汽車(chē)輕量化發(fā)展路徑

文/海川

汽車(chē)輕量化發(fā)展路徑

文/海川

汽車(chē)輕量化必須在預(yù)定整車(chē)減重目標(biāo)、整車(chē)成本控制目標(biāo)、安全性目標(biāo)和NVH控制水平的全面約束下進(jìn)行

德國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì)到2015年，全球汽車(chē)保有量將增至11.2億輛左右。同時(shí)，到2015年，亞洲地區(qū)將擁有全球1/4的汽車(chē)，也就是2.8億輛，其中中國(guó)和印度市場(chǎng)增長(zhǎng)潛力巨大。

另?yè)?jù)工信部預(yù)測(cè)，到2020年，中國(guó)汽車(chē)保有量將達(dá)到2.5億量，消耗成品油約4億噸，也就是說(shuō)汽車(chē)的平均年耗油量為1.6噸/輛。

由于大氣污染和全球氣候變暖現(xiàn)象日趨嚴(yán)峻，加大汽車(chē)節(jié)能減排刻不容緩，汽車(chē)輕量化已成為世界汽車(chē)發(fā)展的潮流。除了日系車(chē)熱衷于車(chē)身的輕量化，自上世紀(jì)九十年代以來(lái)，國(guó)際上就出現(xiàn)了一系列大型的推動(dòng)車(chē)身輕量化技術(shù)的計(jì)劃，比如歐系車(chē)企的鋁制車(chē)身等。

不單單是傳統(tǒng)燃油汽車(chē)需要輕量化，新能源汽車(chē)同樣如此。輕量化技術(shù)是橫跨汽車(chē)發(fā)展變革時(shí)代的一項(xiàng)基礎(chǔ)性技術(shù)。

汽車(chē)輕量化是在滿足汽車(chē)使用要求、安全性和成本控制要求的條件下，將結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)與多種輕量化材料、輕量化制造技術(shù)集成應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品減重。但在實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化的同時(shí)，一個(gè)非常重要的前提是：不能以犧牲車(chē)輛安全性和NVH（噪音、振動(dòng)、平順性）為代價(jià)，汽車(chē)輕量化必須在預(yù)定整車(chē)減重目標(biāo)、整車(chē)成本控制目標(biāo)、安全性目標(biāo)和NVH控制水平的全面約束下進(jìn)行。

汽車(chē)輕量化益處多多

首先，車(chē)身輕量化有助于節(jié)能減排。去年，我國(guó)工信部出臺(tái)一個(gè)燃油料消耗量規(guī)定，2020年由2015年的6.9L/km降低到5.0L/km,這對(duì)乘用車(chē)來(lái)說(shuō)壓力非常大，汽車(chē)輕量化發(fā)展成為應(yīng)對(duì)燃油限值的重要方法之一。

據(jù)研究表明，在采用相同動(dòng)力系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)的前提下，乘用車(chē)的整車(chē)質(zhì)量每減少10%，燃油消耗就可降低6%-8%。巴斯夫公司統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，汽車(chē)每減重100公斤，百公里油耗可降低0.4升、二氧化碳排放可減少1公斤。相比于動(dòng)力技術(shù)的提升所帶來(lái)的燃油消耗降低，車(chē)身輕量化技術(shù)的投入相對(duì)較少，成效也要更加顯著。在過(guò)去近十年時(shí)間里，傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的提升所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)的改善也就是在8%左右。

同時(shí)，汽車(chē)輕量化還有利于汽車(chē)安全性能的提升。從理論上說(shuō)，汽車(chē)碰撞時(shí)的沖擊能量與汽車(chē)的質(zhì)量成正比。在同等條件下汽車(chē)越輕，碰撞時(shí)沖擊能量越小，車(chē)身結(jié)構(gòu)的變形、侵入量和乘員受到的沖擊加速度就越小，汽車(chē)對(duì)乘員的保護(hù)性能越好、越安全。另外，汽車(chē)制動(dòng)時(shí)消耗的能量也與汽車(chē)質(zhì)量成正比，汽車(chē)越輕，在以相同初速度剎車(chē)時(shí)，制動(dòng)器要消耗的能量就越小，制動(dòng)減速度就越快，制動(dòng)距離越短，制動(dòng)性能就會(huì)有明顯改善，汽車(chē)主動(dòng)安全性也會(huì)變好。

