汽车能否“越轻越坚强”？-专访付于武

但凡有开车经验的人都知道：车越轻越节油。

    但人们却不怎么知道：“汽车怎么轻，如何轻”原本是一门大学问，要做好可真不容易——有很多专家花一辈子时间在上面。

    汽车的轻量化，英文名：Lightweight of Automobile，涵义是“在保证汽车的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，汽车质量降低一半，燃料消耗也会降低将近一半。当前，由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。

    近日，记者就此专访了我国汽车行业第一个合作体——汽车轻量化技术创新产业联盟(以下简称“联盟”)的理事长、中国汽车工程学会常务副理事长兼秘书长付于武。

    记者：为何说轻量化是实现汽车节能、安全、环保的重要措施？

    付于武：降低油耗，提高燃油经济性、减少排放有多种手段。从国际上看，解决汽车节能环保问题主要采用以下三种方式。一是大力发展新能源汽车，通过采用先进发动机技术和推广使用气体燃料、生物质燃料、煤基燃料、电动汽车等增加使用替代能源来减少汽车燃油消耗和对石油资源的依赖。二是大力发展先进发动机技术，通过一系列汽车电子技术的应用，提高燃烧效率，改善燃油经济性。三是大力发展汽车轻量化技术，在保障汽车安全性和其他基本性能的前提下，通过减轻汽车自身重量来实现节能减排。

    比较以上三种技术路线，在当今发动机技术提升难度日益加大的背景下，不论对传统燃油汽车，还是新能源汽车，汽车轻量化技术都是一项共性的基础技术。大力发展并推进汽车轻量化技术成为节能、减排的主导之一。

    世界铝业协会的报告指出：汽车自重每减少10%，燃油消耗可降低6%—8%，排放降低5%—6%。而燃油消耗每减少1升，CO2排放量减少2.45kg。燃油消耗量减少不仅有利于节约能源，也可有效减少污染物排放。

    记者：汽车轻量化技术近期是否比新能源汽车更具有现实意义？

    付于武：今年政府工作报告的明确提出，调结构，转变经济发展方式。汽车产业调整结构，转变发展方式重点从实现节能减排来考虑，一方面，以传统内燃机为动力的汽车仍然是主体，所以必须高度重视传统内燃机汽车的节能环保问题。现在我国传统内燃机汽车百公里油耗要比美国的汽车高出20%，比西欧和日本的汽车高出30%还要多，这部分汽车的节能潜力很大。另一方面，我们要发展新能源汽车。新能源汽车和传统能源汽车必须双向并举。

    全国政协副主席、科技部部长万钢指出：政府“大力推进新能源汽车的发展，不是要丢弃传统汽车技术。相反，我们要在充分尊重科技创新规律的基础上，进一步花大力气推动传统汽车技术的发展。”工信部副部长苗圩也指出，“我们在重视发展研发新能源汽车的同时，千万不要忘了对传统能源汽车的节能降耗。如果传统能源汽车做不好，指望在新能源汽车上实现一步跨越是不现实的”。

    预计2020年以前中国新能源汽车销量占整个销量比例的10%—15%，这意味着85%—90%的汽车仍是以石油为能源的传统汽车。所以通过各种方式提高传统汽车燃油经济性水平，显得非常迫切和现实，而轻量化技术是实现的重要措施之一。

    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%。

    对于我国汽车工业来说，轻量化技术是国家能源安全战略的需要，也是节能减排战略的需要，更是提高我国自主品牌汽车国际竞争力的需要。与国外同类车型相比，目前我国自主品牌轿车的自质量约比同类轿车平均重8%—10%，商用车平均重10%—15%；我国载货商用车自主品牌汽车在轻量化方面与进口汽车相比存在的差距更加明显，例如，载重量为40吨的牵引车，Volvo FE的整备质量为7.69吨，而我国同类车型整备质量为9.95吨，超重2.26吨，差距超过20%。重量相当的，我国自主品牌汽车比国外同类车型安全性差2—3个等级。

    所以轻量化技术对我国汽车工业尤其是自主品牌汽车的节能减排来讲，意义更加重大。

    记者：轻量化与安全性等基本性能是不是存在一定矛盾？如何平衡这种矛盾？

    付于武：面对世界各国日益严格的碰撞法规，汽车轻量化后面临的一个重要问题是如何满足车辆的碰撞法规，保证车辆的安全性。我们需要明确什么是真正意义上的轻量化。

    汽车轻量化技术是指满足汽车使用要求和成本控制的条件下，轻量化设计技术与轻量化材料、轻量化制造技术的集成应用。新材料的应用决不是对原有材料的简单替代，而是一个涉及到技术、经济、安全、环境等诸多方面的复杂系统工程，需要从材料到零部件优化设计和检测技术、先进制造技术、材料回收与再生技术、零部件维修技术等一系列关键支撑技术的突破。

