能源与环保问题的日益突出使得节能减排是全球汽车的发展方向，各国纷纷制定汽车燃油排放的政策法规，极大的促进了汽车轻量化的发展。特别是我国，石油对外依存度逐年上升（超过60%），轻量化更具有战略意义。
据相关统计，近几年生产的一辆普通轿车，其主要材料的重量构成比大致为：钢铁65%-70%、有色金属10%-15%、非金属材料20%左右。而不可否认，在轻量化趋势的影响下，各种新型材料，如轻金属材料、复合材料等将越来越多的应用于现代汽车，并且难以避免地将挤压一些传统汽车材料的占比。
千讯咨询发布的中国汽车市场前景调查分析报告显示，汽车轻量化就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，大幅度降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性及续航里程，减少燃料消耗，降低排气污染，甚至提升汽车操作性以及安全性。
汽车轻量化是集多学科一体的系统化工程，主要有3种实现途径：轻量化设计、轻量化材料和轻量化工艺。
1．新材料技术
汽车自重的1/3在车身，车身材料的选择对汽车轻量化至关重要。汽车的材料选择一般应遵循以下基本原则：①满足汽车零件的使用性能要求，如安全性、舒适性、操作稳定性等；②具有良好的工艺性能，如成形性、焊接性等；③具有较好的经济性，如低成本、可回收性等。
材料技术是推动汽车技术进步的关键，采用轻量化材料是既保证汽车的行驶安全性又减轻车身自重的一个重要手段。目前，汽车轻量化材料主要有两类：一类是高强度材料，主要指高强钢；一类是轻质材料：主要包括铝合金、镁合金、塑料、复合材料等。
（1）高强度钢材料
①高强度钢是主要的轻量化材料
钢铁材料一直是汽车生产中使用最多的材料，在同等的强度等级下，高强度钢可以最大限度地减轻钢板的厚度，达到减轻车身自重的目的。根据屈服强度的不同，可将钢分为低强度钢、高强度钢和超高强度钢。一般来说，低强度钢的屈服强度小于210MPa，高强度钢的屈服强度介于210～550MPa之间，大于550MPa的为超高强度钢。而根据强化机理的不同，可把高强度钢分为普通高强度钢（UHSS）和先进高强度钢（AHSS）。普通高强度钢包括高强度无间隙原子钢（IF）、烘烤硬化钢（BH）、含磷钢（P）、各向同性钢（IS）等；先进高强度钢包括双相钢（DP）、贝氏体钢（BP）、马氏体钢（MS）、复相钢（CP）、热成形钢（HF）、相变诱导塑性钢（TＲIP）、孪生诱发塑性钢（TWIP）等。由于钢铁材料的综合性能优良，到目前为止，采用高强度钢仍然是汽车轻量化最直接、最有效的途径，可以预见，在未来相当长的一段时期内，钢铁材料仍是汽车车身的首选材料，主要用于汽车的结构件和安全件的生产，如前后保险杠、车门防撞杆、A/B/C柱等。
②高强度钢在汽车的应用广泛，种类有所不同
高强度钢在汽车上的应用广发，可应用多种汽车零部件，各零部件所使用的高强度钢的种类有所不同。目前，许多车企已经大量使用高强度钢用于汽车的减重，效果显著。
③我国高强度钢应用与国外对比
目前，国际主流车型的高强度钢占车身的比例已达60%以上，我国车身使用比例平均在50%以上，预计未来可高达60-65%。
未来高强度钢特别是AHSS增长迅速，软钢下降明显。代表汽车用钢板发展趋势的ULSAB_AVC项目中，白车身100%使用高强度钢，超过60%为超高轻度钢。
预计2020年全球汽车高轻度钢需求量2839万吨，年均复合增长12%。
（2）铝合金材料
①铝合金轻量化效果显著，但存在技术难点
铝的密度大约是钢的1/3，是应用最为广泛的轻质材料。铝合金和钢铁材料相比，具有热导率高、耐腐蚀好、加工性能优良等优点，虽然强度不如高强钢，但是通过技术改进，完全可以使其满足汽车轻量化对强度的要求。此外，铝合金比钢更能吸收碰撞能，大约是钢的2倍，能有效提高汽车的碰撞安全性。研究表明，用铝合金替代低碳钢、铸铁或者高强钢，每千克铝合金可以减少13～20kg温室气体的排放。因此，以铝带钢是汽车轻量化技术的另外一个发展趋势，特别是在很多豪华车型上，铝对钢的替代趋势更加明显。其主要应用难点是成本较高、成型工艺不成熟。
