新材料与工艺手册

[车身轻量化] 车身轻量化技术是汽车技术发展的一个大方向

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发表于 2015-8-28 17:09:24 | 显示全部楼层 |阅读模式

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       如果不是前一阵子的一起交通事故,恐怕大家都忘记了十几年前的汽车消费市场里曾经流传着德国车重所以德国车好的相关论调。而也正是因为那一起宝马把马自达2 直接撞成零件的交通事故,关于车子到底是轻点好还是重点的好的讨论又一次成为舆论的热点。那么,到底车子应该是越来越重呢还是应该越来越轻呢?随着关于事件的逐渐平息,笔者在今天就来讲讲关于车身轻量化的那些事。


       在开始讲述之前,笔者先摆明一个观点,车身轻量化技术是汽车技术发展的一个大方向,汽车企业轻量化技术的水平就是一家汽车企业车身设计的最高水平。即便是在新能源动力时代,轻量化技术也是新能源车车身设计所必须考虑的第一要务。


       有了这个观点,咱们就来看看轻量化技术到底都代表着些什么。


       首先,先进的轻量化技术是整车实现节能减排的最有效的措施之一。这一观点在十几年前的消费观念里就得到了市场的承认,只不过那个时候大家都把轻量化技术当成了日系车不安全的一个反例。随着以欧洲汽车企业模块化平台的陆续发布以及欧系车的轻量化技术开始以技术营销的态势推向市场,关于日系车过轻就不好的论点才逐渐消失。那么,欧系车最近几年来大肆宣传的相比于上一代车型减重达数百公斤的数据到底有什么用呢?当然就是进一步的节能减排,据研究表明,在采用相同动力系统和传动系统的前提下,乘用车的整备质量每减少10%,燃油消耗就可降低6%-8%。相比于动力技术的提升所带来的燃油消耗降低,车身轻量化技术的投入相对较少,成效也要更加显著。要知道在过去的近十年时间里,传统内燃机技术的提升所带来的经济性表现的改善也就是在8%左右。


       其次,先进的轻量化技术是车辆实现节能减排的基本原理。举个不恰当的比喻,这就好像是夏天里胖子和瘦子的区别,同样的运动强度下胖子需要消耗的能量当然是更多。那么也正是基于此,从燃油经济性标定的角度来看,车身的轻量化技术是不受任何燃油测试规程所影响的一项节能减排技术。众所周知的,目前全球范围内存在着像NEDC、JS08、WLTP这样的测试方法,而不同的动力系统在不同的测试规程下会呈现出截然不同的油耗表现。比如说在NEDC的测试规程下,小排量涡轮增压发动机拥有傲视群雄的燃油经济性,但是在WLTP的新测试规程下,由于强化了节气门大开度下的测试项目,所以小排量涡轮增压发动机的燃油经济性表现马上就呈现出了完全不同的一面。而轻量化的车身技术在任何一项测试规程里都是占据优势的,随着2017年WLTP油耗测试新规的运用,轻量化的车身设计无疑会成为很多汽车企业的一根救命稻草。这也是为什么轻量化在最近一段时间内备受欧洲汽车企业青睐的一个重要原因。

       那么,在新能源时代,车身的轻量化技术以及电池的轻量化技术体现到新能源车上的优势就在于能够有效的提升纯电动车的续航里程(参配、图片、询价) 。所以,轻量化技术是横跨汽车发展变革时代的一项基础性技术。不仅仅是日系车热衷于车身的轻量化,自上世纪九十年代以来,国际上就出现了一系列大型的推动车身轻量化技术的计划,比如欧系车企的铝制车身等等。


      讲到这里,车身轻量化的优势就算是讲完了,那么,轻量化技术都包括些什么呢?以目前国际通行的研究方向来看,汽车的轻量化技术主要包括结构的轻量化、材料的轻量化以及先进制造技术的运用三个方面。


       先来看结构的轻量化,结构的轻量化最早在上世纪八十年代由日本铃木提出,当时的铃木甚至把每一个零件的重量都精确到了以克为单位进行减重。时至今日,结构的轻量化也是车辆轻量化研究方向中最为复杂也是最具有潜力的一大设计手段。因为相比于后面即将提到的材料轻量化以及先进制造技术的运用两个方面,结构的轻量化对于整车企业而言是最容易实施同时也是花费成本最低的一种方式。不仅仅是车身,包括底盘动力等零件的设计也会大量运用到结构轻量化的设计,而综合考虑整车性能而进行的多目标优化是目前结构轻量化研究的一个热点所在。


       材料的轻量化是眼下的汽车企业最乐于向市场推广的一个方面,始作俑者当然就是历来都热衷于技术营销的欧洲车企。一般来说,材料技术的轻量化包括运用于车身领域的先进高强度钢、运用于动力底盘零部件领域的铝合金、运用于支架零件的镁合金、运用于内外饰的树脂复合材料以及先进的碳纤维材料等几种。在这其中,高强度钢在成型、碰撞、疲劳性能以及成本方面相比于后面几种材料有着更大的优势,是目前主要的汽车车身轻量化材料。为什么笔者要强调高强度钢的概念,这就又要回到以钢板厚度论安全的论调中了。还是举例说明,高强度的钢材就好比薄的铁皮,而低强度的钢材就好比厚的纸壳,孰强孰弱自然无需多言。而近年来铝制车身材料和碳纤维材料也开始呈现出占据高端的态势。


       最后一个就是先进的制造技术,先进的制造技术包括先进的成型和连接工艺,还有诸如真空压铸、内高压成型等等。其中最具有代表性的就是奥迪将铝合金和钢材实现无铆钉铆接的复合式车身成型技术。先进成型技术在一定意义上可以看做是结构轻量化技术和材料轻量化技术的一个辅助,当然,先进的成型技术也保证了整车结构的安全性。

      既然说到了轻量化,就肯定抹不开安全性的这个话题。的确,基本的动量守恒定律和动能定律告诉了我们质量大的物体在碰撞中吃亏会更小。事实上,当小车遇到大车时的碰撞也是以小车惨败而收场,这点笔者并不否认。不过,我们需要明确的是,整车结构并不是经典物理学定律中的刚性体,碰撞也并非是完全理想的状态,仅仅凭借车重就安全这一点多少是有些站不住脚跟的,至少对于整车质量相差不大的车型而言是适用的。更何况,伴随着轻量化技术的发展,车身的安全性结构也不可同日而语,而这二者之间的关系是相辅相成的共生关系,并不会存在着此消彼长的情况。也正是基于这样的原因,整车的轻量化技术也是目前国际上所公认的发展方向之一。

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