盤點2016年十二大汽車輕量化最新技術(shù)
隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，人們對汽車輕量化的要求也越來越高，隨著“節(jié)能環(huán)保”越來越成為了廣泛關(guān)注的話題，輕量化也廣泛應(yīng)用到普通汽車領(lǐng)域，在提高操控性的同時還能有出色的節(jié)油表現(xiàn)。有研究數(shù)字顯示，若汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%；若滾動阻力減少10%，燃油效率可提高3%。因此，車身變輕對于整車的燃油經(jīng)濟(jì)性、車輛控制穩(wěn)定性、碰撞安全性都大有裨益。辭舊迎新之際，蓋世汽車網(wǎng)對過去一年中汽車輕量化技術(shù)進(jìn)行盤點。
馬自達(dá)全新MX-5將采用碳素纖維打造
有國外媒體報道稱，馬自達(dá)將采用碳素纖維打造下一代全新MX-5，使得新車重量減輕許多。同時，新車在外觀和內(nèi)飾方面都有升級，動力方面也將采用一款更小的發(fā)動機(jī)。外觀方面，全新馬自達(dá)MX-5基于全新的“魂動”設(shè)計理念而打造，前臉部分，采用凌厲的大燈、霸氣十足的大嘴和醒目的空氣擾流件給整車營造出極強運動氣息。另外，值得一提的是，隨著汽車重量問題的加劇，馬自達(dá)正努力尋找方法試圖打造出一款輕量化跑車。據(jù)報道，大量使用碳纖維材料，將會造成汽車成本過高超出消費者的接受范圍，也不符合MX-5的市場定位。因此馬自達(dá)將采用低成本的碳纖維材質(zhì)，打造一款平價小跑車。
碳纖維活塞連桿搭配蘭博基尼
憑借著復(fù)合結(jié)構(gòu)鍛造技術(shù)，蘭博基尼第六元素概念車在蘭博基尼公司旗下先進(jìn)復(fù)合材料實驗室內(nèi)成功完成，該技術(shù)被應(yīng)用于制造發(fā)動機(jī)內(nèi)的活塞連桿。
如此先進(jìn)的碳纖維零件的生產(chǎn)主要得益于拉博基尼公司目前在其先進(jìn)復(fù)合材料實驗室內(nèi)探索的幾大碳基技術(shù)。
該愿景涉及多項內(nèi)容，包括：用碳纖維連接件取代鋼制連接件、將重量減輕40%-50%。V-12發(fā)動機(jī)如采用這類連接件，那么就會獲得諸多益處，即：功率和加速度將明顯提高。
公司研發(fā)部負(fù)責(zé)人毛里奇奧·雷賈尼（Maurizio Reggiani）向歐洲汽車新聞的姐妹出版物《美國汽車新聞》透露，蘭博基尼公司的目標(biāo)擁有全球首個配備了碳纖維連接件的首部量產(chǎn)車。這款碳纖維連桿本身由鍛造復(fù)合材料制成。
奧迪：組合使用多種材料，Q7減重300kg
車身減輕了300㎏，相當(dāng)于5個成年人的重量。奧迪于2016年3月在日本推出的多功能運動車（SUV）“Q7”較上代車型大幅減輕了重量。奧迪日本公司網(wǎng)絡(luò)開發(fā)部技術(shù)培訓(xùn)項目負(fù)責(zé)人奧山昌和指出：“該車按照適材、適所、適量的原則，區(qū)分使用鋁合金及高張力鋼板等多種材料進(jìn)行設(shè)計，實現(xiàn)了大幅減重。結(jié)果使燃效改善了3成以上，大型SUV也實現(xiàn)了靈活的行駛性能”。 首先來看車身，鋁合金部件占總重量的41％。主要是前端、后端及駕駛室外殼等不必追求高強度的部分。前翼子板、發(fā)動機(jī)罩及后艙門等也采用了鋁合金。