②铝合金应用范畴
汽车用铝合金主要包括变形铝合金和铸造铝合金，铸造铝合金占据主导，占汽车用铝量的80%左右，主要用于制造发动机缸体、缸盖、离合器壳、保险杠、车轮等；变形铝合金主要用于车身覆盖件的制造，如奥迪A8就创纪录的采用了全铝合金车身。另外，铝基复合材料、泡沫铝、粉末冶金铝合金等新型的铝合金材料正在研发和应用之中。目前为止，铝合金在汽车工业应用的最大瓶颈是焊接工艺性和成本控制，进一步加强技术改进，降低成本，提高铝合金的成形性能，将大大促进铝合金在汽车工业中的应用，加速我国汽车的轻量化进程。
目前，特斯拉、BMW等外资企业及比亚迪、江淮等本土企业均通过铝合金的使用，降低汽车重量。
③全球汽车用铝需求预测
据预测，随着新能源和节能汽车的发展，未来全球汽车用铝量将进一步提升，2020年达到2300万吨左右。
（3）镁合金
①镁合金轻量化效果好于钢和铝，但应用难点更高
镁的比重为1.74g·cm－3，是铝的2/3和钢的1/4，是实际应用中质量最轻的有色金属材料，镁合金具有很高的比强度和比刚度，相比高强钢和铝合金，其轻量化效果更为明显。此外，镁合金还具有阻尼减振、散热性好和容易回收等优点，是被公认当今最具发展潜力的汽车轻量化材料。
②镁合金应用范畴
按照制造工艺不同，可将镁合金分为变形镁合金和铸造镁合金，由于变形镁合金加工制造成本较高，目前应用较多的为铸造镁合金。经过几十年的发展，已经有超过60种汽车零部件采用镁合金制造，如仪表盘骨架、座椅骨架、转向盘、变速器壳体、轮毂等，在汽车上的应用趋势将是从铸件到挤压版、板材。
③汽车是镁合金的重要消费领域
汽车是镁合金的重要消费领域，约占整体消费量的62%，采用镁合金能有效减轻整车质量，可在使用铝合金的基础上再减轻15%-20%。
数据显示，目前北美每辆汽车使用镁合金3.5kg，欧洲PASSAT和Audi A4上每辆车使用镁合金达到14kg，而国产汽车每辆用量平均仅1.5kg。专家预测，到2020年，欧美日汽车用镁合金的市场需求是77万吨，国内需求为5万～10万吨。镁合金重量轻、吸震性能强、铸造性能好，自动化生产能力和模具寿命高、尺寸稳定，作为最轻的工程材料，镁合金不仅是最适合铸造汽车零部件的材料，也是最有效的汽车轻量化材料。
2．新工艺技术
（1）热成型
热成形工艺是指将热冲压高强钢板材加热到奥氏体再结晶温度以上，保温一段时间，使之均匀奥氏体化，然后快速移动到带有冷却系统的模具内进行冲压成形，紧接着对其进行保压和快速冷却，使奥氏体转化为板条状马氏体，大幅度提高其强度。高强钢在常温下塑性变形范围窄、成形性能差、容易开裂、回弹大，已不能满足对现代汽车碰撞安全性越来越高的要求，热成形工艺正是基于高强钢冷冲压成形普遍存在的问题而发展起来的板材成形新技术。高强钢经热冲压成形后，可将其抗拉强度提高到1500MPa以上，屈服强度提高到800MPa以上，可以在减轻车身重量的同时，提高车身整体的强度和刚度，进而提高整车碰撞安全性。
热成形工艺分为两种：直接成形工艺和间接成形工艺。直接成形工艺是指直接对板材进行冲压，主要用于形状结构较简单的汽车零件；间接成形工艺是指先将板材在加热之前进行一次预成形处理，然后再在具有冷却系统的模具内进行快速冲压，主要针对那些由多块板材组合而成的、形状复杂的、变形程度较大的零件的深拉伸。此外，热成形工艺还涉及到板材的修边、切割和冲孔等工艺过程，增加了资金投入。热冲压成形所用的板材分为无镀层和有镀层的两种，无镀层的在后续加工中需要进行喷丸处理去除氧化层；有镀层的则容易造成板材加热过程中和加热炉辊道粘连。
