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      汽車輕量化是技術(shù)革命還是炫技?

      2015年05月14日 10:2 3054次瀏覽 來源:   分類: 新材料前沿

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          上面這張圖片其實很有意思,這是目前汽車車身輕量化追求的極致。以市場在售的A0和A級車來說,白車身的重量一般都在300~350kg之間,兩個成年人是完全不可能輕松搬動的。
        汽車輕量化概念是這幾年熱議的一個話題,那為什么汽車要“玩”輕量化?首先我們得說說什么是汽車輕量化。汽車輕量化的概念就是在保證汽車的強度、剛度、模態(tài)以及安全性能的前提下,盡可能地降低汽車的整備質(zhì)量,從而提高汽車的動力性,減少燃料消耗,降低排氣污染。
        那么汽車輕量化對于傳統(tǒng)燃油車來說,到底有多大影響?
        汽車輕量化的這個釋義我們很好理解,同等動力配置下的汽車,汽車整備質(zhì)量越輕,動力性肯定越好,油耗會越底,排放污染也就越少。但是到底對油耗和排放有多大的影響呢?我們來看看幾組官方的數(shù)據(jù)。世界鋁業(yè)協(xié)會的報告指出, 汽車整車重量降低10%,燃油效率可提高6%—8%;大眾汽車公司的研究成果認為,汽車整備質(zhì)量每減少100kg,每百公里二氧化碳排放可減少8~11g,百公里油耗可降低0.3—0.5L。盡管說法不太一致,但是都表明了輕量化對節(jié)省燃油都有直接影響。
        這組看似很美的數(shù)據(jù),對于大多數(shù)企業(yè)來說,實現(xiàn)起來并不是那么容易。目前汽車的輕量化主要依賴于鋁合金,GFRP(玻璃纖維增強塑料)和CFRP(碳纖維)等新材料實現(xiàn)減重。鋁合金比重為鋼的三分之一,但是強度不如鋼,所以在薄板的運用上厚度要比鋼板厚,在車身的使用上,均衡強度和重量后,相比如鋼制車身,可以實現(xiàn)30%~40%的減重。而玻璃纖維和碳纖維的比重都不到鋼的四分之一,能實現(xiàn)的輕量化比例就更高。但是這幾種新材料,不僅受限于加工工藝控制難,良品率低,供應鏈少,而且采購成本都非常高,對于大多數(shù)主機廠來說都較少去嘗試。目前僅僅只有奧迪的A2、A8、TT,路虎的攬勝,福特F150、特斯拉等等幾款豪華車型采用了鋁合金車身。而量產(chǎn)車目前僅有寶馬i3、i8采用了碳纖維和鋁合金通過粘連工藝組合的車身,售價都相對高昂。
        對于大多數(shù)人消費的A、B級車來說,按照世界鋁業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù)來看,整備質(zhì)量1.3噸左右的A級車要實現(xiàn)10%的減重,即130kg的重量,在不考慮鋁合金、GFRP和CFRP等新型材料的前提下,想要保證汽車的強度、剛度、模態(tài)以及安全性能,幾乎沒有可能性。通過熱成型材料以及結(jié)構(gòu)對車身進行優(yōu)化,雖然剛度提升了,車身的減重空間卻非常有限,不超過車身總重的5%,但是熱成型鈑金的模具開發(fā)費用卻是普通模具的兩倍以上,對于廠家來說可能是得不償失的結(jié)果。在動力和底盤的開發(fā)上,主機廠則受限于開發(fā)周期和供應商,在不使用新材料的情況下,減重空間也是非常狹小。而鋁合金、GFRP和CFRP等幾種新材料的高昂使用成本,對于成本控制比較敏感的A級車來說,使用和推廣就顯得較為困難。而類推于1.5噸以上的B級車,在底盤懸架和發(fā)動機、變速器殼體、懸置等部分會采用鋁合金減重之外,其他新材料的使用也是鳳毛麟角。
        對于國內(nèi)大多數(shù)廠家來說,目前采用鋁制車身和CFRP都不太現(xiàn)實,不僅要更改沖壓、焊接、涂裝的生產(chǎn)線,而且鋁合金和CFRP結(jié)構(gòu)件的供應鏈也幾乎處于空白,僅有美國的諾貝麗斯2015年在常熟投產(chǎn)鋁板,目前主要供給捷豹路虎。CFRP由于其成品率較低,量產(chǎn)車僅有寶馬在兩款新能源車型在嘗試。于廠家而言,與其投入更多的研發(fā)經(jīng)費和設備去實現(xiàn)效果不太明顯的輕量化,不如把更多的資源放在動力系統(tǒng)的優(yōu)化上來的實在。
        輕量化的環(huán)保是不可否認的,但是市場前景又在哪里?
        目前行業(yè)內(nèi)的一致分析認為,與傳統(tǒng)車相比,電動車的輕量化更為重要,因為電動車除了減輕車身重量外,還有在一定續(xù)航里程下的電池可以減輕重量,而電池正是電動車里最昂貴的成本部分,在汽車行業(yè)有種說法,電池的續(xù)航里程每增加10%,電池成本需增加八萬左右。因此,使用替代鋼板的新材料和新技術(shù)所增加的成本,需要用大幅度地減少電池的用量來平衡。
        目前電動車的續(xù)航里程和價格都不太令人滿意,隨著國家對于新能源汽車的補貼逐年降低,而電池技術(shù)又沒有太大進步的前提下,輕量化就顯得異常重要了。以特斯拉為例,整備質(zhì)量2.1噸,而鋰電池的電池組就高達900kg,占比達到45%左右,而車身通過使用鋁合金和玻璃纖維增強塑料(特斯拉頂蓋),相比于傳統(tǒng)車型,減重比接近40%。這也是目前特斯拉在兼具動力和續(xù)航里程上獨領(lǐng)風騷的關(guān)鍵所在。i3的車身則由碳纖維和鋁合金粘連而成,算上230kg的電池組,也只有1195kg,比同尺寸的車型來說,要輕了300Kg左右。但是其續(xù)航里程只有160km,與其電池組小是相關(guān)的。

      責任編輯:陳巖

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