汽车轻量化,就是在保证汽车强度和安全性能的前提下,尽可能地降低汽车的整备质量,从而提高汽车的动力性,减少燃料消耗,降低排气污染。实验证明,汽车重量降低一半,燃料消耗也会降低将近一半。
当前,由于环保和节能的需要,汽车轻量化已成为世界汽车发展的潮流。实施汽车轻量化的主要材料有铝合金、镁合金、钛合金、工程塑料、复合材料和高强度钢等,主要用来改造和替代车身材料。目前,汽车轻量化技术在西方发达国家发展较为先进,中国在此方面也在加紧发展。
权威研究显示,若汽车整车重量降低10%,燃油效率可提高6%&mdash
8%;汽车整备质量每减少100公斤,百公里油耗可降低0.3&mdash
0.6升;汽车重量降低1%,油耗可降低0.7%。而在驾驶方面,汽车轻量化后加速性提高,车辆控制稳定性、噪音、振动方面也均有改善。从碰撞安全性考虑,汽车轻量化后,碰撞时惯性小,制动距离减少。此外,车辆每减轻100公斤,二氧化碳排放可减少约5克/公里。
在国际车市上,汽车轻量化观念已深入人心,尤其是高端品牌都有自己在轻量化方面的独门绝技,如法拉利、保时捷、兰博基尼等。日本在轻量化方面的技术也很高,民用产品品质技术基本上是世界顶尖的,如日产尼桑350Z在轻量化方面的技术应用,对于整车在100&mdash
200公里间的提速相当有效。国产车在轻量化方面受近年来汽车发展理念更新和节能环保的影响,在技术方面也在不断改进,如刚上市的马自达睿翼2.0L自动挡车型,其整备质量为1.423T,在同级别的如雅阁、凯美瑞、新天籁等2.0L车型中,睿翼2.0L比之前车身最轻的新天籁2.0L还轻了61千克。61千克的重量相当于一个成年男性的重量,其对油耗的减少是显而易见的。据介绍,睿翼局部采用的高强度钢板最高强度达1480兆帕,之前只有航天飞行器才采用,完全能达到C&mdash
NCAP碰撞5星。

在传统观念中,同一级别的汽车越重越安全,这一观念甚至左右了消费者的购车习惯,认为车子轻就不安全。专家表示,汽车的重量与安全性没有必然联系。没有缓冲区的左右两侧,必须通过碰撞钢梁等刚性车身来提高安全性。
而对于有缓冲区的前后部分,保险杠、发动机、行李箱的吸能更加重要。

为了应对迫切的全球气候变暖和能源危机,节能减排——已经成为全球汽车企业的集体课题。

研究显示,若汽车整车重量降低10%,燃油效率可提高6%~8%;汽车整备质量每减少100公斤,百公里油耗可降低0.3-0.6升,汽车重量降低1%,油耗可降低0.7%。目前国内外汽车轻量化技术发展迅速,主要的轻量化措施是轻量化的结构设计和分析、全铝车身设计、变速器轻量化。同时,机体是发动机中单件质量最大的零件,一般都超过发动机质量的1/4,甚至接近1/3。降低发动机缸体质量也是轻量化的出路。与铸铁发动机相比,全铝合金发动机可以轻一半的重量,本来轿车的总重量就不高,发动机所占的比例可是不能忽略,重量减轻的最直接效果便是油耗方面表现的增强。

下半年中国汽车工业协会完成的一份未公开的调查报告,对国内上百款在销车型进行了轻量化和油耗测试。结果显示,自主品牌与合资品牌,欧美品牌和日本品牌之间,差距明显。在人人都说自己是“节油王”的汽车市场,这份报告给出了具体的答案和未来的趋势。

马自达睿翼2.0、马自达CX-7、奔驰全新E200/E260轿车、E260双门轿跑车、兰博基尼MurcielagoLP640Roadster、海马M2、宾利欧陆Super-sport等均是以轻量化为主打卖点的。

