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汽車輕量化

作者: 汽配人網(wǎng) 發(fā)表于: 2013-06-04
  汽車并非越重越安全,但自重卻是汽車輕量化一個難以避開的話題。  
    
  塑料汽車不再僅僅是玩具。  
    
  日前,一款命名為Urbee2的3D打印塑料汽車面世,除了底盤和引擎,其余大部分材料都是塑料。它的設(shè)計師JimKor在接受媒體采訪時表示,他的這款塑料汽車和鋼鐵材質(zhì)一樣堅硬,但卻是鋼制汽車重量的一半。  
    
  雖然這部車目前僅限于實驗階段,遠遠達不到量產(chǎn)的程度,但毋庸置疑的是,這至少表示汽車零部件乃至整車都在朝著輕量化的方向發(fā)展。  
    
  據(jù)研究表明,一輛轎車的自重每減少10%,燃油消耗量就降低6%~8%,降低5%~6%的排放,這對于實現(xiàn)汽車節(jié)能減排意義重大。  
    
  國家汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟副秘書長王智文在接受《中國經(jīng)濟和信息化》記者采訪時表示,“高強度鋼和塑料(非金屬材料)是既能實現(xiàn)汽車輕量化又能控制低成本的好材料。”  
    
  以塑代鋼  
    
  在節(jié)能減排壓力下,“以塑代鋼”的概念在汽車業(yè)廣為流傳。據(jù)美國化學(xué)工業(yè)學(xué)會的資料顯示,目前汽車塑料零部件的重量總和還不及汽車總重量的十分之一,因此,可以擴展應(yīng)用的空間還非常廣闊。  
    
  近年來,為了提升市場競爭優(yōu)勢,各車企紛紛研發(fā)并上馬采用了輕量化設(shè)計的車型。世界知名車企更是走在了這一領(lǐng)域的最前沿。寶馬將于今年秋季量產(chǎn)BMWi3純電動汽車,這款汽車的最大特點是,外殼材料為塑料、底盤材料為鋁合金,與傳統(tǒng)同類車型相比,實現(xiàn)減重250~350千克。這一現(xiàn)實不僅能夠引領(lǐng)汽車設(shè)計新潮流,更將顛覆汽車制造流程及整體市場格局。  
    
  作為汽車的發(fā)明者,奔馳在車身輕量化領(lǐng)域肩負著更重的責(zé)任和使命。2012年11月的廣州車展上,奔馳發(fā)布了一款名為F125的氫動力概念跑車。該車主要由碳纖維、鋁合金以及塑料聯(lián)合打造而成,在保證車身剛性的同時將車身輕量化做到了極致。  
    
  另外,凱迪拉克和福特也是汽車輕量化的杰出代表,凱迪拉克在發(fā)動機罩上已經(jīng)使用了纖維增強塑料,而福特則正在研究如何降低生產(chǎn)碳纖維部件的成本。在資深汽車行業(yè)分析師張志勇看來,碳纖維材質(zhì)成本過高,工藝復(fù)雜,難以工業(yè)化推廣,只適用于賽車和少數(shù)豪華跑車。  
    
  車身減重風(fēng)當(dāng)然也已經(jīng)吹進國內(nèi)。本土車企中,長城汽車股份有限公司(下稱長城)和奇瑞汽車股份有限公司(下稱奇瑞)是在這一研究領(lǐng)域走得最遠的兩家車企。  
    
  2011年11月,奇瑞汽車聯(lián)合全球最大的聚合物生產(chǎn)公司之一德國拜耳材料科技(中國)有限公司,聯(lián)手創(chuàng)建了“奇瑞——拜耳汽車輕量化聯(lián)合實驗室”,雙方就聚氨酯復(fù)合材料、聚碳酸酯塑料車窗用材料、新能源鋰電池材料、吸音降噪等材料在汽車上的應(yīng)用展開共同研究,并對外聯(lián)合申請項目及推廣。而在此之前奇瑞的A3CC雙門跑車已經(jīng)在德國K展Sabic展臺展出,其前翼子板采用NorylGTX樹脂制成。  
    
  長城汽車(601633,股吧)同樣與拜耳公司展開了合作。在2012年北京車展上,長城展出的哈弗E概念車的7個車窗組件,均采用拜耳模克隆聚碳酸酯制成,并配有大尺寸全景天窗。這是我國本土汽車制造商首次如此大范圍應(yīng)用聚碳酸酯車窗。  
    
