“材”盡其用

王蘭

未來汽車輕量化的發(fā)展趨勢是：合適的材料用在合適的位置。

汽車健身減重的愿望越來越強烈。

無論新能源汽車，還是燃油汽車。無論合資品牌，還是自主品牌。隨著燃油限值5升/百公里考期的拉近，輕量化作為分值占比較高的主科，正成為車企研發(fā)創(chuàng)新的重點。

《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012～2020年）》要求：乘用車企業(yè)到2020年平均燃油消耗量達到5升/百公里。

近幾年，中國的汽車企業(yè)一直為降低油耗絞盡腦汁。

汽車的油耗主要取決于發(fā)動機的排量和汽車的總質(zhì)量。而在降低風阻，提升發(fā)動機燃油技術等一系列手段達到頂峰，其技術極限突破越來越難的時候，減輕車重成為降低油耗的有效方式。

數(shù)據(jù)顯示：若汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%?8%；汽車整備質(zhì)量每減少100公斤，百公里油耗可降低0.3?0.6升；汽車重量降低1%，油耗可降低0.7%。汽車車身約占汽車總質(zhì)量的30%，空載車況下，約70%的油耗用在車身質(zhì)量上。

又有數(shù)據(jù)顯示：電動汽車整車重量每增加10%，續(xù)航里程減少5.5%左右。

事實上，目前由于電池能量密度低，以及新能源汽車（尤其電動汽車）的整車重量大（同樣的新能源汽車與傳統(tǒng)燃油汽車相比要重15%以上）等因素，讓購買車存有較大的里程焦慮。

按著業(yè)內(nèi)專家的預測：2020年，我國的新能源汽車預計達到200萬輛；2025年達到500萬輛；2030年達到千萬輛級的規(guī)模。相對于燃油汽車，電動汽車應用輕量化技術來降低重量，減輕電池成本的需求更為迫切。萬鋼部長曾強調(diào)，“輕量化”是中國電動汽車發(fā)展的方向之一。

設計比選材更重要

輕量化，是不是汽車越輕越好？

截止到2010年之前，中國的汽車重量處于逐漸增長的趨勢。北汽新能源新技術部副部長楊宇威解釋說：“隨著汽車智能化、電動化的發(fā)展，汽車配置不斷增加，比如CD 機、藍牙接口等，導致汽車重量逐步增加?！?/p>

中航復合材料有限責任公司副總經(jīng)理李宏運認為：“車企一直在進行汽車輕量化的研發(fā)工作，只是現(xiàn)在已經(jīng)沒有任何鋼輕量化的余地可挖，已經(jīng)將鋼材料的性能和設計用到了極限，所以人們才開始尋找新的復合材料的輕量化設計?！?/p>

他認為，汽車輕量化設計比選擇輕量化材料更重要。“不同材料有不同特點，離開設計，單獨使用輕型材料根本無法達到汽車輕量化的效果?！?/p>

尺有所短寸有所長。據(jù)李宏遠介紹，飛機是將材料的輕量化用到極致的行業(yè)，是一個為一克重量而奮斗的行業(yè)?！艾F(xiàn)在，在飛機上盡管復合材料用到了50%以上，但它仍然有30%至40%的鋁合金材料。所有飛機的起落架永遠用鋼，到現(xiàn)在為止無法用任何材料替代，所以只有把不同材料的作用發(fā)揮出來，才是真正的用好材料。不根據(jù)材料本身特點的輕量化設計毫無意義。”