轻量化的结构设计和分析,是目前国内外轻量化技术中发展最快的。汽车消费者对车辆安全性的要求越来越高,然而整个社会对于环保节能的呼声也越来越高,汽车制造商们不得不因此而寻求更坚固、更轻薄的造车原料。

马自达睿翼

目前欧洲大型汽车制造商正在进行“超轻型汽车”工程,在稳定价格的基础上,减轻车重30%。欧洲超轻型制车体的设计中,高强度钢占比例超过80%。

睿翼的车身大量采用高强度钢板,在提高车身碰撞安全性能的同时也减轻了重量。睿翼2.0L在油耗指标上完全不逊色于1.6L级别车型。睿翼2.0L的整备质量要比同级别2.0L的车型足足轻132公斤,相当于两个成年人的体重。但睿翼2.0L的油耗比第一代Mazda6还更加省油,为消费者带来了燃油经济性。

在新能源路线迟迟不清晰的形势下,轻量化已经成为全球主流汽车企业,应对低油耗的折中路线。

奥迪A8

而且留给中国的时间已经不多。

奥迪A8是大型豪华轿车,但它的整车质量,仅相当于一辆中型轿车。奥迪A8铝合金框架支撑着全铝合金车身的创新技术被称为“asf”(audi
space
frame)———即奥迪空间框架技术。奥迪A8的“asf”车身与比它重60%的钢质车身进行了碰撞对比试验,结果A8车身竟达到了相等的安全指标。此外,奥迪所搭载的动力系统中,有许多引擎曲轴箱已经全面采用轻量化材质。

全球标准下的中国压力

当中国以超过1000万辆的销量成为全球第一大汽车市场后,无论外部舆论是否激烈,与能源、气候相关的责任压力,其实已经向国家相关部门袭来。

2009年5月,美国总统奥巴马公布了一项汽车节能减排最新计划,目标是到2016年,美国国内生产的客车和轻型卡车百公里油耗不超过6.62升,二氧化碳排放比现在减少1/3。这项计划2012年开始实施,将使美国在2012年到2016年减少使用原油18亿桶,温室气体排放量将减少9亿立方。

早在1998年3月,国际钢协就开始在全球实施UISAB-AVC计划,从整体上研究开发新一代钢铁材料汽车结构(车身、覆盖件、悬挂系统、发动机支架及所有与结构、安全相关的部件)。世界各大铝业公司同时也结成联盟,如美国汽车材料合作伙伴影响美国最深的当属“平均燃油率标准”和“新一代汽车共同开发计划”。PNGV计划于1993年开始实施,政府每年投资2亿美元,主要用于家庭用车的减重。近十几年来,美国国家标准一直在加码。

和美国类似的是,欧洲和日本不仅在减耗排放方面推行了相关政策,而且对废旧车辆回收也作出了严格规定。如日本2001年规划由抛弃型进入循环型的社会发展模式,推行全回收或零废弃的观念。其实2001年以前,日本已有相关法令推行绿色设计及绿色采购。

通过一系列法规刺激,欧美汽车企业制造的产品,重量同过去相比减轻了20%-26%,预计未来10年内,轿车平均重量还将继续减轻20%。特别是铝合金、镁合金、工程塑料、复合材料和高强度钢、超高强度钢等轻量化材料的开发与应用,在汽车轻量化过程中将被广泛采用。

欧美和日本等汽车消费大国在排放标准上,口袋正在越收越紧。为了应对迫切的全球气候变暖和能源危机,节能减排,已经成为全球汽车企业的集体课题。在新能源路线迟迟不清晰的形势下,轻量化已经成为全球主流汽车企业的主要折中路线。

轻量化1% 油耗降低0.7%

事实上,在节能减排上,留给中国汽车企业的时间已经不多。来自中汽协的调查显示,我国国产轿车品牌与国外同类车在高强度钢比例和碰撞安全性方面存在较大差距,我国的自主品牌轿车较国外同类车重8%-10%,碰撞安全性差好几个星级。

中汽协发布的关于《汽车轻量化意义》的报告中指出:对汽车总体结构进行分析和优化,实现对汽车零部件的精简、整体化和轻质化;发动机轻量化;变速器轻量化;悬架轻量化;车身轻量化和附件轻量化是当前实现整车轻量化的六个方面。