作为一种新型的板材制造工艺，与传统的冷冲压工艺相比，热成形工艺的主要优势体现在：①回弹较小，提高了零件的尺寸精度，这是冷冲压成形所不能比拟的；②有效降低零件厚度，提高零件强度，减轻车身自重；③高温下板料具有良好的塑性和延展性，能成形较复杂的零件而不会出现疲劳破坏现象；④热成形过程中板料的变形抗力减小，能很大程度降低压力机吨位，降低了成形成本；⑤经热成形后，板料在强度大幅度提高的同时，其表面硬度也显著提高，可达到50HＲC以上，比原来状态提升2～3倍。热成形工艺主要用于汽车一些保安件和结构件的生产，主要有前后保险杠、左右车门防撞梁、A/B/C柱、地板通道等构件。
在热成形技术的应用前景方面，面临的主要问题一方面是怎样通过技术改进和工艺优化等方法进一步提升高强钢的成形性能，另一方面是如何在高温条件下延长模具的使用寿命，进一步开发耐高温冲压模具钢。在我国，热成形工艺起步较晚，没有形成可观的生产规模，不能满足我国对汽车热冲压件的大量需求，虽然国内现有一些热成形生产线，但缺乏自主知识产权。目前，各高校和企业正在逐步深入热冲压成形工艺相关课题的研究，并取得了显著成果，这对缩小我国与发达国家差距、带动本土汽车企业的发展、提升我国汽车企业的国际市场竞争力有很大影响。
（2）激光拼焊
激光拼焊工艺起源于20世纪80年代，当时主要为了解决钢厂生产的钢板宽度不足的问题，后来逐渐在汽车工业得到大力发展，据统计显示，目前全球大约有100多条激光拼焊生产线，欧洲生产的激光拼焊板占世界产量的70%，美国占20%，日本占10%。资料显示，在目前最新的钢制车身结构中，大约有50%采用激光拼焊板制造。激光拼焊工艺是目前世界上运用最为广泛和先进的车身制造技术，它是根据"裁缝"的原理，为了满足汽车零件的设计和功能要求，将不同强度、不同厚度、不同材质、不同表面处理条件的零件通过激光焊接组合成一个整体的零件，然后进行整体冲压得到所需零件形状的工艺技术。激光拼焊工艺能达到最合理的材料性能组合，降低车身整体质量，减小材料消耗，提高材料的利用率。
与传统的工艺技术相比，激光拼焊工艺应用在车身制造上有以下技术优势：①充分发挥不同强度和厚度板材的优势特性，使车身整体刚度和强度提高，减轻了整车质量；②减少模具和零件的数量和后续生产工序，降低了生产成本，提高了生产效率；③提高了零件的整体质量和材料的利用率，优化了零件结构，简化了装配工艺；④激光焊接采用对接工艺，没有搭接缝，不需要加强板，提高了拼焊板的耐腐蚀性能。目前在汽车上的应用主要有前后车门内板、前后纵梁、侧围、底板、A/B/C柱、轮罩等。
虽然目前激光拼焊技术已经在汽车领域得到了广泛应用，但其关键成形技术的研究尚不成熟。不同于普通的板材，激光拼焊板由于焊缝和母材性能、尺寸等之间的差异以及冲压后焊缝的移动问题，造成对破裂、起皱、回弹等缺陷和焊缝移动量的预测困难，传统的板材冲压理论对其已不再适用，如何建立适合于激光拼焊板冲压的成形理论是目前面临的一个主要难题。此外，目前的激光拼焊板主要局限于不同钢板或不同铝板之间的拼焊，而对异种材料如钢板与铝板、镁板之间的拼焊研究较少。
（3）液压成形
汽车轻量化除了采用轻量化材料外，在结构上"以空代实"也是汽车轻量化的一个重要途径。液压成形技术始于20世纪70年代的德国，并于90年代在汽车零部件制造中初具规模，是伴随着密封技术和计算机控制技术的发展而发展的。液压成形技术是把管状或板状板料放在密封的模具中，然后采用液态的水或油作为施力介质，替代刚性的凹模或凸模，在液体高压的作用下，贴合凸模或凹模而成形。它是一种柔性成形技术，可以成形那些强度高、形状复杂、成形性差的零件。液压成形工艺应用范围广，能成形碳钢、不锈钢、铝合金、钛合金、铜合金、镍合金等用于冷成形的材料。
