盤點(diǎn)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(shí)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(dòng)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(diǎn)。
馬自達(dá)全新MX-5將采用碳素纖維打造
有國外媒體報(bào)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(shí)，新車在外觀和內(nèi)飾方面都有升級，動(dòng)力方面也將采用一款更小的發(fā)動(dòng)機(jī)。外觀方面，全新馬自達(dá)MX-5基于全新的“魂動(dòng)”設(shè)計(jì)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(qiáng)運(yùn)動(dòng)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(bào)道，大量使用碳纖維材料，將會(huì)造成汽車成本過高超出消費(fèi)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(jià)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(shí)驗(yàn)室內(nèi)成功完成，該技術(shù)被應(yīng)用于制造發(fā)動(dòng)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(shí)驗(yàn)室內(nèi)探索的幾大碳基技術(shù)。
該愿景涉及多項(xiàng)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(dòng)機(jī)如采用這類連接件，那么就會(huì)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(gè)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(gè)成年人的重量。奧迪于2016年3月在日本推出的多功能運(yùn)動(dòng)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(xiàng)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(jì)，實(shí)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(shí)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(qiáng)度的部分。前翼子板、發(fā)動(dòng)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(qiáng)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(shí)利用與模具接觸的冷卻效應(yīng)強(qiáng)化淬火的技術(shù)?？梢詫?shí)現(xiàn)1500MPa級的拉伸強(qiáng)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(dòng)機(jī)車用模塊矩陣）已眾所知，而MLB evo是縱置發(fā)動(dòng)機(jī)車用模塊平臺。除了奧迪Q7外，預(yù)計(jì)MLB evo還將被中型轎車“A4”、大眾SUV“途銳”及保時(shí)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(jì)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(qiáng)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(dòng)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(qiáng)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(dòng)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(dú)設(shè)計(jì)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(jì)勢必還要考慮車內(nèi)乘客的安全性，在發(fā)生碰撞時(shí)，覆蓋件中的電池是否會(huì)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(yùn)行為車輛提供電力。新能源汽車的技術(shù)突破仍然是一項(xiàng)大課題。
3D Design秀寶馬M4碳纖維保險(xiǎn)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(shí)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(xiǎn)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(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)。車輛的前保險(xiǎn)杠基本上換成了一款全新的設(shè)計(jì)，同時(shí)還曝光了一款空氣隔板，將其集成到設(shè)計(jì)中。而后保險(xiǎn)杠，其特點(diǎn)是配有一款大型擴(kuò)散器和兩個(gè)額外的排氣孔。在后蓋向頂部，還會(huì)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(qiáng)下壓壓力，但不會(huì)增加車重。該零部件與另一個(gè)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(shí)有點(diǎn)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(shí)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(xiǎn)杠與寶馬F80 M3兼容，而后保險(xiǎn)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(qiáng)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(dòng)機(jī)罩和前擋泥板使用了鋁合金。 2017新5系裝備的第一個(gè)全鋁行李箱蓋，減重9磅(4kg)。
行李箱、行李箱蓋、發(fā)動(dòng)機(jī)橫梁、后側(cè)梁、車頂、發(fā)動(dòng)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(shí)，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(qiáng)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(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼。這種結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)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(dòng)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(dòng)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(huì)展中心）上，展示了GFRP（玻璃纖維強(qiáng)化樹脂）制板簧該板簧，被用于沃爾沃新款SUV（多功能運(yùn)動(dòng)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(gè)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(shí)，由于彈簧自身有一定高度，擴(kuò)大行李艙空間時(shí)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(jì)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(diǎn)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(dòng)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(dòng)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(gè)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(qiáng)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(diǎn)焊技術(shù)，可以幫助實(shí)現(xiàn)輕量化，并增加強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度、可成形性和尺寸穩(wěn)定性，帶來獨(dú)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(xiǎn)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(xiǎn)杠部件采用了德國朗盛（LANXESS）的積層型GFRP（玻璃纖維強(qiáng)化樹脂）。通過采用GFRP這種輕量材料，與原來采用鋼 板部件時(shí)相比，重量減輕了50％。本田表示，對于保險(xiǎn)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(fèi)時(shí)費(fèi)力。
本田計(jì)劃2018年開始生產(chǎn)采用新款FCV的底盤的插電式混合動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī)及安全裝備等有很多相同的部分。
首先，為實(shí)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(dòng)機(jī)罩防撞梁部位采用了 振動(dòng)吸收性比鋁合金出色的鎂合金。
前后4個(gè)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(shí)保護(hù)乘員，中柱和車門的強(qiáng)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(shí)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(qiáng)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(dòng)機(jī)罩、翼子板、車門和行李艙蓋等。另外，前保險(xiǎn)杠防撞梁和車門防撞梁使用了強(qiáng)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(xiǎn)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。