長(zhǎng)安汽車(chē)工程研究院副院長(zhǎng)曹渡表示，汽車(chē)輕量化勢(shì)在必行，首要推動(dòng)力是政策，車(chē)企想賣(mài)車(chē)，就必須滿足法規(guī)，某種程度上說(shuō)是被“逼”的。其二，汽車(chē)每減輕100千克，加速性能就可提升8-10%，制動(dòng)距離減少2-7米，可以提升汽車(chē)的安全性。因此“減重不僅僅是一個(gè)油耗的節(jié)約，還是一個(gè)綜合性能的提升，為整車(chē)的綜合性能和效益都有非常大的好處，這個(gè)就是我們要做減重的原因之二?！辈芏烧f(shuō)。

此外，除了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)，新能源車(chē)也亟需減重，因?yàn)樾履茉窜?chē)電池十分重，比如寶馬i3的電池重達(dá)280公斤，一般中國(guó)品牌純電動(dòng)車(chē)的電池凈重都需要300～400公斤才能達(dá)到150-200公里以上的續(xù)航歷程，所以新能源車(chē)的減重也到了一個(gè)刻不容緩的地步。否則，續(xù)航里程就受到限制，電池容量就必須要增大。

曹渡認(rèn)為，汽車(chē)行業(yè)對(duì)輕量化的認(rèn)識(shí)尚不充分。減重100千克，看似成本增加，實(shí)際上并非如此。其用相關(guān)分析舉例說(shuō)明，“一公斤的金屬用到車(chē)?yán)?，綜合成本大概是15～17塊，非金屬成本更高，約25-35塊左右。這樣一來(lái)，整車(chē)每減重1千克，實(shí)際上就能節(jié)省15～35塊。而這些錢(qián)就可以補(bǔ)貼到減重過(guò)程中的一些成本的上升。對(duì)于這一點(diǎn)，行業(yè)的認(rèn)識(shí)不夠充分?！?/p>

輕量化的三個(gè)維度

從目前國(guó)際通行的研究方向來(lái)看，汽車(chē)的輕量化技術(shù)主要包括結(jié)構(gòu)的輕量化、材料的輕量化以及先進(jìn)制造技術(shù)的運(yùn)用三個(gè)層面。

結(jié)構(gòu)的輕量化最早在上世紀(jì)八十年代由日本鈴木提出，當(dāng)時(shí)的鈴木甚至把每一個(gè)零件的重量都精確到了以克為單位進(jìn)行減重。時(shí)至今日，結(jié)構(gòu)的輕量化也是車(chē)輛輕量化研究方向中最為復(fù)雜也是最具有潛力的一大設(shè)計(jì)手段。因?yàn)橄啾扔诤竺婕磳⑻岬降牟牧陷p量化以及先進(jìn)制造技術(shù)的運(yùn)用兩個(gè)方面，結(jié)構(gòu)的輕量化對(duì)于整車(chē)企業(yè)而言是最容易實(shí)施同時(shí)也是花費(fèi)成本最低的一種方式。不僅僅是車(chē)身，包括底盤(pán)動(dòng)力等零件的設(shè)計(jì)也會(huì)大量運(yùn)用到結(jié)構(gòu)輕量化的設(shè)計(jì)，而綜合考慮整車(chē)性能而進(jìn)行的多目標(biāo)優(yōu)化是目前結(jié)構(gòu)輕量化研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

表：輕量化材料減重效果一覽

材料的輕量化是眼下的汽車(chē)企業(yè)最樂(lè)于向市場(chǎng)推廣的一個(gè)方面，也是汽車(chē)輕量化發(fā)展的主要方向。始作俑者是歷來(lái)都熱衷于技術(shù)營(yíng)銷(xiāo)的歐洲車(chē)企。一般來(lái)說(shuō)，材料技術(shù)的輕量化包括高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金、樹(shù)脂復(fù)合材料以及先進(jìn)的碳纖維等。在這其中，高強(qiáng)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(shì)，是目前主要的汽車(chē)車(chē)身輕量化材料。高強(qiáng)度的鋼材就好比薄的鐵皮，而低強(qiáng)度的鋼材就好比厚的紙殼，孰強(qiáng)孰弱無(wú)需多言。而近年來(lái)鋁制車(chē)身材料和碳纖維材料也開(kāi)始呈現(xiàn)出占據(jù)高端的態(tài)勢(shì)。