而在中柱及地板縱梁等駕駛室的主要骨架部分采用了高強度的熱鍛鋼板。熱鍛一般是指將鋼板加熱到約900℃，在軟化狀態(tài)下沖壓加工，同時利用與模具接觸的冷卻效應(yīng)強化淬火的技術(shù)?？梢詫崿F(xiàn)1500MPa級的拉伸強度和很高的尺寸精度。通過上述措施，僅車身就減輕了71kg，另外，車門也通過采用鋁合金減輕了24kg。Q7是第一款采用大眾集團(tuán)最新通用平臺“MLB evo”的汽車。大眾集團(tuán)的平臺中，奧迪“A3”和大眾“Golf”采用的“MQB”（橫置發(fā)動機(jī)車用模塊矩陣）已眾所知，而MLB evo是縱置發(fā)動機(jī)車用模塊平臺。除了奧迪Q7外，預(yù)計MLB evo還將被中型轎車“A4”、大眾SUV“途銳”及保時捷SUV“卡宴”等新車型采用。奧山指出，“即使車型類別不同，基本設(shè)計也可以通用。就連踏板高度和車軸都一樣，只是根據(jù)車型類別改變了整體尺寸和懸掛布局等。大眾集團(tuán)每年要生產(chǎn)120萬～130萬輛采用MLB evo的汽車，因此，即使進(jìn)行巨額投資也容易收回成本”。在全球環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)不斷強化的背景下，汽車廠商為了提高燃效性能，都在加快推進(jìn)汽車輕量化。而僅對部分車型種類投資的話效率很低，因此各公司正在加快平臺通用化。不過，要想開發(fā)支持從高檔到中低檔的廣泛車型種類的平臺，需要兼顧輕量化和降低成本。因此，奧迪和大眾正在集團(tuán)內(nèi)磨煉“適材適所”使用多種材料的技術(shù)。
Volvo新突破：納米材料助力新能源汽車
近日，沃爾沃宣布在汽車電池輕量化上取得突破，該技術(shù)已被應(yīng)用于S80的試裝車進(jìn)行路試。這種創(chuàng)新的輕質(zhì)電池結(jié)構(gòu)，由一種新型納米材料組成的，它包括由碳纖維、聚合樹脂組成的納米結(jié)構(gòu)，以及植入其間的超級電容器。沃爾沃還表示，這種新電池材料成本更低，也更加環(huán)保。如果將目前的電動車電池全部更換成這種新型材料，可以減低車重超過15%，效果是顯而易見的。
除了重量上的優(yōu)勢，此類電池結(jié)構(gòu)還擁有良好的可塑性，并且強度高。因此，它甚至可被應(yīng)用于車身面板及覆蓋件的制造。通過疊加的方式，將其做成電池模塊，并做成車身面板的樣子，布置在車身框架之上。這種新型電池面板可以取代車門、后備廂蓋、發(fā)動機(jī)罩、車頂?shù)取?br />
由此看來，新能源汽車可以不用再為電池單獨設(shè)計存放空間，所有車身覆蓋件均能作為電力來源，減重、不占多余空間，一舉多得。但這樣的設(shè)計勢必還要考慮車內(nèi)乘客的安全性，在發(fā)生碰撞時，覆蓋件中的電池是否會對乘客造成傷害，以及在受到擠壓變形后，是否依舊能正常運行為車輛提供電力。新能源汽車的技術(shù)突破仍然是一項大課題。
3D Design秀寶馬M4碳纖維保險杠