  2012年11月,揚州凱爾斯邁有限公司出資、清華大學(xué)和浙江大學(xué)共同研制的塑料電動汽車已經(jīng)引起了國內(nèi)業(yè)界的高度關(guān)注,被譽為轎車中的“裝甲車”。這輛車車身由兩層塑料型材組合,每層約半厘米厚,兩層中間構(gòu)成中空狀態(tài),由復(fù)合塑料加入玻纖及其他成分一次性沖壓制成,目前已經(jīng)順利通過歐盟9個成員國權(quán)威檢測機構(gòu)的認證。  
    
  但是這種塑料電動汽車也還停留在試驗階段。武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院博士生導(dǎo)師過學(xué)迅教授認為,從技術(shù)層面考慮,由于塑料需要專業(yè)模具沖壓一次形成,無法像金屬一樣快速成型,而像凱爾斯邁公司研發(fā)的這種新型汽車車身相對較大,需要建成的模具生產(chǎn)線難度較高,目前還較難實現(xiàn)。  
    
  此外,除了家轎市場,卡車的輕量化也早已被提上議程。北汽福田已將其中型和重型卡車的保險杠從鋼材改為塑料材質(zhì),并在部分汽車零部件中啟用了玻纖增強塑料,還把部分鋼制發(fā)動機部件也更換為塑料部件。  
    
  目前國外整車企業(yè)在輕量化上已經(jīng)日趨成熟,而中國本土車企還處于學(xué)習(xí)或者是追趕的階段。尤其是在輕量化材料的研發(fā)上,雖然有些成就,但仍處于初級階段。  
    
  塑料難題  
    
  近年來,我國汽車塑料制品生產(chǎn)企業(yè)利用引進車型的技術(shù),擴大塑料材料在汽車上的應(yīng)用水平,形成了一批規(guī)?;I(yè)化的汽車塑料制品供應(yīng)商,部分生產(chǎn)工藝水平達到了國內(nèi)領(lǐng)先和國際同步。如上海延鋒偉世通、長春富奧-江森公司、蕪湖順榮公司等。后者的六層塑料燃油箱已在奇瑞、江淮、東風(fēng)、吉利、長城、華普、海馬、長豐等國內(nèi)自主品牌汽車上廣泛應(yīng)用。  
    
  在塑料化進行得如火如荼,儼然成為汽車行業(yè)的旗幟時,過學(xué)訊教授提出了自己的冷靜思考:“塑料化并不是汽車輕量化的唯一方法,塑料本身的疲勞期比金屬短,尤其暴露在高溫環(huán)境和接觸汽油時,老化現(xiàn)象尤其嚴重,并且應(yīng)用在齒輪或者其他傳力的部位時,無法達到金屬的強度。而且,目前應(yīng)用較多的碳纖維復(fù)合材料在使用過后會喪失其力學(xué)性能,根本無法回收,只能作為廢品或降級處理。我認為高強度鋼和含鋁金屬是更適合實現(xiàn)汽車輕量化的材料?!?nbsp; 
    
  這確實是汽車塑料化進程中無法回避的難題,在頒布了整車可回收性強制要求的日本、美國等國家,豐田公司和福特公司都明確表示,將設(shè)法擴大可再生材料與天然材料的應(yīng)用范圍。  
    
  反觀國內(nèi),原材料產(chǎn)業(yè)研究中心總經(jīng)理冀志宏指出,國家并未頒布針對性較強的法規(guī)標(biāo)準,只有一些普適性法規(guī)如《再生資源回收管理辦法》等,在新材料規(guī)劃、石化和化學(xué)工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃中也有一些涉及。塑料汽車的環(huán)保和再循環(huán)情況,前景堪憂。  
    
  鑒于此,國內(nèi)汽車零部件、汽車塑料企業(yè)要在市場中占有一席之地,必須提高國際競爭力,把企業(yè)開發(fā)能力和產(chǎn)品水平提到更高的層次,并參與汽車工業(yè)的發(fā)展與競爭,從設(shè)計開發(fā)階段就要進行汽車用塑料材料回收、再生利用的研究,以滿足環(huán)保的需要。  
    
  伴隨輕量化發(fā)展的一個最直接問題就是汽車自重。輕量化的度應(yīng)該怎么控制?畢竟,節(jié)能減排不能用人身安全來換取。這或許是任何人聽到塑料汽車這個概念時最先考慮的問題。  
    