最后一個(gè)就是先進(jìn)的制造技術(shù)，先進(jìn)的制造技術(shù)包括先進(jìn)的成型和連接工藝，還有諸如真空壓鑄、內(nèi)高壓成型等。其中最具有代表性的就是奧迪將鋁合金和鋼材實(shí)現(xiàn)無(wú)鉚釘鉚接的復(fù)合式車(chē)身成型技術(shù)。先進(jìn)成型技術(shù)在一定意義上可以看做是結(jié)構(gòu)輕量化技術(shù)和材料輕量化技術(shù)的一個(gè)輔助，當(dāng)然，先進(jìn)的成型技術(shù)也保證了整車(chē)結(jié)構(gòu)的安全性。

與歐美汽車(chē)工業(yè)相比，中國(guó)的汽車(chē)工業(yè)一直處于追趕中，中國(guó)的汽車(chē)輕量化技術(shù)水平同樣與國(guó)外差距不小。不過(guò)，由于中國(guó)車(chē)企在輕量化方面做得不夠，因此未來(lái)有很大的上升空間，可以通過(guò)設(shè)計(jì)的優(yōu)化來(lái)達(dá)到減重的目的。

曹渡指出，設(shè)計(jì)優(yōu)化是最容易實(shí)現(xiàn)的輕量化手段，并且其無(wú)需花費(fèi)成本，主要通過(guò)設(shè)計(jì)軟件以及對(duì)標(biāo)其他品牌已經(jīng)應(yīng)用的方案，并加以優(yōu)化而實(shí)現(xiàn)。例如，雪佛蘭新科魯茲實(shí)現(xiàn)了減重約140千克，其中白車(chē)身減重74千克，除部分材料采用高強(qiáng)鋼外，設(shè)計(jì)優(yōu)化細(xì)節(jié)隨處可見(jiàn)，是典型的優(yōu)化設(shè)計(jì)案例。為此，油箱容積減小了8升，續(xù)航里程反而提升了100公里，后排縱向空間增加，頭部空間增加，行李廂空間增加，而總尺寸減少，售價(jià)和老款相差無(wú)幾。

俗話說(shuō)，萬(wàn)事開(kāi)頭難，而對(duì)于汽車(chē)輕量化來(lái)說(shuō)，卻是開(kāi)頭容易后頭難。曹渡說(shuō)，當(dāng)設(shè)計(jì)優(yōu)化做到近乎極致后，進(jìn)一步輕量化則只能依靠新材料、新工藝、新技術(shù)。目前，使用最廣泛的材料仍然是高強(qiáng)度鋼/超高強(qiáng)度鋼，但由于鋼的密度達(dá)到7.8克/立方厘米，雖然其技術(shù)比較成熟，然而減重的幅度并不太大，更輕的鋁鎂合金的成本相對(duì)較高。更進(jìn)一步就是當(dāng)前業(yè)界流行的“以塑代鋼”技術(shù)，實(shí)則就是玻纖復(fù)合材料，此類(lèi)材料已經(jīng)在尾門(mén)上有所應(yīng)用。

重量最輕、強(qiáng)度最高、成本也最高者則當(dāng)屬碳纖維。曹渡強(qiáng)調(diào)，將來(lái)任何一種材料都不可能單獨(dú)在汽車(chē)上出現(xiàn)，而是多材料混搭將成為主流。這方面，最典型的一家車(chē)企就是寶馬，在寶馬i3顛覆了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)理念，上車(chē)體全部采用碳纖維，下車(chē)體采用鋁合金，車(chē)身外覆蓋件基本采用工程塑料。

“材料應(yīng)用的改變對(duì)于工藝也提出了新的要求”曹渡表示。寶馬i3車(chē)身50%以上采用碳纖維，從原絲到碳絲到零部件，其中沖壓工藝變成了高壓RTM工藝，并且取消了焊裝步驟，用黏接來(lái)代替；車(chē)身的總裝過(guò)程也完全不同與傳統(tǒng)工藝完全不同。而下一代的寶馬7系則采用了碳纖維與金屬混合材料的車(chē)身，更是車(chē)身開(kāi)發(fā)技術(shù)的一次革命。

