未來汽車的諸多發(fā)展方向中，現(xiàn)在關(guān)注度很高的有新能源，還有自動駕駛，然而在汽車輕量化方面，卻很少有人去關(guān)注。甚至依然有人覺得，輕了之后，車就變得不安全了。其實(shí)汽車輕量化之后，不僅可以直接降低油耗。還可以間接改善動力性能，提升駕駛性能，減少制動距離。而油耗的降低減少了污染物的排放，對環(huán)保的意義更重大。因此未來汽車的競爭，也一定是一場輕量化的戰(zhàn)爭。
現(xiàn)在中國品牌的很多車型都在往高端方向發(fā)展，汽車的用料很足。因此整車的質(zhì)量比較大。很多用戶的評價(jià)都是開起來高級感很好，就是油耗太高。因此，輕量化已經(jīng)成為擺在汽車品牌面前一個(gè)難以攻克的難題。
最早我們知道的輕量化，或許是使用了鋁合金制造車身。其實(shí)汽車的輕量化是一個(gè)系統(tǒng)工程。無比的復(fù)雜，本篇文章就給大家簡單的介紹一下。
隨著世界各國簽訂《聯(lián)合國氣候變化框架公約》等協(xié)定，環(huán)保已經(jīng)成為世界議題。作為污染大戶的汽車，一直處在輿論的風(fēng)口浪尖。現(xiàn)代汽車就制定了到2020年，生產(chǎn)的汽車質(zhì)量平均比現(xiàn)在降低10%，由此帶來油耗改善6%，污染物排放降低2.5~8.8%，加速性能提升8%，轉(zhuǎn)向性能提升6%，制動性能提升5%的總目標(biāo)。
輕量化帶來的好處十分明顯，但是實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的前提是汽車的安全標(biāo)準(zhǔn)不能降低。如何在保證安全性的基礎(chǔ)上進(jìn)行輕量化就十分困難了。目前汽車制造商的主要做法是使用重量輕，強(qiáng)度高的材料，在車身，底盤，動力系統(tǒng)等重量方面下功夫?qū)ζ囘M(jìn)行減肥。
在材料的使用方面，最受關(guān)注的是鋁合金與鎂合金，這兩種材料主要代替鋼鐵，減輕重量，提高強(qiáng)度。鋁的重量只有鐵的1/3，并且回收利用率高，汽車中的鋁有85%是可以回收的。是鐵的2倍。但是鋁也有很多缺點(diǎn)，比如鋁不能夠焊接，不容易鈑金，噴漆也麻煩，在安全性不如鋼。因此目前一些廠商只是部分使用鋁合金，車身大部分結(jié)構(gòu)還是鋼鐵的。
1990年，本田推出的NSX跑車是世界上最早量產(chǎn)的使用全鋁車身的車型，15年期間總共生產(chǎn)了1萬8000輛。而更大規(guī)模量產(chǎn)并廣為人知使用全鋁車身的汽車就是奧迪A8了，1993年奧迪發(fā)布了ASF(Audi Space Frame)技術(shù)，緊接著奧迪A8誕生。
最初奧迪A8使用全鋁車身，是因?yàn)樽约旱钠炫炣囆痛钶dquattro四驅(qū)系統(tǒng)，重量比競爭對手重100公斤。為了降低重量，才開發(fā)了全鋁車身技術(shù)。因此我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)奧迪A8即使使用了全鋁車身，整車質(zhì)量依然與競爭對手差不多。2006年推出的超跑R8，奧迪為了減輕重量，提高性能，將鋁合金的使用比例進(jìn)一步加大。今年推出的全新奧迪A8，在整車質(zhì)量上也比上一代輕28%。
在使用全鋁車身的廠商中，捷豹的貢獻(xiàn)也很大。捷豹在2003年第三代XJ車型上首次使用了鋁合金車身，在2006年發(fā)布的XK車型上，車身鋁合金的比例達(dá)到100%。隨著鋁面板圖層技術(shù)和鉚釘?shù)氖褂茫圀w70%都是鋁合金的。2013年發(fā)布的F-type，2015年第二代XE，2016年F-pace也都使用了全鋁車身。可以說，捷豹是目前汽車廠商中，推出全鋁車型最多的之一，最近幾年特斯拉大有趕超的勢頭。
提升駕駛樂趣最大的一個(gè)方法是車身前后配重比例50：50。寶馬一直在強(qiáng)調(diào)自己旗下車型的前后配重比例。2003年，寶馬汽車推出的第四代5系（E60）混動版，在車身前半部分使用了鋁合金材料，讓車身比例達(dá)到50：50。這也是全球第一款使用鋁合金材料，達(dá)到50：50比例的混合動力汽車。
還有比鋁合金更輕的金屬，那就是鎂合金。鎂的重量只有鐵的22%，鋁的66%。也是比較容易加工的金屬，并且鎂能很好吸收震動，回收使用率能達(dá)到100%。但是缺點(diǎn)是價(jià)格高，不耐高溫，容易腐蝕，因此不能使用在高性能的賽車當(dāng)中，可以使用在方向盤等不重要的零部件中。