    汽车轻量化技术是通过优化设计(例如通过先进的框架结构车身设计)，采用高强度的结构材料(高强度钢、高强度铝合金)，以及先进的制造技术(内高压成形技术、激光拼焊技术等)来实现，这就需要先进高强度材料的研发和应用，更需要相关工业的支持和配合。

    所以对于我国自主品牌汽车来讲，轻量化技术不但不会影响其汽车产品的安全性，相反，通过优化的结构设计，高强度的材料，以及先进的制造技术可以提升其碰撞安全性。

    记者：我国在轻量化研究方面目前处于一种什么状态？有哪些自主成果？做了哪些应用？

    付于武：国家科技部在支撑计划、863、973等重大科技计划中，开展了多种材料、制造技术的项目攻关，也取得了很多技术成果。例如在高强度钢开发、铝合金半固态成形技术、镁合金关键技术及产业化等。

    但在成果产业化方面碰到了一些障碍，进展缓慢。举例来说，国家科技部在“十五”，“十一五”两个五年计划都开展了“镁合金关键技术攻关及产业化”科技支撑计划，在原镁冶炼，合金制备技术，零部件成形技术，重大装备研发方面取得了非常好的成果。我国是镁业大国，原镁产量居世界第一，汽车产业是镁合金产品的下游产业链，汽车上有60多种零部件已有采用镁合金生产，如仪表板骨架、座椅骨架、进气歧管、车轮、支架、转向盘骨架、缸体、壳体类零件等。目前，我国单车镁合金用量不足1公斤，而国外已经达到每车5公斤。说明许多轻量化材料及制造技术在产业化应用方面还需要加以探索。所以我们提出轻量化关键材料及应用技术的重要性。

    记者：目前我国在电动汽车(包括纯电动、混合动力和燃料电池汽车)开发中，汽车轻量化问题为何十分突出？应如何解决？途径是什么？

    付于武：新能源汽车，包括电动汽车(包括纯电动、混合动力和燃料电池)是我国重点支持的战略性新兴产业之一，对于我国能源安全，节能减排以及低碳排放都具有重要意义。我国科技部等部委分别在“九五”、“十五”、“十一五”等几个五年计划都投入大量经费持续支持，开展了十几年尤其是近十年的集中攻关，通过三纵三横的研发格局，在电池、电机以及电控关键技术包括相关标准制定方面取得了很大的突破，进一步缩短了我国与世界主要汽车生产国在这一领域的差距。

    新能源汽车，由于动力方式的改变，需要增加电池等动力源、电动机等动力系统、能量管理系统、回馈系统等一系列附加部件。无形中使得车辆的自重会有所增加。据统计，同等级别的混合动力车，自重要比传统能源汽车偏重300—400公斤。

    轻量化问题已经成了横亘在电动汽车发展过程中的鸿沟和大课题。按目前水平，续驶里程的公里数与电池重量的公斤数值之比为1∶1即续驶里程为100公里的电动汽车，其配置电池的重量至少要100公斤。根据奥迪公布的数据，对于新能源汽车来说，自重每减少100公斤，可以增加续航里程7.5%。所以，新能源汽车的轻量化显得更为突出。

    对于新能源汽车的轻量化，不能跨越传统汽车轻量化而实现，首先要有轻量化设计意识；从整车设计环节就开始考虑如何优化结构，实现轻量化，来提高续驶里程。其次要加快电池技术的突破，进一步提高电池能量密度，来降低电池本身的重量，同时需要进一步降低电池生产成本。第三，先进的高强度材料、制造技术使用的同时，应该同时考虑的成本控制。

    记者：联盟运行近4年，已经取得了哪些成绩？

    付于武：联盟成立以来，在国家科技部等六部门的指导和关怀下，在联盟十二个单位的共同努力下，经过联盟有效运作和联盟各单位的共同努力，联盟在关键技术攻关、共性技术平台建设方面取得了初步成效。

    一是各共性技术攻关取得较大进展。在高强度钢开发应用方面，宝山钢铁公司自主开发出了600MPa高强度钢板的批量供货能力，在800MPa以上级别的高强度钢板实现小批供货；在内高压成形技术开发及装备研制方面，哈尔滨工业大学与整车企业共同开发了轿车副车架主管内高压成形件以及国内最大吨位的5500吨内高压成形机。

    二是以目标车型为平台，围绕整车减重，效果已初步显现。在联盟5种目标车型中，东风汽车公司的某牵引车，经过结构优化设计，轻量化材料和制造技术应用，实现整车减重1400公斤，减重超过11%；轿车产品也取得较大进展，以一汽集团的奔腾B50为例，车身采用了3H结构，高强度钢应用比例达到47%，车身共有16个零件应用激光拼焊技术，实车碰撞达到了NCAP 4星级标准。吉利汽车NL-1应用激光拼焊、内高压成形等技术，高强度钢的比例提高到54%以上，车身减重超过8%，碰撞达到CNCAP 5星级，车内总体噪声下降2db，达到计划要求。