日本的改車達(dá)人發(fā)布了一組照片，展示3D Design的最新作品。從照片看，確實震撼人心。圖片中的寶馬M4配備了碳纖維質(zhì)地的前后保險杠，其采用了一種全新的方法確保其車型外觀更符合空氣動力學(xué)設(shè)計。車輛的前保險杠基本上換成了一款全新的設(shè)計，同時還曝光了一款空氣隔板，將其集成到設(shè)計中。而后保險杠，其特點是配有一款大型擴(kuò)散器和兩個額外的排氣孔。在后蓋向頂部，還會看到一款新型翼子板（大尾翼），該零部件同樣是由輕型材料制成，能夠增強下壓壓力，但不會增加車重。該零部件與另一個后行李蓋擾流板組成一套設(shè)備件，考慮到車身本身就配有翼子板，確實有點冗余感。不過，我想3D Design僅僅只是想要向我們展示其完整的零件配置，同時也不建議他人對后行李箱采用兩款流線型附加組件。據(jù)3D Design稱，前保險杠與寶馬F80 M3兼容，而后保險杠似乎僅適用于寶馬M4。
新寶馬5系采用鎂等輕型材料成功減重
新發(fā)布的寶馬5系雖然沒有延續(xù)新7系采用碳纖維的做法，但通過采用高強度鋼、鎂和鋁的組合仍然減重137磅(62kg)。
現(xiàn)款5系已經(jīng)相當(dāng)廣泛地采用了鋁合金，車門、發(fā)動機(jī)罩和前擋泥板使用了鋁合金。 2017新5系裝備的第一個全鋁行李箱蓋，減重9磅(4kg)。
行李箱、行李箱蓋、發(fā)動機(jī)橫梁、后側(cè)梁、車頂、發(fā)動機(jī)罩、擋泥板和車門都是鋁制的。車門采用激光切割外板的鋁外殼結(jié)構(gòu)，與先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)結(jié)合使用時，可以最大限度地降低車門的重量。
寶馬使用鑄造鎂合金儀表板，比鋼減重4磅(1.8kg)。鑒于金屬鎂的高強度、低重量和結(jié)構(gòu)剛度，已成為越來越受OEM廠商歡迎的選擇。
比起現(xiàn)款車，新一代5系整車越來越多地采用高強度鋼和超高強度鋼。這種結(jié)構(gòu)材料強度和重量都大大優(yōu)于普通鋼材。
位于雙腎格柵后面的高科技擾流板能夠自動打開和關(guān)閉，以平衡散熱器的散熱需求和提供更好的空氣動力學(xué)性能，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。
沃爾沃XC90采用GFRP板簧，使后懸掛減重4.5kg
德國漢高（Henkel）的日本法人漢高日本在“人與車科技展2016”（5月25～27日，太平洋橫濱國際會展中心）上，展示了GFRP（玻璃纖維強化樹脂）制板簧該板簧，被用于沃爾沃新款SUV（多功能運動車）“XC90”的后懸掛。上一代XC90的后懸掛采用鋼制螺旋彈簧。新車通過采用GFRP制板簧，使懸掛整體的重量減輕了4.5kg。
新款XC90采用GFRP制板簧的另一個原因是為了擴(kuò)大行李艙空間。據(jù)沃爾沃介紹，后懸掛采用螺旋彈簧時，由于彈簧自身有一定高度，擴(kuò)大行李艙空間時受到限制。因此采用了彈簧自身高度比螺旋彈簧更低的板簧。
新款XC90是采用沃爾沃新開發(fā)的中型車用底盤“可擴(kuò)展產(chǎn)品架構(gòu)（SPA）”的首款車輛。該公司計劃在使用SPA的其他車輛上，也采用這種GFRP制板簧。
福特全新GT超級跑車 選配碳纖維輪轂
福特汽車公司日前最終確認(rèn)，其全新GT超級跑車將應(yīng)用碳纖維輪轂。但是不像野馬Shelby GT350R那樣，碳纖維輪轂不是GT超級跑車的標(biāo)準(zhǔn)配置。取而代之，全新GT選擇鍛造鋁合金輪轂作為標(biāo)準(zhǔn)配置，碳纖維部件只是可選配置。