曹渡描述中國(guó)車(chē)企碳纖維輕量化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀時(shí)說(shuō)道：“中國(guó)品牌目前僅制作了一些展示用的碳纖維樣件或樣車(chē)，并沒(méi)有為了真正的應(yīng)用去研發(fā)。我們應(yīng)該從材料、工藝、 設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)、維修、回收的完整產(chǎn)業(yè)鏈上切實(shí)地開(kāi)展研發(fā)工作?！?/p>

輕量化材料各有優(yōu)劣

在汽車(chē)輕量化道路上，高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金、鈦合金等輕質(zhì)金屬材料和創(chuàng)新性的非金屬?gòu)?fù)合材料，誰(shuí)也不會(huì)完全取代誰(shuí)，誰(shuí)的技術(shù)更先進(jìn)，性價(jià)比更低，誰(shuí)的應(yīng)用就會(huì)更多。而且，這些輕量化材料都不會(huì)是孤軍奮戰(zhàn)，必然是以組合的形式出現(xiàn)，因?yàn)槠?chē)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是多種材料的混合使用。

高強(qiáng)度鋼

作為傳統(tǒng)材料的高強(qiáng)度鋼在汽車(chē)輕量化的大潮中是不會(huì)被取代的。安全是汽車(chē)的重要屬性之一，先進(jìn)的高強(qiáng)度鋼在強(qiáng)度、抗腐蝕性方面具有優(yōu)越性，而且當(dāng)前高強(qiáng)度鋼的技術(shù)應(yīng)用成果顯著，能夠進(jìn)一步提高汽車(chē)的安全性、環(huán)保性和節(jié)能性。但無(wú)法否認(rèn)的是，從實(shí)現(xiàn)輕量化來(lái)講，高強(qiáng)度鋼的效果略低一些。

奇瑞汽車(chē)股份有限公司材料工程部主管材料工程師李軍表示，與鎂合金、鋁合金及復(fù)合材料等其他汽車(chē)輕量化候選材料相比，高強(qiáng)度鋼板具有以下優(yōu)點(diǎn)：首先，原材料價(jià)格低，經(jīng)濟(jì)性好；其次，綜合性能優(yōu)越，易實(shí)現(xiàn)零部件的強(qiáng)度和剛度要求；第三，可直接利用現(xiàn)有的（沖壓）成形、焊接、涂裝和總裝生產(chǎn)線，大大節(jié)約了設(shè)備投資成本。

從性能、成本等綜合因素考慮，高強(qiáng)度鋼仍是市場(chǎng)上受歡迎的輕量化材料。憑借較高的強(qiáng)度和安全性，未來(lái)，它會(huì)更多地應(yīng)用在各種汽車(chē)安全件、底盤(pán)、車(chē)身結(jié)構(gòu)、車(chē)身覆蓋件等方面。

鋁合金

1896年印度人率先用鋁制做了汽車(chē)曲軸箱。進(jìn)入20世紀(jì)早期，鋁在制造豪華汽車(chē)和賽車(chē)上有一定的應(yīng)用，鋁制車(chē)身的汽車(chē)開(kāi)始出現(xiàn)，如亨利?福特的Model T型汽車(chē)和二三十年代歐洲賽車(chē)場(chǎng)上法拉利360賽車(chē)都是鋁制車(chē)身。

奧迪汽車(chē)公司最早于1980年在Audi 80和Audi 100上采用了鋁車(chē)門(mén)，然后不斷擴(kuò)大應(yīng)用。1994年奧迪斥資800萬(wàn)歐元建立了鋁材中心（1994～2002年），后更名為“奧迪鋁材及輕量設(shè)計(jì)中心”。1994年奧迪開(kāi)發(fā)了第一代Audi A8全鋁空間框架結(jié)構(gòu)（asf），其車(chē)身超過(guò)了現(xiàn)代轎車(chē)鋼板車(chē)身的強(qiáng)度和安全水平，且汽車(chē)自身重量減輕了大約40%。隨后于1999年誕生的奧迪A2成為首批采用該技術(shù)的量產(chǎn)車(chē)；2002年，奧迪鋁材及輕量設(shè)計(jì)中心又見(jiàn)證了第二代奧迪A8的誕生。