汽车轻量化对于节约能源、减少废气排放十分重要。研究显示,若汽车整车重量降低10%,燃油效率可提高6%-8%;汽车整备质量.每减少100公斤,百公里油耗可降低0.3-0.6升,汽车重量降低1%,油耗可降低0.7%。而在驾驶方面,汽车轻量化后加速性提高,车辆控制稳定性、噪音、振动方面也均有改善。从碰撞安全性考虑,碰撞时惯性小,制动距离减小。此外车辆每减重100公斤,二氧化碳排放可减少约5克/公里。

国内外许多企业,对于汽车轻量化的设计,已经融合到了汽车设计的前期。包括铝、镁、高强度钢、复合材料、塑料等轻质材料在汽车上的应用,与结构设计以及相应的装配、制造、防腐、连接等工艺的研究应用融为一体,能直接使汽车轻量化并降低油耗。

今年年初的底特律车展中,丰田表示除了加大产品线内混合动力车型的比例之外,也计划对车辆侧边及车顶进行轻量设计(采用轻磅镀锡薄钢板),并将之视为提升车辆节油能力的重要关键。

钢铁生产厂商Arcelor-Mittal、Robert Bosch GmbH与谘询公司Arthur D.
Little的分析得出一个发人深省的结论:仅仅减轻车身重量就能节省约5%的燃油。只需在每辆车上增加212欧元的成本以购买高强度钢材,比加装任何形式的混合动力系统的油耗表现都要更低。

轻量化比新能源更现实

“我很赞成轻量化,的确从节能环保的角度看,可以说,这比新能源来得更现实一些。”专门研究传统发动机的原福特专家杨嘉林认为。但是他同时提醒,与提高发动机的性能改善油耗相比,汽车轻量化对材料的要求极其高。

譬如,F1赛车重量仅有600公斤左右,环路速度却可达400公里/小时,这是用高科技材料堆起来的。所以轻量化竞争,与其说是一场汽车节能减排的竞争,不如说更是一场汽车原材料的竞争。

“目前世界上广泛通过进一步提高合金钢、弹簧钢、不锈钢等钢种的比强度和比刚度,以及粉末冶金配件具有的多孔密度低、精度高、成本低等特点,来作为汽车轻量化的措施。”

一汽马自达销售公司总经理于洪江透露,高强度钢是目前解决轻量化最现实的手段,“采用高强度钢板,在等强度设计条件下可以减少板厚及重量。”

睿翼是一汽马自达的最新产品,在中汽协调查报告中,该车型在2.0排量车型中整车重量最轻。于洪江透露,睿翼局部采用的高强度钢板最高强度达1480兆帕,之前只有航天飞行器才采用,完全能达到C-NCAP碰撞5星。

和睿翼一样,轻量化带来的低油耗,已经越来越多被日系品牌重视。在中汽协报告中,空间和油耗比排名第一的中级车是第八代雅阁,和第七代产品相比,高强度钢采用达到了40%。

奥迪A8是大型豪华轿车,但它的整车质量仅相当于一辆中型轿车。奥迪A8铝合金框架支撑着全铝合金车身的创新技术被称为“ASF”(audi
space
frame)——即奥迪空间框架技术,ASF车身结构由挤压的铝部件及压铸件组成。奥迪全铝车身与比它重60%的钢质车身进行了碰撞对比试验,结果全铝车身竟达到了相等的安全指标。

厂家们也在不断进行新的研发,除了广泛采用的是基于新材料加工技术的轻量化结构用材,还采用塑料、复合材料等。马自达传动轴已经采用高强度低重量的碳纤维材料,后备箱采用一体式并由高强度树脂做成,保证了强度并极大地降低了重量。

有专家指出,事实上汽车轻量化后,加速性提高,车辆控制稳定性、噪音、振动方面的改善;从碰撞安全性考虑,碰撞时惯性小,制动距离减小等,都是厂家在追求的目标。