    三是共性技术平台搭建已经起步。联盟协议中明确建设两个共性技术平台，一个是数据库，另一个是汽车用钢技术规范制定。在数据库方面，在联盟整车企业和中国汽车工程研究院的支持下，目前已经拆解了9款车型33部车，共累积数据超过了250GB。为我国自主品牌汽车产品开发打下了良好的基础。在汽车用钢技术规范方面，已由联盟成员扩展到20多家汽车企业、钢铁企业以及高校、科研院所参加制定工作，目前已经启动了5类10个技术规范的制定工作。

    记者：联盟成员之间是如何协作，共同探索创新之道的？

    付于武：一是进一步统一观念，在联盟工作目标、攻关内容、联盟运行模式和工作方式等方面达成了共识；

    二是进一步完善了组织结构和管理制度，形成了联盟理事会、专家委员会、执行专务三个层面的工作机制和联盟正式成员单位、伙伴单位两个层面的工作体系；

    三是进一步充实工作目标和完善工作方案，细化了攻关内容和实施计划；

    四是进一步深化合作项目，提高合作水平，通过内部联合形成了多个专项技术产学研合作链，为后续工作的展开奠定了良好基础；

    五是进一步开展技术培训与交流，围绕联盟攻关目标组织了多个研讨活动，促进相关技术的进步；联盟每年秋季定期举办中国汽车轻量化技术研讨会，根据需要，不定期举办各种技术培训活动，有效地促进了联盟技术交流和进步。

    六是进一步开展对外宣传，通过召开新闻发布会、在学会网站上开设轻量化联盟专栏，定期发放工作简报等方式，扩大对外宣传和信息交流。

    ■相关链接

    2007年12月20日，“汽车轻量化技术创新战略联盟”正式成立。联盟由中国汽车工程学会、中国第一汽车集团公司、东风汽车公司、浙江吉利控股集团有限公司、奇瑞汽车有限公司、重庆长安汽车股份有限公司、中国汽车工程研究院(原重庆汽车研究所)、吉林大学、哈尔滨工业大学、华东理工大学、宝山钢铁股份有限公司、西南铝业(集团)有限责任公司等12个单位共同发起。联盟成员单位共同签署了《汽车轻量化技术创新战略略联盟协议书》。

    ■大事记

    2007年12月27日，汽车轻量化技术创新战略联盟正式成立。

    2008年6月，联盟正式启动了benchmark测量和数据库的建设工作。该数据库的建设将为新车型开发、车身轻量化设计提供基础数据，完善后可以促进自主品牌轿车的开发和国际竞争力的提升。

    2009年5月，联盟在重庆召开了“中国汽车用钢技术规范启动会”，会议提出了中国汽车用钢技术规范制定工作安排的初步设想。

    2009年6月，按照联盟专务工作会议的精神，经联盟理事会批准，正式启动联盟伙伴单位发展工作。

    2009年9月，联盟在江西南昌召开的“中国汽车用钢技术规范体系框架研讨会”；联盟与中国汽车工程学会在湖北武汉市共同举办“2009中国汽车轻量化技术研讨会”。《汽车轻量化技术创新战略联盟秘书处建设方案》获得科技部批准。

    2009年11月，“中国汽车用钢板技术规范工作启动会”在武汉召开，讨论了中国汽车用钢板技术规范框架和具体结构，并形成相关技术文件。

    2010年5月7日，联盟召开2010专家委员会会议，确定了联盟“十二五”项目发展路线图和项目建议书。

    ■交流平台

    东风公司对汽车轻量化工作高度重视，作为发起单位之一，积极参与了联盟各项工作并着力推出用户可接受的轻量化产品。在整车方面，我们在强化商用车领域优势的同时，向乘用车领域跨越和重点突破。东风公司将坚持在“自主创新、重点跨越、市场导向、活用资源”方面的指导下，积极建立汽车轻量化关键共性技术的科技创新平台，形成的持续开发能力。我们尤其关注轻量化关键共性技术的研究和应用，在结构设计方面，提高设计手段如CAE方面的平台建设；在新材料应用方面，加强与联盟内外的高校、研究院所的合作拓展非金属材料、高强度钢等的应用范围；在新工艺及装备方面，促进专用加工设备、成套设备的研制和装备。

    ——东风汽车公司党委副书记范仲

    吉利是汽车轻量化联盟的积极倡导者和重要参与者之一，我们承办了联盟的成立大会和后续的一些重要技术会议。联盟的建立也坚定了吉利迅速掌控轻量化核心技术的信心和决心，激励着我们不断加大研发投入、加强团队建设。目前吉利汽车研究院共有200多名工程师直接或间接参与轻量化技术的研发，涉及车身设计、工程分析、安全技术开发及动力总成轻量化等各个环节，形成了全方位轻量化攻关团队。吉利的每一款车型都有明确的轻量化目标，以及达成目标的具体措施。吉利熊猫轿车就充分应用了我们已掌握的轻量化技术，在整车重量无明显增加的情况下获得中国CNCAP碰撞五星安全成绩，这也是CNCAP评价体系建立以来第一个获此殊荣的A00级经济型轿车。