但是現(xiàn)在很多零部件供應(yīng)商已經(jīng)開發(fā)了使用鎂合金的座椅框架，并且2006年，雪佛蘭在自家超跑科爾維特的發(fā)動機(jī)中，也使用了鎂合金。最近幾年，將這些相對稀有的金屬混入鋼板，制成的高張力鋼板和超高強(qiáng)度鋼板被廣泛使用，與普通鋼板先比，張力提高了2倍，重量也有所降低，在扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲強(qiáng)度上，比普通鋼板分別提高80%和50%以上。
與這些特殊的材料相比，通過技術(shù)工藝的提升，其實(shí)也可以提高強(qiáng)度。比如鐵板在900攝氏度加熱成型之后迅速冷卻可以加工成超高強(qiáng)度鋼板，達(dá)到1.5Gpa級別。此外，鋼板內(nèi)的填充物以及結(jié)構(gòu)構(gòu)造上的升級，也可以在保證強(qiáng)度的情況下減少鋼材料的使用，達(dá)到輕量化目的。
現(xiàn)代汽車目前新款旗艦車型捷恩斯EQ900，相比老款旗艦雅科仕，使用了3倍以上的超高強(qiáng)度鋼板，占整車車體的51%。現(xiàn)代汽車研發(fā)的混動車型ioniq整車使用了53%超高強(qiáng)度鋼。不僅碰撞性能提升，而且可以抵消電池的重量。
最近幾年，鈦合金也備受關(guān)注。鈦合金具有密度低、比強(qiáng)度高、抗腐蝕性能好、工藝性能好等優(yōu)點(diǎn)。目前主要應(yīng)用在航空航天，醫(yī)療領(lǐng)域，用在汽車上的情況還不多見。鈦合金制造的發(fā)動機(jī)氣門彈簧比鐵輕58%以上。
還有一種可以降低重量的材料是碳纖維（CFRP）它的特點(diǎn)是柔軟，抗沖擊能力很強(qiáng)，重量只有鐵的50%，鋁的70%。強(qiáng)度卻是鐵的10倍，鋁的5倍。目前，碳纖維采用一些含碳的有機(jī)纖維（如尼龍絲、腈綸絲、人造絲等）做原料，將有機(jī)纖維跟塑料樹脂結(jié)合在一起，放在稀有氣體的氣氛中，在一定壓強(qiáng)下強(qiáng)熱炭化而成。由于制造成本高，產(chǎn)量有限，因此價(jià)格也很貴，現(xiàn)在只有少數(shù)跑車和賽車上使用。
寶馬汽車是在碳纖維領(lǐng)域走在前列的廠商，投入了1億美元用于建設(shè)碳纖維工廠，這是首個(gè)汽車制造商建設(shè)碳纖維工廠。并收購了全球知名的碳纖維生產(chǎn)商德國西格里(SGL)16%的股份。目前，碳纖維的生產(chǎn)成本是鋼鐵的20倍，這就不難理解，為什么寶馬i8這么貴了。
寶馬目前在i8和i3電動車上使用了碳纖維作為車身材料，最終效果是i8的車身重量不到1.5噸，i3的車身重量1.3噸左右。在同級別車型中都是很輕的。寶馬計(jì)劃今后通過自己建設(shè)碳纖維工廠，大規(guī)模生產(chǎn)降低成本。并且把碳纖維材料逐步普及到寶馬7系等非新能源車型上。
車內(nèi)的裝飾材料也發(fā)生著變化，豪華車上的實(shí)木，金屬，普通車輛上的塑料等等，正在被高分子復(fù)合材料替代，比如FRP纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，纖維材料與基體材料（樹脂）按一定的比例混合后形成的高性能型材料。質(zhì)輕而硬，不導(dǎo)電，機(jī)械強(qiáng)度高，耐腐蝕。是車內(nèi)裝飾材料的理想選擇。
通常情況下，底盤的重量越大，穩(wěn)定性越好。車門內(nèi)的填充物，包括前后發(fā)動機(jī)蓋內(nèi)的隔音材料，包裹材料都是越輕越好。只有這樣才能降低整車的重心，提高行駛穩(wěn)定性。
此外，各種工程塑料也被光彩使用在車門內(nèi)，具有抗沖擊，耐腐蝕的特點(diǎn)，質(zhì)量也很輕。還有聚氨酯泡沫作為填充材料，使用在車門內(nèi)飾板和汽車保險(xiǎn)杠中，聚氨酯泡沫密度低，質(zhì)量輕，吸能效果好。
玻璃也是輕量化的對象，現(xiàn)在聚碳酸酯材料做成的玻璃，大有代替?zhèn)鹘y(tǒng)玻璃的趨勢。聚碳酸酯玻璃導(dǎo)熱率只有普通玻璃的20%，隔熱效果好，而且不容易碎。但是目前折射率和耐磨性不高，因此目前不能使用在前風(fēng)擋玻璃上。
模塊兒化的制造也是可以降低重量的，模塊兒化之后，車內(nèi)很多零部件的集成度更高，不僅組裝起來更容易，而且比原先單獨(dú)組裝每一個(gè)零部件，可以減輕20%的重量。
總結(jié)：
如今電動汽車快速發(fā)展，汽車的重量已經(jīng)成為制約電動汽車發(fā)展的瓶頸。純電動汽車特斯拉model S，在使用了鋁合金車身的前提下，質(zhì)量依然在2噸左右。如果能再減重的話，那么加速和制動性能還會再提升，因此減重將會是未來一段時(shí)間汽車制造中一個(gè)永恒的課題。
來源：鄭誼