  王智文對此有自己的看法:“汽車并不是車越重越安全。即使汽車上使用很輕的材料,如果采取高強度的加工工藝,也能達到很輕但彈性非常好的效果。從而也就越安全?!?nbsp; 
    
  目前,國家汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟正在與長安汽車(000625,股吧)集團合作,共同研發(fā)和推廣“以鋁代鋼”的引擎蓋。王智文介紹,這項研究是出于在發(fā)生事故時,對行人的安全保護的考量。因為在引擎蓋等部分應(yīng)用鋁合金可以減輕撞擊對人身造成的二次傷害。  
    
  鋁板的重量雖然大約為鋼板的1/3,但其可吸收的碰撞能量卻是鋼板的2倍。鋁合金在遭遇撞擊時的安全系數(shù)更高,因為其材質(zhì)有非常好的吸能作用。  
    
  發(fā)展瓶頸  
    
  雖然汽車輕量化已是大勢所趨,但國內(nèi)汽車輕量化技術(shù)尚不成熟,相關(guān)產(chǎn)業(yè)也未形成規(guī)模,很大程度上影響著國內(nèi)車企發(fā)展汽車輕量化的熱情。  
    
  此外,國內(nèi)汽車在輕量化技術(shù)方面與國外先進水平相比仍存在較大差距,尤其是在高端材料的應(yīng)用和發(fā)展方面,更是受制于人。“同樣一輛車,國外可以做到1.3噸,而我們必須做到1.5噸以上,不是故意做這么重,而是我們做不輕?!蓖踔俏恼f。  
    
  我國乘用車重量平均比歐洲汽車重5%~10%,商用車的數(shù)字則是17%。例如,國內(nèi)載重40噸的牽引車自重為9噸,國外同等先進車型只有7噸,而國內(nèi)自卸車自重則比國外重3~4噸。  
    
  王智文強調(diào),在汽車傳統(tǒng)塑料應(yīng)用件的比例上,與國外車企并沒有太大差距。但是在向高端發(fā)展時,無論是材料技術(shù),還是設(shè)計水平,都面臨種種困難?!安牧霞庸こ闪悴考且粋€非常復(fù)雜的過程。雖然國內(nèi)的通道、接頭、內(nèi)飾件、保險杠甚至包括儀表盤等都是用塑料做的。但向功能件、結(jié)構(gòu)件發(fā)展時,難度就很大了?!?nbsp; 
    
  國內(nèi)原材料本身就很落后,尤其是高端材料完全被國外的一些化學(xué)廠商所壟斷控制,例如杜邦、巴斯夫、拜爾,他們掌握材料的設(shè)計技術(shù)和分析技術(shù),也掌握零部件的設(shè)計技術(shù)。  
    
  由于高端材料長期受制于國外技術(shù)壟斷,導(dǎo)致產(chǎn)品成本居高不下,迫使一些企業(yè)放棄高端材料在汽車上的使用。  
    
  王智文同時還指出,輕量化材料成本高,也不符合目前國內(nèi)車型的市場定位?!皣廛嚻蠖嗍菍⑤p量化材料應(yīng)用到跑車和概念車上,偏向小批量、多品種,追求個性化服務(wù)。而我國車企在高端產(chǎn)品領(lǐng)域品牌價值偏低,因此市場需求小?!?nbsp; 
    
  目前,阻礙我國汽車輕量化技術(shù)研發(fā)的關(guān)鍵因素,是各研發(fā)機構(gòu)往往只注重單個技術(shù)的研發(fā),很少開展各技術(shù)間的交叉與融合。就好像先有雞還是先有蛋的問題,材料企業(yè)往往只管做出材料,而車企則負責(zé)制造和組裝,雙方缺乏溝通和協(xié)作,也導(dǎo)致輕量化材料在產(chǎn)業(yè)推進方面步履維艱。  
    
  輕量化技術(shù)的發(fā)展涉及眾多學(xué)科,需要運用多學(xué)科交叉融合所形成的綜合性、系統(tǒng)性知識體系。因此,未來汽車產(chǎn)業(yè)的輕量化需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)各界的共同努力和探索。  
    
  隨著我國汽車保有量的不斷攀升,以及汽車尾氣排放對城市空氣污染的加劇,車身輕量化發(fā)展的要求變得更加迫切。對此,相關(guān)研究機構(gòu)或政府部門應(yīng)該做出戰(zhàn)略性的超前部署。