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汽车轻量化成为发展趋势
发布时间:2016年04月25日 18:42
         认识:轻量化的意义
       在“轻量化”成为近些年汽车制造商热衷的关键字之际,车厂是如何为车甩掉赘肉减重?当代汽车为什么需要“减肥”?现在国内各大车企对于旗下车型的宣传中,轻量化强调的不多,提的多的也多数是豪华车型,尤其是宝马和奥迪,另外一点,国内消费者对轻量化的认知度并不高,关注点还是在动力、安全等传统层面。汽车轻量化是指在维持原有品质指标的基础上,针对性地减轻车身重量的各种汽车制造技术。可见,正规的轻量化技术跟偷工减料完全是两码事。
        主流轻量化材料PK
       碳纤维是一种高强度的轻质材料,并且汽车行业也早已使用CFRP碳纤维增强复合材料来打造高强度的轻量化部件。然而,要生产碳纤维增强复合材料,不仅工艺复杂,还很费时,即便拥有碳纤维材料,如何让它跟其他金属部件相粘合,又是一大难题,所以用碳纤维作为轻量化主要材料的多为豪华车和超跑。
       优点:强度高,重量轻,可以采用粘结技术使得售后维修相当方便。
       缺点:碳纤维是脆性材料,受力过大直接断裂,因此损坏后基本无法修复;最致命的是高昂的成本,例如雷克萨斯推出的全碳纤维车身和底盘的LFA,售价高达30万-40万英镑。
       应用案例:宝马多款车型
       宝马对碳纤维的偏爱是显而易见的,在自己车型上使用碳纤维已有10年历史。旗下i3纯电动车与i8混动跑车是目前为止全球唯一大规模使用碳纤维的民用车型。宝马i系列的车身结构大面积采用碳纤维材料,其将碳纤维强化塑料复合组件拼合起来,组成一个Life模块。例如i3的Life模块就由150个碳纤维强化塑料组件组成。这种车型结构不但重量比钢制减轻了,车身部件也减少了三分之二,此外,去年宝马发售了M4 Coupe特别版,使用了碳纤维塑造的车身顶盖,车尾分流器、尾部扰流器、前扩散器、后视镜也均采用碳纤维。
       铝合金、镁合金
       另一类更有效的轻量化材料就是铝合金、镁合金、钛合金等低密度、高强度的轻金属材料。以仪表板金属骨架为例,镁合金制造的部件起码能比纯钢制的轻65%,但受工艺所限,现在生产高强度合金材料的成本依然很高,通常只有豪华品牌舍得广泛应用铝合金和镁合金材料。另外,由于化学性质的关系,镁合金制的车身板件要比铝合金制的贵不少,至于钛合金更不便宜。
       优点:质量轻、耐磨、耐腐蚀、弹性好、抗冲击性能优、加工成型好、100%可回收。
       缺点:抗承载能力较钢有很大的差距,所以即使是市面上全铝车身的汽车,其底盘一般仍然采用钢铁材料;制备工艺复杂,成本相对较高。
       应用案例:福特、奥迪、捷豹、通用
       在乘用车车身及部件上,用轻质的铝合金替代钢材,这并不是一件新鲜事,近几年此替代趋势的进程大大加快。路虎揽胜越野车、捷豹XE、大众奥迪A8、奔驰CLA、通用雪佛兰Corvette跑车等车身部分或全部采用铝材料。新能源车方面,特斯拉Model S车型是全铝车身,其前后悬架大部分材料也采用铝材。一般来说车身重量占到整车重量的30%-40%左右,未来全铝车身将是汽车轻量化的主要方向。
       高强度钢
       高强度钢是目前最常用的轻量化材料,国际主流车型的车身材料中,各类高强度钢所占的比例已超过70%。由于高强度钢的刚度和强度都优于普通低碳冷轧钢,故能通过减少钢板厚度或钢板截面尺寸来降低车身结构的重量。预计在未来3年内,车身高强度钢板的用量将达到65%~70%,
       优点:在抗碰撞性能、加工工艺和成本方面较铝、镁合金、碳纤维具有明显的优势,能够满足减轻汽车质量和提高碰撞安全性能的双重需要。
       缺点:钢材强度越高的同时,塑性越低,对成型造成困难;减重效果比铝合金和碳纤维略差。
       应用案例:市场在售车型
       高强度钢板的性能、成本等方面的综合因素决定了其仍是目前市场上最受欢迎的轻量化材料,也是中低端乘用车轻量化材料的首选。国际主流乘用车的车身高强度钢比例已普遍达到近60%,日韩系在50%左右,欧系部分车型甚至超过70%,国内自主品牌乘用车目前也达到50%以上,部分在售车型和在研车型也都基本达到60%。
       结构轻量化
       改变结构能减轻重量?当然可以!举个例子:从4缸发动机换成3缸发动机,就能去掉1个气缸的“赘肉”。事实上,较之单纯地采用轻量化材料,更多的制造商会结合优化结构来减轻重量,例如奥迪的ASF空间框架结构技术、大众的MQB模块化平台、丰田的TNGA模块化平台等等,都是典型的结构轻量化技术。
       所谓结构轻量化,倒不一定都如4缸变3缸那般,一味地减少零件数量,也可以把原先高度集成的部件分成多个轻质零件,同样能实现轻量化。比如大众EA111发动机的外罩是集成有滤清器的整体式铝合金罩壳,但在EA211发动机身上,就变成两个塑料件与一个装有滤清器的铝制件合成的分体式结构,虽有增加零件数量,却能降低整个部件重量。