和野馬Shelby GT350R相同，全新GT使用的碳纖維輪轂也來自澳大利亞供應(yīng)商Carbon Revolution。輪轂可選擇亞光或者拋光表面，展現(xiàn)的碳纖維材質(zhì)結(jié)構(gòu)與GT350R的黑漆表面截然不同。福特發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，為GT開發(fā)的碳纖維輪轂比標(biāo)準(zhǔn)鍛造鋁合金單元重量減輕2磅，前輪轂尺寸8.5x20英寸，后輪轂尺寸11.5x20英寸，與米其林輪胎相搭配。
碳纖維輪轂的優(yōu)點非常多，其中最重要的是降低非簧載質(zhì)量（所有沒有被懸架支撐的質(zhì)量）。這就意味著懸架對附屬硬件的控制變得相對簡單，與道路表面的附著性保持始終如一，提高了牽引性能和駕駛者操控感受。相比于鍛造鋁合金輪轂，碳纖維材料的慣性降低了25%，有助于制動剎車性能、操控表現(xiàn)和車輛效能的提升。得益于碳纖維材料的天然阻尼特性，噪聲、振動等級也明顯下降，行車平順性得到改善。
Novelis鋁質(zhì)材料 應(yīng)用于凱迪拉克CT6車型
作為鋁材軋制和再循環(huán)利用領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)，Novelis公司日前宣布生產(chǎn)的鋁材已經(jīng)應(yīng)用在全新2016款凱迪拉克CT6車身中。這種最新的混合材料車輛結(jié)構(gòu)在同級別產(chǎn)品中首次被采用，將率先投放通用汽車北美和中國市場。
Novelis公司牙買加金斯敦工廠生產(chǎn)的鋁質(zhì)材料將供應(yīng)通用底特律Hamtramck制造廠，常州工廠將供應(yīng)通用上海制造廠，兩個制造廠加工的凱迪拉克CT6分別在北美和中國市場銷售。CT6車身含有62%的鋁質(zhì)材料，通過利用這種輕質(zhì)材料和先進(jìn)的接合技術(shù)，車輛整備重量獲得明顯降低，使得高級轎車CT6的重量與較小的中型轎車CTS基本相當(dāng)。和使用高強度鋼材的同級別車輛進(jìn)行對比，CT6節(jié)省了大約100千克的重量。
通用尖端的接合方法用于裝配CT6各種車身結(jié)構(gòu)件，工藝有通用專利認(rèn)證的鋁合金點焊技術(shù)，可以幫助實現(xiàn)輕量化，并增加強度和效率。激光焊接、熱熔鉆緊固件和自鉆鉚接工藝也得到應(yīng)用，另外使用了接近180米的先進(jìn)結(jié)構(gòu)型膠粘劑。在抗彎曲方面，凱迪拉克CT6的車身強度比其他競爭車型高出10%。Novelis鋁質(zhì)材料產(chǎn)品在車輛上的應(yīng)用包括：6000系列鋁合金用作車身外飾和內(nèi)飾件；5000系列鋁合金作為結(jié)構(gòu)件；多層、多種合金軋制的鋁合金板件Novelis Fusion，提高結(jié)構(gòu)強度、可成形性和尺寸穩(wěn)定性，帶來獨一無二的優(yōu)越性能表現(xiàn)；具有出色能量吸收率的鋁質(zhì)材料板件，可用來消弱碰撞沖擊力。
本田新款FCV后保險杠部件采積層型GFRP，減重一半
本田新款燃料電池車（FCV）“CLARITY FUEL CELL”的后保險杠部件采用了德國朗盛（LANXESS）的積層型GFRP（玻璃纖維強化樹脂）。通過采用GFRP這種輕量材料，與原來采用鋼 板部件時相比，重量減輕了50％。本田表示，對于保險杠部件這樣的大型部件，利用GFRP一體成型尚屬全球首次。