液压成形技术分为板材液压成形技术和管材液压成形技术，目前，在汽车领域应用较多的是管材液压成形技术，与传统的冲压-焊接工艺相比，优点是：①节省材料，材料的利用率高，液压成形的材料利用率达到了95%～98%；②简化了模具结构，缩短了产品周期；③能一次成形中空复杂零件，减少后续的加工工序；④减轻重量的同时，由于焊点减少，提高了零件整体的强度和刚度；⑤降低了生产成本，据资料显示，管材液压成形件比传统的冲压焊接件的成本平均低15%～20%。作为一种近净成形技术，特别适合加工沿轴线截面形状连续变化的空心构件，在汽车上用到液压成形工艺的零件主要有：进/排气歧管、发动机托架、副车架、齿轮轴、曲轴、底盘、保险杠、侧门横梁、A/B/C柱、散热器支架、仪表盘支架、座椅框架等。
液压成形技术是一种涉及线性和非线性的大塑性变形过程，目前对其成形理论的研究还不成熟，不能很好地对其进行失稳预测。液压成形技术对液体压力要求高，设备昂贵，生产周期长，对成形缺陷的预测困难。需要运用Dynaform、Autoform等有限元分析软件对成形过程中的各类工艺参数进行仿真模拟和优化，从而更好地指导生产。
3．塑料应用技术
塑料是一类重要的非金属汽车用轻量化材料，近年来，塑料在汽车上的用量在急剧攀升，是目前汽车上使用最多的非金属材料，并逐渐展现出"以塑代钢"的趋势。车用塑料主要有聚丙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、热固性复合材料、ABS、尼龙和聚乙烯等。目前，塑料在汽车上的应用达到了10%以上。塑料具有比重小、耐腐蚀性好、成本低、易于加工等诸多优点，不仅能提高汽车制造的经济性、乘坐的舒适性，而且能起到美化外观的效果。塑料在汽车上的应用经历了从内饰件到外饰件再到结构件的三个发展阶段，在汽车轻量化的应用中体现出了强大的生命力。现在主要应用在仪表盘、挡泥板、保险杠、前后翼子板、车门内板、车身外板、油箱、风扇叶片等汽车零部件的制造上。车用塑料的发展方向是开发用于制造汽车结构件、安全件的高性能塑料以及塑料合金，并设法提高塑料的再回收利用率。
车用复合材料主要是指碳纤维复合材料，具有密度小、耐腐蚀、比强度和比刚度高等特点，主要用于制造汽车结构件，如汽车车身、底盘等。能在保证强度和刚度的前提下，大量减轻汽车重量。目前常用的车用碳纤维复合材料加工成型工艺主要有：手糊成型（HandLaying-up）、喷射成型（SprayMolding）、团状模塑料成型（DoughMoldingCom-pound）、片状模塑料成型（SheetMoldingCom-pound）、层压成型（LaminationProcess）、树脂传递模塑成型（ＲesinTransferMolding）、缠绕成型（WindingProcess）、反应注射成型（ＲeactionInjec-tionMolding）和拉挤成型（PultrusionProcess）等。碳纤维复合材料成本较高，制约了其在汽车工业的应用和推广，目前主要用于一些小批量的高档轿车及赛车的生产制造中。要扩大其在汽车领域的应用，必须开发低成本的快速成型技术，建立数据库和提高复合材料的回收利用率。
此外，还有多种材料在汽车轻量化方面具有很大发展前景，如钛合金、精细陶瓷、粉末冶金、金属基/非金属基复合材料等。
4．其它技术
（1）车身结构优化设计和计算机辅助集成（CAX）
车身结构优化设计可以很好地解决因上述新材料所带来的成本问题，在保证碰撞安全和操控稳定性的基础上，通过结构优化设计（如传力路径的优化，环形回路设计提升刚性）、拓扑优化等，来达到在相同的材质基础上提升受力性能。
当前，汽车设计工程师还会通过计算机系统进行CAD和CAE进行辅助分析和优化等，与结构优化一起结合，保证汽车的综合性能。此外，提高汽车零件总成水平，减少零件数量和体积，按工况优化零部件的形状，提高组件集成化程度等也可以达到优化的目的。
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