汽车轻量化减肥秘笈 包瘦还不反弹!

2018-8-29 18:17 568 0 来自: 天天汽车
简介
我们从中国汽车工程研究院马鸣图教授《汽车轻量化和塑料复合材料的应用》一文中得到的一组数据,汽车每减重10%,将为汽车带来油耗减少6-8%,每减少消耗一升汽油,就可减少2.44kg的CO2排放,除此以外,加速时间减少8% ...

我们从中国汽车工程研究院马鸣图教授《汽车轻量化塑料复合材料的应用》一文中得到的一组数据,汽车每减重10%,将为汽车带来油耗减少6-8%,每减少消耗一升汽油,就可减少2.44kg的CO2排放,除此以外,加速时间减少8%,制动距离减少5%,转向力减少6%,也就是我们常说的车辆开起来会更轻快,指向性更好。
      减肥不光是人类的专利,在汽车行业里,车辆的轻量化,对于一款产品也有相当重要的意义。

        

轻量化车架           

如果大家经常关注新车发布会,有一个词应该每次都会听到,没错,就是“减重”,无论是家用轿车、豪华轿车、甚至硬派越野车。像前一段的全新一代宝来,车身减重40—60KG,再到近期受关注程度很高的梅赛德斯奔驰全新G级越野车,减重170KG,从中就可以看到“减肥”对于任何级别的一款车,在更新换代的时间节点上,都是极其重要的一环。

我们先来说说在赛车运动中减重对车辆的影响,俗话说的好,增加10马力,不如减重一公斤。我们举一个比较典型的例子:宾利欧陆GT大家非常熟悉,一款定位极致豪华的大型GT跑车,以此车型为基础的GT3赛车版本,相对普通车型减重达到944公斤,自身重量仅不到1300公斤,同时只保留比赛用的配置,并用碳纤维轻量化材料取代金属部件。

宾利欧陆GT

宾利欧陆GT

 除此以外,在赛车比赛中,为了让比赛更公平、更具观赏性,赛会也会引入BoP性能平衡系统,除了限制赛车的动力输出,例如涡轮增压值、进气节流阀尺寸等,另一个就是增加配重以提高赛车的最低重量。看到这里大家可能会说家用车又不是赛车,这种过于极致的做法根本不适合我们的日常生活,确实,我们在这里给大家讲赛车方面的信息,只是想通过这种更加直观的例子来告诉大家车辆减重的意义,接下来我们就说回家用车层面。

下面先说我们从中国汽车工程研究院马鸣图教授《汽车轻量化塑料复合材料的应用》一文中得到的一组数据,汽车每减重10%,将为汽车带来油耗减少6-8%,每减少消耗一升汽油,就可减少2.44kg的CO2排放,除此以外,加速时间减少8%,制动距离减少5%,转向力减少6%,也就是我们常说的车辆开起来会更轻快,指向性更好。

                                                     

轻量化这个词并不是在最近才提出,在上世纪七十年代,美国的家庭用车以大尺寸、大排量以及大重量著称,当时石油输出国限制产量与提高油价,爆发了石油危机,众多车企制定了公司的平均燃油经济性来限制车辆的油耗,以轻量化和省油为优势的日本小汽车对美国市场造成了较大的冲击。随后,以轻量化作为节能减排的手段,正式在美国汽车工业中提出和实施。

燃油车减重的目的大体可以分两类,一是为了车辆的燃油经济性,就像我们之前提到的那组数据。其次就是为了车辆的性能以及操控(代表性车型:Lotus Elise)。我们目前的大环境和趋势是发展新能源汽车,以替代越来越少的传统能源。而轻量化在新能源车辆方面提供的帮助也是比较大的。

轻量化车架 

轻量化车架 

 对于新能源汽车,大家最关注的就是续航里程,动力电池方面要想寻得突破不是一天两天的功夫,需要长时间的技术研发与积累。中国科学院杨院生教授表示,“提升电动汽车的续驶里程,除了加强电池和驱动系统之外,与车身轻量化的程度也密不可分。”整车重量若降低10kg,续驶里程则可增加大约2.5km。同时,车身减轻的重量也会为“增重大户”电池腾出空间。目前,要想让车辆顺利“减肥”,最主要的途径就是结构设计、优化、材料等方面,关于车身结构设计,技术已经比较成熟,所以在减重方面的优化空间并不大,至于材料,还是有文章可作。

对于我们日常接触最多的家用车型上,减重的手段大多是应用高强度钢材与铝材。钢材的强度得到提升后,零部件的厚度会有一定减轻,但是抗形变能力与高能量吸收能力依旧能够保持在相应的水准。铝合金凭借高强度、可循环性、耐腐蚀、密度低等特点也成为车企为车辆减重的首选。

高强度钢材与铝材车架

高强度钢材与铝材车架

我们来举几个例子,新一代福特福克斯,出自C2平台,在防撞部位应用高强度钢与铝质材料,车身刚性提高两成的同时,整车质量较上一代车型减重88公斤;总被大家诟病油耗高的牧马人,在车身方面大量使用镁铝合金材质,减重达到91公斤。

接下来要说的这种材料距离我们大众用车就有些远了,就是碳纤维。这种材料最初是应用在航天等领域,由于赛车对于重量苛刻的要求,其也被大量应用。碳纤维材料是指碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料,其材料特性用于车辆车身的制造还是有很多优势的。

碳纤维材料

碳纤维材料

碳纤维材料

碳纤维材料

首先,碳纤维材料具有更高的强度,所以在将其制作成与高强度钢相同强度的部件时,重量可减轻七成;其次是抗疲劳性,碳纤维与基体之间的界面能够阻止疲劳裂纹扩展;再有就是吸能,碳纤维材料在发生碰撞时,对于能量的吸收率能够达到钢材和铝材的四到五倍,在减轻重量的同时,车辆的安全性并没有牺牲。

碳纤维材料汽车

碳纤维材料汽车

当然这种理想的轻量化材料的成本也是相当高的,所以大量使用碳纤维的车型都是一些我们耳熟能详的超跑:法拉利、帕加尼等。根据我们得到的一些信息,以一公斤为单位,钢材成本设为1,铝材则要2.5左右,而碳纤维则需要20—30,成本达到了钢材的二十多倍。

 

克尔维特C7

克尔维特C7

 除了以上几种材料,克尔维特C7使用低密度片状模塑料,车身部件重量减轻9kg;丰田C-HR调整座椅内骨架结构,使其减重两成,强度增加两成;车辆内部燃料、水管,使用树脂材料替换金属材料,实现零部件减重将近一半,以上种种努力都是在帮助车辆减重,这么一想,还是车的待遇好,有工程师帮着减肥,想不成功都难。

总体来说,无论是传统动力还是新能源车型,在降低排放的同时,轻量化以及复合材料的发展同样是大势所趋。新材料的研发、成本控制甚至以后的回收再利用问题都将成为比较重要的发展方向,在动力电池未取得突破的时间节点,如何选好材料或许是一个值得思考的问题。



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