節能減排是的核心驅動力。對于燃油車，以美國CAFé為代表的標準，要求燃油車的排放不斷降低；對于電動車，則希望用同樣的電量獲得更多的續航里程（降低單位動力的能耗）。事實上，在城市工況，汽車的能耗大部分都與質量有關，包括滾動阻力、加速阻力和爬坡阻力等。一般來說，燃油車的整車重量每降低100 kg，每百公里油耗可降低0.5 L；電動車的整車重量每降低100 kg，總續航里程可增加10 km。另外，從汽車的駕駛性能的角度來看，輕量化會帶來加速性能、制動性能、轉向性能和爬坡性能的提升。因此，輕量化很有前景，而且隨著未來自動駕駛技術的成熟和落地，汽車的整體結構和輕量化會出現顛覆式創新。
當然，輕量化的前提是保證汽車的安全性和舒適性。在不犧牲任何安全性和舒適性的前提下，依靠輕量化的技術，提高經濟性和動力性，才是輕量化的真正目標。此外，輕量化和成本的平衡也是主機廠最關注的問題。如圖1，從A點到B點是成本控制部門最希望做到的，既減重又降成本；從B點到C點則需要權衡為了提高輕量化收益可以接受多大的成本增加（除了動力性和經濟性，輕量化水平也可以展示主機廠的技術和品牌領先性；中高端的汽車，輕量化水平會比較高，同時也可以接受輕量化帶來的成本增加；PS：一聽全鋁車身或碳纖維車身，大家就會覺得車的逼格很高，當然也很會比較貴）。
圖1. 汽車輕量化與成本的關系。
如何實現汽車輕量化？
輕量化的方法包括輕量化材料、輕量化工藝和輕量化設計。這里針對提問者的側重，我主要說一下輕量化材料的應用。
對于輕量化材料，從中國汽車工程學會2016年發布的《節能與新能源汽車技術路線圖》可以看出材料是如何規劃的。未來十幾年，主要是增加高強度鋼、鋁合金、鎂合金和碳纖維增強復合材料的用量。（科普：高比強度的材料在同樣的強度下可以更薄更輕。）
圖2. 節能與新能源汽車技術路線圖。
關于鋼材料，按屈服強度的大小，大致分為軟鋼、高強鋼、先進高強鋼、熱成型鋼和超高強鋼（LSS ≤ 220 MPa、HSS ≤ 590 MPa、AHSS ≤ 1080 MPa、PHS ≤ 1500 MPa、UHSS ＞ 1500 MPa）。目前，鋼材料是大部分汽車的白車身、開閉件（四門兩蓋）和底盤（車架）的主要材料，其中，非重要傳力件用普通鋼，與剛度相關的用高強鋼或先進高強鋼，與碰撞相關的用熱成型鋼。
關于鋁材料，重點說一下。目前，大部分汽車的用鋁量不高（低于10%），主要用于白車身（前后防撞梁和吸能盒）和底盤（轉向節、控制臂和輪轂）。當然，也有為數不多的全鋁車身的典型代表，包括捷豹全系列、特斯拉Model S和Model X、蔚來ES8等。全鋁車身是大家公認的技術亮點，相較于全鋼車身，減重在40%左右，但綜合成本會增加3~5倍（原材料成本和工藝成本）。事實上，針對“在國內是鋁的大量使用還是其他材料使這一問題得到實現呢”這個問題，答案絕對不是全鋁車身，而是鋼鋁混合（鋁含量占車身的20%以上）再加少部分鎂合金和碳纖維增強復合材料的“多材料結構設計”。舉兩個例子，2018款奧迪A8由全鋁車身變為鋼鋁混合（鋁58%，如圖3），搭配了鎂合金和碳纖維增強復合材料，車身雖然增重54 kg，但剛度大大提高，成本也減低很多。特斯拉的Model 3為了降低成本，也放棄了全鋁車身，改為鋼鋁混合（鋁30%）。
圖3：奧迪A8的白車身材料。
關于鎂合金，簡單說一下，目前，只有少部分的汽車采用了鎂合金的輪轂及管梁支架（CCB）。未來隨著鎂合金工藝的成熟，用量會逐漸增加。我本人不太看好鎂合金在車身上的大量應用，會極大的增加工藝的難度（連接和防電腐蝕）。
關于碳纖維增強復合材料，成本是制約其發展的主要因素。目前，碳纖維增強復合材料的成本在300元/kg以上，生產效率也比沖壓節拍低很多。事實上，在百萬以下的真正量產車里，只有寶馬i3和寶馬7系使用了超過10件以上的碳纖維。國產汽車前途K50，幾乎是唯一的使用碳纖維作為全部外覆蓋件的量產車型（當然，具體以后能量產多少就不知道了）。2019年，新一代寶馬i3為了擴大銷量，減低成本，也放棄了碳纖維車身，改為全鋁車身。此外，除了碳纖維增強復合材料，其他塑料的用量也會逐漸增加。“以塑代鋼”和“以塑代玻璃”是塑料行業從業人員不懈努力的方向。
輕量化的工藝，主要包括成型工藝和連接工藝，其本質就是通過先進的工藝實現輕量化材料的成功應用。舉兩個我認為未來很有前景的工藝：關于成型，我比較看好金屬和碳纖維增強復合材料的3D打印，兩者可以最大程度的發揮輕量化結構設計的優勢，同時降低制造成本（主要是碳纖維增強復合材料）；關于連接，先進的連接工藝是實現“多材料結構設計”的前提，除了熔化焊接和機械連接，我認為結構膠會使用的越來越多（像積木一樣模塊化組裝是未來汽車的發展方向）。
輕量化的設計，主要包括結構優化和集成優化。結構優化是通過CAE分析，設計新的輕量化結構或者是在原有結構上優化掉性能冗余的部分（減薄和打孔是比較常用的方法，結構的拓撲優化是比較有挑戰性的）；集成優化是通過模塊化和集成化的設計，減少零部件的數量，實現功能的集成。舉兩個例子，前端模塊是比較成熟的集成優化，通過塑料的前端框架，將散熱器、前大燈、防撞梁及其他冷卻系統安裝在一個部件上。另外一個集成優化的例子就是電動汽車的“電機+減速器+電機”的三合一，既可以實現輕量化，又節省了空間。
總之，輕量化是很有前景的，可以通過輕量化材料、輕量化工藝和輕量化設計來實現。“多材料結構設計”是實現的主要方法。隨著汽車“新四化：電動化、網聯化、智能化、共享化”的發展，模塊和集成化的新材料、新工藝和新設計會帶來意想不到的新潮流。事實上，關于汽車，一切都在改變。