楊宇威認為，未來汽車輕量化材料的發(fā)展趨勢是多材料混合使用在同一車型，即合適的材料用在合適的位置。

在輕量化方面走在行業(yè)前列的寶馬汽車，在復合材料應用方面做出了表率。而且，寶馬在碳纖維材料技術應用方面達到了行業(yè)的頂峰。

寶馬在復合材料應用方面的代表作2015年新上市的7系，共有16 個零部件使用碳纖維復合材料。寶馬利用碳纖維在高比強度和比鋼度的優(yōu)越性能，在承力件上使用碳纖維材料。楊宇威說：“寶馬僅在幾個承力的部件上，尤其是B 柱上，使用碳纖維材料，并不是所有零部件采用碳纖維材料，物盡其用，既取到效果又節(jié)省了成本。該車鋁合金件使用比例為60%多，超高強鋼件使用比例20%多，碳纖維件使用比例為3%，這應該是一個可持續(xù)發(fā)展的方向?！?/p>

越薄越難

輕量化的汽車在降低油耗的同時，是否會越來越不安全？是否意味著越重越厚實的車越安全？

楊宇威的回答是，這是消費的誤區(qū)?！爸挥袖摪遒|(zhì)量或者強度要求越低才越厚，因為它在薄的情況下無法滿足安全要求。如果使用了超高強鋼，經(jīng)過先進工藝，雖然厚度變薄，但是性能不減反而增加。雖然表面上看著鋼板薄了，但是車企耗費了更大的精力?！?/p>

據(jù)悉，從生產(chǎn)制造的角度來看，將車身鋼板的厚度做薄有時候比做厚更有難度，汽車用的鋼板厚度通常是有一個固定的范圍，過于薄的鋼板會對沖壓工藝、鋼板本身材質(zhì)提出更高的要求。另一方面，如果車身外覆蓋件的厚度太薄，后期還要為避免壁板共振增加額外的阻尼墊等補救措施。

據(jù)介紹，現(xiàn)階段能進行車身輕量化的企業(yè)，都是擁有非常雄厚技術實力的廠家，因為車身輕量化不只是更換材料而已，哪個地方要輕，輕多少，都是要經(jīng)過大量計算大量實驗反復驗證。甚至車身上一個小孔都要精確到0.01克，沒有足夠技術實力的廠家，根本不敢進行這種看似簡單，實際上技術要求極高的操作。 正如一個人的骨架很大，需要減輕骨架重量，就要用到極其先進的手術設備，非常精確地對這個人的骨架進行處理，只要有一丁點差錯，分分鐘就能要人命，對汽車的輕量化作業(yè)，其實就是如此精確和高難度。

楊宇威從汽車技術人員的角度指出，四門兩蓋無論用什么材質(zhì)對于車內(nèi)人員的安全都沒關系，因為真正保護車內(nèi)人員安全的是車內(nèi)的防撞梁，外板是用來保護行人安全。

李宏遠認為，從主動安全性的角度來說，車輛的輕量化，即降低車重后會提升汽車的主動安全性。比如剎車的距離、操控性能等都會有所改善。

碰撞測試證明：車身前后的緩沖區(qū)能夠非常有效地保護車內(nèi)的人員。目前，汽車除了安全帶、安全氣囊以及主動安全裝置等設計外，其碰撞安全性更多依賴于車身的吸能結構和主體框架設計。緩沖區(qū)需要“軟”，但車身的乘員艙主體是需要足夠“硬”。因為它的強度關乎著駕駛艙是否會發(fā)生變形，如果在碰撞過程中強度不夠，那么人體同樣也會因為生存空間被擠壓而受傷甚至身亡。所以一輛安全性高的汽車，其整個車身結構需要軟硬結合。

楊宇威最后表示，作為主機廠不會為了用輕量化材料而用，但是為了汽車的輕量化，主機廠會做一些成本上的犧牲。

據(jù)了解，在汽車業(yè)內(nèi)有一種說法，在國外，汽車每減輕一公斤允許汽車的成本上升5 歐元。在國內(nèi)，汽車每減輕一公斤成本上升十幾元，應該屬于合理范圍。

可見，任何一種新材料新技術的應用都需要主機廠在新技術與成本之間找到最佳的平衡點。曲高和寡的新技術終究沒有生命力，大部分消費者不能接受的新材料終究不能材盡其用。