福特轻量化概念车背后的工程

本月早些时候，福特发布了一款轻量化概念车（Lightweight Concept vehicle），通过多种先进材料的混搭，将一辆2013款Fusion原型车的重量减少至了标准重量的25%，也就是说与一辆福特嘉年华重量相当。

据悉，这款概念车是美国能源部支持下的多材料轻量化汽车项目（Multi-Material Lightweight Vehicles project）的第一阶段（Mach-I）展示成果。项目研究内容则由Vehma International（麦格纳旗下卡斯马国际经营机构中的工程部门）和福特汽车共同主导。项目耗资2千零30万美元，美国能源部出资1000万美元，剩余的则由Vehma和福特汽车共同承担。

Mach-I阶段的主要目标，在保持车身架构与空间不变的情况下，将原型车重量减轻至基准重量的78%，也就是减重22%。这一点在福特轻量化概念车中已经达成。

而第二阶段（Mach-II）的目标是在没有架构约束的条件下，将一辆2002款福特Taurus车型减重50%。

福特全球材料和工程研究技术负责人Matt Zaluzec表示：“第一阶段的主要目标是充分应用当前已有的材料混合技术，从而为某一级别的车型减重。许多小一些的车上会采用高强钢材料来减重，在大一些的C/D级别（中国称A/B级）车型中，一般采用多种材料混搭。那么全铝和混合材料两种方案究竟哪种好？对于全新F-150皮卡来说，前者更合适。特定的车型级别采用的材料方案不同。总结来说，A/B/C级（中国称A00/A0/A）采用高强钢，C/D采用混合材料，而在更高级别的车型或SUV、卡车中，铝材料的应用比例将进一步上升。”

项目第一阶段所需工艺在整车厂中已经存在，因此无需开发全新的组装和喷涂工艺。将全新的多材料轻量化汽车（MMLV）组件集成到量产车架构中，并进行组件和整车的测试。福特将基于联邦机动车辆安全标准（FMVSS）、NVH性、耐久性、耐腐蚀性等标准来验证第一阶段的成果。

项目第一阶段从去年一季度启动，预计将在今年第三季度完成。据福特表示，第二阶段项目也已经入CAE（计算机模拟辅助）阶段。

第二阶段中，工程师需要将重达1523千克的2002款Taurus减重50%至761千克。据福特研发部门负责人David Wagner在美国能源部年度绩效评估大会上（DOE Annual Merit Review）表示，要实现第二阶段目标，或许需要牺牲一些空间和成员的舒适性，例如舍弃空调系统等。另外，车辆操控和驾乘性能也会有所下降。

David Wagner还表示：“第二阶段设计正在进行中，其真正价值在于我们究竟能够减重多少。目前，我们离达到第二阶段最终目标还差150千克，我们已经在保证最基本安全需求（联邦安全标准）的条件下减去了所有能够减重的部件，标准中没有规定汽车必须有空调，因此我们去除了空调系统。但即便如此，我们仍有很长的路要走。”

第一阶段

白车身

第一阶段中车身采用了8个高压铝压铸件用来加强架构的刚度，并减少组件的数量。将车身铸件进行阳极氧化处理预处理工序后再用结构粘合剂进行粘合，这样可增加材料的抗腐蚀性。

白车身模块制造中采用了电镀和非电镀两种组装方式，铸造工艺则采用了铝合金低压铸造和砂型低压铸造两种方式；结构中材料包括铝型材、铝/钢冲压件。

白车身中的组件节点均采用自穿刺铆钉（Self Piercing Rivets）进行联接。白车身中采用了风干和热固性两类粘结剂。

动力总成

研究团队在第一阶段中将1.0升3缸发动机组件重量减轻比例从20%-48%不等。其中，铸铝发动机缸体减重11.8千克（48%）。碳纤维油底壳减重30%；碳纤维发动机前盖板减重30%；碳纤维-铝凸轮推杆减重20%；锻铝连杆减重40%

变速箱

变速箱中，铸镁变速箱体和钟形外壳减重30%；铝制泵盖减重55%；铸镁阀体减重35%；钢镁混合离合器衬套减重幅度达60%。

悬架

悬架部分总共减重30%。工程师利用了4个155/70R 19新材料窄边轮胎，使其比原始轮胎减重30%；铸铝以及碳纤维轮毂减重30%；铝制刹车盘减重35%；中空微合金钢螺旋弹簧减重35%-55%。高硬度钢制稳定杆减重35%。

内饰组件

碳纤维座椅、仪表板分别建中28千克和8千克。微发泡内饰塑料组件减重15%-40%。车窗玻璃方面，叠层化学钢化挡风玻璃、侧门滑动玻璃、高分子聚碳酸酯等总共比基准参数减重35%。

第二阶段

第二阶段的设计是一个“全新的架构”。白车身采用了更多种的材料混搭。其中，镁材占据了较大比例，整个白车身比基准车型减重了47千克，降幅51%。底盘部分则主要依靠铝型材、铝铸件和镁锻件。

动力总成

工程师将1.0升3缸自吸发动机与6速手动变速箱搭配，后者为镁制箱体。动力总成的重量由基准车型的340千克减重至181千克。

Wagner表示，只有通过舍弃部分功能性、舒适性系统才可实现减重50%的目标。要进一步减重还需减小轮胎和轮毂的尺寸，这将牺牲车辆的操控性；而降低衬套质量同时还会增加车内隔震性变差。

此外，原本用于抑制路噪、风噪、胎噪的内饰材料也将舍弃。Dave Wagner表示：“要达成目标真的非常困难。”