鋁合金在汽車(chē)輕量化中有其天然的優(yōu)勢(shì)：一是減重和節(jié)能效果明顯。鋁的力學(xué)性能好，其密度只有鋼鐵的1/3，鋁代替鋼制造汽車(chē)，可使整車(chē)重量減輕30%～40%，制造發(fā)動(dòng)機(jī)可減重30%，鋁質(zhì)散熱器比相同的銅制品輕20%～40%，鋁車(chē)輪可減重30%左右。具有良好的導(dǎo)熱性，僅次于銅，機(jī)械加工性能比鐵高4.5 倍，且其表面自然形成的氧化膜具有良好的耐蝕性，因此鋁成為實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化的主要材料之一。

減重不僅僅是一個(gè)油耗的節(jié)約，還是一個(gè)綜合性能的提升，為整車(chē)的綜合性能和效益都有非常大的好處，這個(gè)就是我們要做減重的原因之二。

二、乘客的舒適性和安全性獲得提高。鋁合金汽車(chē)是在不降低汽車(chē)容量的情況下減輕汽車(chē)自重，車(chē)身重心減低，汽車(chē)行駛更穩(wěn)定、舒適。由于鋁材的吸能性好，在碰撞安全性方面有明顯的優(yōu)勢(shì)，汽車(chē)前部的變形區(qū)在碰撞時(shí)會(huì)產(chǎn)生皺褶，可吸收大量的沖擊力，從而保護(hù)了后面的駕駛員和乘客。

三、鋁易于回收。鋁制品在使用過(guò)程中幾乎不發(fā)生腐蝕或僅發(fā)生輕微的腐蝕，工業(yè)上使用的常規(guī)材料中，鋁的回收價(jià)值率是最高的。在鋁材—鋁制品—使用—回收再生鋁錠—再加工成鋁材的循環(huán)過(guò)程中，鋁的損耗也僅5%左右，其再生性能比任何一種常用金屬都高。

但鋁合金成本相對(duì)較高，在技術(shù)工藝方面也不夠成熟。鋁合金與其他材料不好連接，焊接困難只能采用鉚接，導(dǎo)致生產(chǎn)效率不高。

當(dāng)前鋁合金在汽車(chē)上的應(yīng)用比較多，如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、變速器殼體、車(chē)身、底盤(pán)、散熱器等，整車(chē)企業(yè)和零部件企業(yè)對(duì)鋁合金的研究也比較多。

福特公司日前展示了 一款與美國(guó)能源部合作開(kāi)發(fā)的基于Fusion/蒙迪歐打造的輕量化技術(shù)驗(yàn)證車(chē)，由于使用大量鋁合金，該款車(chē)比標(biāo)準(zhǔn)版的蒙迪歐輕了363公斤，減重約25%。路虎攬勝越野車(chē)、大眾奧迪A8、奔馳CLA、通用雪佛蘭Corvette跑車(chē)等車(chē)身部分或全部采用鋁材料。新能源車(chē)方面，特斯拉Model S車(chē)型是全鋁車(chē)身，其前后懸架大部分材料也采用鋁材。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，鋁合金在當(dāng)前領(lǐng)域的應(yīng)用肯定會(huì)越來(lái)越廣，未來(lái)在底盤(pán)和車(chē)身覆蓋件方面有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

鎂合金

我國(guó)是鎂資源豐富的國(guó)家，資料顯示，中國(guó)的鎂資源總儲(chǔ)量占全球的85%，位列世界第一位。不過(guò)，我國(guó)在鎂資源利用方面卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，專家表示，在汽車(chē)、國(guó)防、體育等鎂合金產(chǎn)品的生產(chǎn)應(yīng)用方面落后國(guó)外幾十年。

鎂合金在輕量化方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，鎂合金的密度非常低，是目前所有能夠作為結(jié)構(gòu)件或者汽車(chē)零部件材料中密度最低的，為1.7 kg/ m3，鋁是2.8 kg/m3，鋼是7.8 kg/m3。另外鎂合金的儲(chǔ)量非常豐富，占地球地殼2.7%，開(kāi)采壽命分別為鐵和鋁的20和4倍，我國(guó)占有世界70%的儲(chǔ)量，我國(guó)白云石儲(chǔ)備已經(jīng)超過(guò)70億噸，白云石是制造鎂合金的基礎(chǔ)原材料。

