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买车还在敲车门看车重?不如了解下汽车轻量化技术

凡翼车道

2018-10-26 11:20:21.壹车资讯.821

现在流行减肥,汽车也是如此。正如人减肥不能损伤健康一样,汽车"减肥"也不能损失功能性,尤其是安全性。据统计,汽车车身约占总重量的30%,空载时约70%的油耗用在车身质量上,所以车身轻量化是汽车"减肥"的关键。

如何在保证车身强度和安全性的前提下,尽可能地降低汽车车身重量,同时保持合理的成本,各企业为此煞费苦心。

使用轻量化材料

提到汽车轻量化,首先想到的就是使用重量轻、强度高的新材料,比如铝合金、镁合金、碳纤维和工程塑料等。

大家耳熟能详的就是铝合金,目前绝大多数新产品都会使用。铝的重量只有铁的1/3,并且回收利用率高,汽车中的铝有85%是可以回收的,是铁的2倍。1990年,本田推出的NSX跑车是世界上最早量产的使用全铝车身的车型。此外还有奥迪A8,以及捷豹、莲花等品牌,都在大量使用铝。

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镁合金应用也很广,镁的重量只有铁的22%,铝的66%,而且是比较容易加工的金属,回收使用率能达到100%。2006年,雪佛兰在自家超跑科尔维特的发动机中,使用了镁合金。

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当然,最理想的材料当属碳纤维。碳纤维是由化纤和石油经过特殊工艺制成的纤维,除了和一般碳素材料一样具备耐高温、耐摩擦、导电、导热等特性外,它强度更高、质量更轻,更耐腐蚀。

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碳纤维的密度不到钢的1/4,但抗拉强度却是钢的7-9倍,抗拉弹性也高于钢,在2000摄氏度以上的高温惰性环境中,是唯一强度不下降的物质。但是,碳纤维目前成本极高,只有顶级跑车才会使用,比如宝马的i8和i3电动车,i8的车身重量不到1.5吨,i3的车身重量1.3吨左右。

宝马汽车是在碳纤维领域走在前列的厂商,投入了1亿美元用于建设碳纤维工厂,这是首个汽车制造商建设的碳纤维工厂。宝马计划今后通过自己建设碳纤维工厂,大规模生产降低成本,并且把碳纤维材料逐步普及到宝马7系等非新能源车型上。

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在车身材料的轻量化上,造车新势力的创新和尝试也算是对汽车工业做出了不小的贡献。比如蔚来ES8高比例使用铝材,与之相似的还有前途使用全碳纤维覆盖件和全铝骨架、爱驰使用上钢下铝的车身结构。

不断升级制造工艺

现在很多厂家会使用高强度钢板,在同等情况下可以做到更薄更轻,这些材料就是在普通钢中加入一些稀有金属的合金,对加工工艺要求更高。

新材料对制造工艺的要求比普通钢板要高,比如铝合金就不能够焊接,不容易钣金,喷漆也麻烦,所以多数厂家还是用钢做车身,部分使用铝,比如最常听到的就是发动机全铝机身。一般对于高强度钢的热冲压成形工艺,在强度超过1000MPa以上时,一些几何形状比较复杂的零件,使用常规的冷冲压工艺几乎无法成形。

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另外在车身加工中,更先进的焊接工艺也可以保障车身的刚性。比如激光拼焊板可将不同材质、不同厚度、不同强度和不同表面镀层的板坯拼合起来,然后整体进行压型。激光拼焊板工艺已在汽车领域应用成熟,用于制造车门内板、加强板、立柱、底板和轮廓等部件。

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还有无孔性压铸法生产的铝合金大量应用于车轮、进气歧管以及动力转向壳等部件上,由于应用铝材且壁厚减小,轻量化效果显著。

车身结构不断优化

有了更先进的材料,再用上更先进的制造工艺,进一步降低车重,就只能在设计环节想办法了。汽车结构非常复杂,最优化的设计可以减到很多不必要的东西,对减轻汽车的重量作用巨大。如今CAD(计算机辅助设计)、CAE(计算机辅助工程)以及3D打印等技术,为更优化的结构设计提供了可能。

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总之,车身结构优化就是提高材料的利用率,去除零部件冗余部分,同时又使部件薄壁化、小型化、中空化和复合化以减轻重量,最后实现轻量化。

车身轻量化迫在眉睫

在燃油车时代,车身轻量化可以省油。而进入电动车时代,由于技术限制,续航里程还无法达到燃油车的水平,所以对车身轻量化的需求更迫切。比如纯电动汽车特斯拉model S,在使用了铝合金车身的前提下,质量依然在2吨左右。如果能再减重的话,那么加速和制动性能还会再提升,续航里程也会更好。所以,汽车减重未来仍将是汽车制造的最大课题。

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