被遺忘的先進技術:整車輕量化技術
如果不是前一陣子的一起交通事故,恐怕大家都忘記了十幾年前的汽車消費市場里曾經(jīng)流傳著德國車重所以德國車好的相關論調。而也正是因為那一起寶馬把馬自達2(參配、圖片、詢價) 直接撞成零件的交通事故,關于車子到底是輕點好還是重點的好的討論又一次成為輿論的熱點。那么,到底車子應該是越來越重呢還是應該越來越輕呢?隨著關于事件的逐漸平息,筆者在今天就來講講關于車身輕量化的那些事。
在開始講述之前,筆者先擺明一個觀點,車身輕量化技術是汽車技術發(fā)展的一個大方向,汽車企業(yè)輕量化技術的水平就是一家汽車企業(yè)車身設計的最高水平。即便是在新能源動力時代,輕量化技術也是新能源車車身設計所必須考慮的第一要務。
有了這個觀點,咱們就來看看輕量化技術到底都代表著些什么。
首先,先進的輕量化技術是整車實現(xiàn)節(jié)能減排的最有效的措施之一。這一觀點在十幾年前的消費觀念里就得到了市場的承認,只不過那個時候大家都把輕量化技術當成了日系車不安全的一個反例。隨著以歐洲汽車企業(yè)模塊化平臺的陸續(xù)發(fā)布以及歐系車的輕量化技術開始以技術營銷的態(tài)勢推向市場,關于日系車過輕就不好的論點才逐漸消失。那么,歐系車最近幾年來大肆宣傳的相比于上一代車型減重達數(shù)百公斤的數(shù)據(jù)到底有什么用呢?當然就是進一步的節(jié)能減排,據(jù)研究表明,在采用相同動力系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)的前提下,乘用車的整備質量每減少10%,燃油消耗就可降低6%-8%。相比于動力技術的提升所帶來的燃油消耗降低,車身輕量化技術的投入相對較少,成效也要更加顯著。要知道在過去的近十年時間里,傳統(tǒng)內燃機技術的提升所帶來的經(jīng)濟性表現(xiàn)的改善也就是在8%左右。
其次,先進的輕量化技術是車輛實現(xiàn)節(jié)能減排的基本原理。舉個不恰當?shù)谋扔?,這就好像是夏天里胖子和瘦子的區(qū)別,同樣的運動強度下胖子需要消耗的能量當然是更多。那么也正是基于此,從燃油經(jīng)濟性標定的角度來看,車身的輕量化技術是不受任何燃油測試規(guī)程所影響的一項節(jié)能減排技術。眾所周知的,目前全球范圍內存在著像NEDC、JS08、WLTP這樣的測試方法,而不同的動力系統(tǒng)在不同的測試規(guī)程下會呈現(xiàn)出截然不同的油耗表現(xiàn)。比如說在NEDC的測試規(guī)程下,小排量渦輪增壓發(fā)動機擁有傲視群雄的燃油經(jīng)濟性,但是在WLTP的新測試規(guī)程下,由于強化了節(jié)氣門大開度下的測試項目,所以小排量渦輪增壓發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性表現(xiàn)馬上就呈現(xiàn)出了完全不同的一面。而輕量化的車身技術在任何一項測試規(guī)程里都是占據(jù)優(yōu)勢的,隨著2017年WLTP油耗測試新規(guī)的運用,輕量化的車身設計無疑會成為很多汽車企業(yè)的一根救命稻草。這也是為什么輕量化在最近一段時間內備受歐洲汽車企業(yè)青睞的一個重要原因。
那么,在新能源時代,車身的輕量化技術以及電池的輕量化技術體現(xiàn)到新能源車上的優(yōu)勢就在于能夠有效的提升純電動車的續(xù)航里程(參配、圖片、詢價) 。所以,輕量化技術是橫跨汽車發(fā)展變革時代的一項基礎性技術。不僅僅是日系車熱衷于車身的輕量化,自上世紀九十年代以來,國際上就出現(xiàn)了一系列大型的推動車身輕量化技術的計劃,比如歐系車企的鋁制車身等等。
講到這里,車身輕量化的優(yōu)勢就算是講完了,那么,輕量化技術都包括些什么呢?以目前國際通行的研究方向來看,汽車的輕量化技術主要包括結構的輕量化、材料的輕量化以及先進制造技術的運用三個方面。
先來看結構的輕量化,結構的輕量化最早在上世紀八十年代由日本鈴木提出,當時的鈴木甚至把每一個零件的重量都精確到了以克為單位進行減重。時至今日,結構的輕量化也是車輛輕量化研究方向中最為復雜也是最具有潛力的一大設計手段。因為相比于后面即將提到的材料輕量化以及先進制造技術的運用兩個方面,結構的輕量化對于整車企業(yè)而言是最容易實施同時也是花費成本最低的一種方式。不僅僅是車身,包括底盤動力等零件的設計也會大量運用到結構輕量化的設計,而綜合考慮整車性能而進行的多目標優(yōu)化是目前結構輕量化研究的一個熱點所在。
材料的輕量化是眼下的汽車企業(yè)最樂于向市場推廣的一個方面,始作俑者當然就是歷來都熱衷于技術營銷的歐洲車企。一般來說,材料技術的輕量化包括運用于車身領域的先進高強度鋼、運用于動力底盤零部件領域的鋁合金、運用于支架零件的鎂合金、運用于內外飾的樹脂復合材料以及先進的碳纖維材料等幾種。在這其中,高強度鋼在成型、碰撞、疲勞性能以及成本方面相比于后面幾種材料有著更大的優(yōu)勢,是目前主要的汽車車身輕量化材料。為什么筆者要強調高強度鋼的概念,這就又要回到以鋼板厚度論安全的論調中了。還是舉例說明,高強度的鋼材就好比薄的鐵皮,而低強度的鋼材就好比厚的紙殼,孰強孰弱自然無需多言。而近年來鋁制車身材料和碳纖維材料也開始呈現(xiàn)出占據(jù)高端的態(tài)勢。
最后一個就是先進的制造技術,先進的制造技術包括先進的成型和連接工藝,還有諸如真空壓鑄、內高壓成型等等。其中最具有代表性的就是奧迪將鋁合金和鋼材實現(xiàn)無鉚釘鉚接的復合式車身成型技術。先進成型技術在一定意義上可以看做是結構輕量化技術和材料輕量化技術的一個輔助,當然,先進的成型技術也保證了整車結構的安全性。
既然說到了輕量化,就肯定抹不開安全性的這個話題。的確,基本的動量守恒定律和動能定律告訴了我們質量大的物體在碰撞中吃虧會更小。事實上,當小車遇到大車時的碰撞也是以小車慘敗而收場,這點筆者并不否認。不過,我們需要明確的是,整車結構并不是經(jīng)典物理學定律中的剛性體,碰撞也并非是完全理想的狀態(tài),僅僅憑借車重就安全這一點多少是有些站不住腳跟的,至少對于整車質量相差不大的車型而言是適用的。更何況,伴隨著輕量化技術的發(fā)展,車身的安全性結構也不可同日而語,而這二者之間的關系是相輔相成的共生關系,并不會存在著此消彼長的情況。也正是基于這樣的原因,整車的輕量化技術也是目前國際上所公認的發(fā)展方向之一。