在殼體方面，鋁合金變速箱的殼體重量一般會(huì)超過(guò)12kg，而鎂合金變速箱僅為5.4kg，減輕了58%的重量。在動(dòng)力系統(tǒng)、框架、懸掛、以及內(nèi)飾件、內(nèi)門(mén)板、座椅支架、剎車(chē)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等方面，輕量化至少30%以上，如果以上都用鎂合金，重量可以減輕85公斤，減輕率45%。

鎂合金還有一個(gè)好處就是減震效果好，如果車(chē)用上以后可以起到減重的作用，結(jié)合當(dāng)前發(fā)展方向和全球資源環(huán)境的要求，鎂合金材料的研發(fā)必然是汽車(chē)行業(yè)的一個(gè)重要的發(fā)展方向。

其不足方面，鎂合金壓鑄機(jī)的投入成本比鋁合金高，其耐氧化性比鋁低，模具相對(duì)成本比較高。另外，鎂合金的廢品率高且存在安全生產(chǎn)問(wèn)題，回收成本比鋁合金要高，但是鎂合金的投資回報(bào)率非常大，可持續(xù)性比較強(qiáng)，具有極佳的發(fā)展態(tài)勢(shì)。

鎂合金當(dāng)前主要應(yīng)用在汽車(chē)方向盤(pán)、汽車(chē)儀表、中控支架等可覆蓋的地方?；诖?，未來(lái)鎂合金可以在不暴露表面如車(chē)內(nèi)門(mén)板、座椅支架等方面進(jìn)行推廣，而鎂合金發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋、變速器外殼、車(chē)身結(jié)構(gòu)等可在高端車(chē)上使用，迫于成本壓力，中低端車(chē)要批量使用還需要繼續(xù)努力。

碳纖維

碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。碳纖維復(fù)合材料（CFRP）是指由碳纖維與樹(shù)脂、金屬、陶瓷等基體復(fù)合制成的結(jié)構(gòu)材料。其中，汽車(chē)行業(yè)廣泛應(yīng)用的碳纖維環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，具有比重小、剛性好、強(qiáng)度高的特性：比鋁輕30%、比鋼輕50%，強(qiáng)度卻是鋼的7至9倍，最早用于航空、航天、軍工等科技高精尖領(lǐng)域。

在全新BMW 7系的車(chē)體框架中，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料被用于加固車(chē)頂橫梁結(jié)構(gòu)以及B柱和C柱、底部側(cè)圍、中央通道和后部支撐。相比上一代車(chē)型，全新BMW 7系最大減重達(dá)130公斤。

中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司副總經(jīng)理李宏運(yùn)認(rèn)為，復(fù)合材料是推廣新能源汽車(chē)應(yīng)用的一把金鑰匙。復(fù)合材料的技術(shù)和工藝已經(jīng)足以規(guī)?；瘧?yīng)用，并且輕量化能彌補(bǔ)動(dòng)力電池能量密度的不足，續(xù)航里程得以延長(zhǎng)，因此復(fù)合材料與新能源汽車(chē)的結(jié)合是大有裨益的。

中航工業(yè)復(fù)材目前在汽車(chē)輕量化上集大成的一個(gè)樣板——電動(dòng)大巴車(chē)身。采用復(fù)合材料之后，大巴純車(chē)身減重2.4噸，如果再與有輕量化的電機(jī)、電控、電池的整車(chē)廠家合作，整車(chē)能減重5噸多，達(dá)到8.5噸左右。只裝載3噸左右的電池（減了2噸），一次充電的行駛里程就可以到500公里。

對(duì)于成本，李宏運(yùn)說(shuō)，車(chē)身造價(jià)肯定會(huì)增加，復(fù)合材料車(chē)身可能會(huì)比鋁合金車(chē)身要翻一倍，但是整車(chē)的成本并不一定增長(zhǎng)很多。因?yàn)殡姵爻杀敬蠓陆?，“電池一噸起碼要20萬(wàn)吧?！?/p>