采用的GFRP的母材，也就是浸透在玻璃纖維中的基體樹脂，采用的是朗盛的聚酰胺（PA）樹脂。玻璃纖維片采用朗盛集團(tuán)旗下德國Bond-Laminates公司生產(chǎn)的長纖維和短纖維玻璃纖維片，多層層積而成。
在模具內(nèi)重疊各片材，使其含浸PA樹脂，從而成型。以前采用鋼板的方法則必須經(jīng)過沖壓、焊接、涂裝等多道工序，費時費力。
本田計劃2018年開始生產(chǎn)采用新款FCV的底盤的插電式混合動力車（PHEV）。
捷豹“XF”：車身鋁合金化減重190kg
JLR集團(tuán)將中型轎車“XE”、此次的新款XF和2015年9月在“法蘭克福車展”上發(fā)布的SUV（多功能運動車）“F-Pace”定位為兄弟車型，在相同的理念下推進(jìn)了開發(fā)。因此，XE和新款XF的車身構(gòu)造、發(fā)動機(jī)及安全裝備等有很多相同的部分。
首先，為實現(xiàn)輕量化，白車身的表面積中有約75％采用了鋁合金。鋁合金的使用比率與XE相同。主要采用美國諾貝麗斯供貨的Al-Mg（鎂）-Si（硅）類 6000系合金。采用這種合金的部位除了前柱、中柱、側(cè)梁和車頂縱梁等車身骨架外，還有車輛前后的緩沖區(qū)。而儀表板背面的橫梁和發(fā)動機(jī)罩防撞梁部位采用了 振動吸收性比鋁合金出色的鎂合金。
前后4個車門、行李艙蓋和后車體下部等采用鋼板。行李艙蓋和后車體下部采用鋼板是為了增加車輛后部的重量，使前后的重量比達(dá)到50：50。另外，為了在發(fā) 生側(cè)面碰撞時保護(hù)乘員，中柱和車門的強化材料采用了高張力鋼板。通過這樣區(qū)別使用鋁合金和鋼板，新款XF的車重比上一代車型減輕190kg。而且 車身的抗扭剛性達(dá)到2萬1700N·m，比上一代車型提高28％。
本田新FCV大量采用輕量材料，比雅閣輕15％
本田2016年3月10日開始在日本租售新款燃料電池車（FCV）“CLARITY FUEL CELL”，該車大量采用高張力鋼板和鋁合金等材料，實現(xiàn)了輕量車身。
具體來說，車身的約55％（重量比）使用了高張力鋼板和鋁合金等輕量材料，與尺寸相近的中型轎車“雅閣”相比，車身重量減輕約15％。雅閣的輕量材料使用比例為29％。
輕量材料的具體使用比例方面，1.5GPa級高張力鋼板（熱壓材料）約為10％、980MPa級高張力鋼板（冷壓材料）約為20％、780MPa級高張力鋼板（冷壓材料）約為5％、鋁合金約為15％、包含GFRP（玻璃纖維強化樹脂）在內(nèi)的樹脂材料約為5％。
其中，1.5GPa級高張力鋼板用于中柱、前柱、車頂縱梁和門檻梁等。980MPa級高張力鋼板的使用部位為車頂側(cè)梁、地板側(cè)梁、前部側(cè)車架等。單從車身骨架來看，980MPa級以上高張力鋼板的使用比例約為40％
鋁合金方面，主要在外板使用了6000系合金。具體使用部位為前發(fā)動機(jī)罩、翼子板、車門和行李艙蓋等。另外，前保險杠防撞梁和車門防撞梁使用了強度比6000系合金高的7000系合金。
另外，層疊了連續(xù)玻璃纖維和不連續(xù)玻璃纖維的混合成型GFRP被用于后保險杠防撞梁。前隔板采用樹脂與鋁合金的混合結(jié)構(gòu)。隔板本身采用樹脂制造，連接鋼板車身和隔板的部分為鋁合金。
