，汽车轻量化问题也十分突出。另外，国务院2012年发布的《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》提出，到2020年，当年生产的乘用车平均燃料消耗量降至5.0升/百公里，节能型乘用车燃料消耗量 降至4.5升/百公里以下；商用车新车燃料消耗量接近国际先进水平。规划目标能否实现，与汽车轻量化技术水平是分不开的。由此可见，我国汽车轻量化大有潜力可为。 新能源汽车轻量化是未来汽车行业发展方向之一，特别是对于时下发展迅速的新能源汽车而言，重量的减轻直接意味着续航里程的增加。研究发现，对纯电动汽车而言，整车重量降低10kg，续驶里程可以增加2.5km。所以越来越多的整车、零部件厂商都开始重视轻量化。 中国汽车轻量化起步较晚，借助中国制造的产业链优势，中国汽车产业发展迅速，但是与国外品牌相比，自主品牌面临巨大挑战（技术、成本、品牌等）， 不过中国主流车企大力推进轻量化技术应用