不過(guò)，碳纖維也有缺點(diǎn)，它是脆性材料，受力過(guò)大直接斷裂，因此損壞后基本無(wú)法修復(fù)。它高強(qiáng)度只限于軸向，徑向強(qiáng)度較低。要生產(chǎn)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，不僅工藝復(fù)雜，還很費(fèi)時(shí)。最致命的是高昂的成本，使得碳纖維目前只能局限在部分超豪華車(chē)型上，難以普及。例如雷克薩斯推出的全碳纖維車(chē)身和底盤(pán)的LFA，售價(jià)高達(dá)30萬(wàn)-40萬(wàn)英鎊。目前只有寶馬實(shí)現(xiàn)自產(chǎn)自足的CFRP批量供應(yīng)，在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，碳纖維不會(huì)成為汽車(chē)的主要材料。

工程塑料

據(jù)美國(guó)化學(xué)工業(yè)學(xué)會(huì)的研究資料顯示，目前汽車(chē)內(nèi)的塑料零部件總重量還不及汽車(chē)總重量的10%，基于此，“以塑代鋼”的概念在汽車(chē)行業(yè)廣為流傳。

“一般塑料的比重在0.9～1.6，玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料的比重也不會(huì)超過(guò)2.0，而A3 鋼為7.6，黃銅為8.4，鋁為2.7。這就使得塑料成為汽車(chē)輕量化的首選材料。使用塑料可以減輕零部件約40%的重量，同時(shí)其成本也可以大幅度降低?！北逼Ｌ锕こ萄芯靠傇翰牧瞎こ趟こ處煾哚员硎?。

以塑料件代替金屬材料部件，不僅能夠減輕車(chē)重，降低燃油消耗和排放，還可以提高汽車(chē)的動(dòng)力、舒適性及安全性，所以其廣泛應(yīng)用在汽車(chē)動(dòng)力及底盤(pán)系統(tǒng)、內(nèi)外裝飾件、汽車(chē)電子等部件上。比如采用長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料代替金屬外裝飾件，可以減輕外部物體（包括行人）對(duì)車(chē)身的沖擊力；塑料制品還具有吸收和衰減振動(dòng)和噪聲的能力，可以提高乘坐的舒適性；用塑料做車(chē)身覆蓋件十分適宜在污染嚴(yán)重的地區(qū)使用；鋼材制件如果漆面受損或者先期防腐做得不好就容易生銹腐蝕金屬，但是汽車(chē)塑料耐腐蝕性強(qiáng)。塑料對(duì)酸、堿、鹽等抗腐蝕能力大于鋼板。此外，用塑料件替代金屬制件，其成本可降低30%～40%。

高嵩介紹，聚酰胺(PA)材料主要應(yīng)用于動(dòng)力、底盤(pán)零部件及結(jié)構(gòu)件，約占整車(chē)塑料的20%；聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚和熱塑性聚酯等材料主要應(yīng)用于電子電器零部件及結(jié)構(gòu)件，約占整車(chē)塑料的15%左右。改性聚苯醚（PP）和ABS工程塑料及其合金材料主要應(yīng)用于內(nèi)外飾零部件，隨著車(chē)型檔次提高，工程塑料應(yīng)用增加，ABS及其合金應(yīng)用比例增加。

工程塑料優(yōu)勢(shì)眾多，深受歐美汽車(chē)企業(yè)重視，且應(yīng)用廣泛。據(jù)悉，在發(fā)達(dá)國(guó)家，每輛汽車(chē)塑料用量從上世紀(jì)90 年代的100～130kg上升到2004 年的152kg 和2006 年的174kg，現(xiàn)在用量是230kg。國(guó)外汽車(chē)品牌現(xiàn)在已經(jīng)大規(guī)模使用塑料復(fù)合材料和高性能的工程塑料等，而國(guó)內(nèi)自主品牌汽車(chē)在塑料復(fù)合材料上的應(yīng)用（重量占比）卻相對(duì)較少，目前國(guó)內(nèi)車(chē)用工程塑料用量約為30kg。這也反映了我們整車(chē)輕量化技術(shù)水平的差距。

工程塑料具有很好的可設(shè)計(jì)性，但其與金屬制件的連接在國(guó)內(nèi)仍是制約其發(fā)展的瓶頸。除技術(shù)和工藝外，車(chē)用工程塑料應(yīng)用發(fā)展正面臨著回收問(wèn)題的制約和輕金屬材料技術(shù)發(fā)展等多方面的挑戰(zhàn)。