寧少10馬力不多1公斤！聊聊汽車輕量化

有錢任性就選碳纖維

當(dāng)很多人還在關(guān)注汽車安全的時(shí)候，各大汽車品牌其實(shí)都在努力“減肥”自己的汽車。其實(shí)汽車和人一樣，容易長幾斤肉，但是很難瘦！一個(gè)胖子可以遠(yuǎn)離“三高”，更健康，同時(shí)行動(dòng)更靈活。如果汽車能變輕，操控性能就能更好，不用換發(fā)動(dòng)機(jī)就能跑得更快。更重要的是，它可以降低能耗和廢氣排放，更加環(huán)保。所以就有了標(biāo)題句:不如減十馬力，不超過一公斤！有這么多好處，當(dāng)然每個(gè)人都應(yīng)該盡最大努力減輕自己產(chǎn)品的重量。今天，我們將主要談?wù)搸追N使用材料減輕汽車重量的經(jīng)典轎跑車。

●碳纖維——金錢的任性選擇

說到輕質(zhì)材料，我相信首先會想到“碳纖維”這個(gè)詞。其實(shí)我們經(jīng)常說的碳纖維材料應(yīng)該叫碳纖維增強(qiáng)聚合物或塑料，英文名是CFRP，也就是碳纖維增強(qiáng)聚合物或碳纖維增強(qiáng)塑料。CFRP以其重量輕、強(qiáng)度高而受到業(yè)界的青睞，被認(rèn)為是未來汽車的發(fā)展方向之一。相同體積的碳纖維構(gòu)件重量僅為傳統(tǒng)鋼構(gòu)件的20%至30%，但強(qiáng)度卻是鋼的10倍以上。但是，CFRP的材料也有缺點(diǎn)，最大的就是貴！所以我們很難在親民的家用車上看到——當(dāng)然除了一些朋友在汽配城買的貼紙和飾品。

只是因?yàn)镃FRP的價(jià)格并不是特別親民，在過去，只有價(jià)格幾十萬美元的超級跑車才能吸收其高昂的成本，而一些超級跑車不僅大量使用CFRP制造車身零件，還使用這些昂貴的材料制造出一個(gè)完整的座艙結(jié)構(gòu)，也就是俗稱的碳纖維單座艙。如果有人告訴你，他的跑車采用碳纖維硬殼式結(jié)構(gòu)，有兩種可能:1。他在吹牛。2.他是一個(gè)戰(zhàn)壕；還有一種可能，我們以后再談。

應(yīng)該說碳纖維硬殼式車身是目前車身材料金字塔的頂端，所以你看到的使用這種結(jié)構(gòu)的品牌基本上都是“高挑”的。但是，也有一些追求的企業(yè)試圖讓這種昂貴的材料和結(jié)構(gòu)“落地”，但還沒有真正實(shí)現(xiàn)。

雖然本田沒有實(shí)現(xiàn)他們的美好愿望，但寶馬實(shí)際上降低了CFRP材料的成本，并將其應(yīng)用于其兩款新能源汽車i8和i3。尤其是i3，它的車身結(jié)構(gòu)也可以看作是單一的碳纖維座艙。如果最低價(jià)低于42萬人民幣，就可以享受“豪華”碳纖維材質(zhì)。有掙錢的感覺嗎？

此外，寶馬還在傳統(tǒng)車型上應(yīng)用了碳纖維材料。新一代寶馬7系（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）采用了碳鋁混合材質(zhì)的車身結(jié)構(gòu)，比老款車型更輕，同時(shí)剛性不降反升。車輛重量的減輕對車輛的動(dòng)力和操控性能有積極的影響。相信這也是寶馬有信心推出搭載4缸2.0T發(fā)動(dòng)機(jī)的730Li的原因之一。

總的來說，今天CFRP材料還是比較貴的，所以還是只有少數(shù)人的專利。不過寶馬7系的車身材料也引出了一個(gè)我們接下來要講的材料。它相對來說更貼近人民，在我們的日常生活中隨處可見。但是，一旦出現(xiàn)在汽車上，它的價(jià)值就會倍增——這就是鋁合金。

輕奢小資偏愛鋁合金

●鋁合金——理性消費(fèi)與奢華路線

與之前的CFRP材料相比，鋁合金在汽車上的應(yīng)用似乎離我們更近了。鋁合金沒有CFRP輕，強(qiáng)度也差。但與傳統(tǒng)汽車用鋼相比，優(yōu)勢明顯:鋁合金的密度約為2.7 g/cm3，而鋼的密度約為7.8g/cm3；在強(qiáng)度方面，鋁合金的比強(qiáng)度約為85，而合金鋼的比強(qiáng)度僅為40。更重要的是，鋁合金沒有CFRP材料那么“高貴”，相對來說更容易接受。

除了全鋁車身結(jié)構(gòu)外，鋁合金還可以根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r用于一些“胖”的部位，既能有效減輕車身重量，又能兼顧生產(chǎn)成本，使得整車價(jià)格更加“親民”。常見的零件是發(fā)動(dòng)機(jī)罩和行李箱蓋/門，以及一些其他車身面板。像福特F-150（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）這樣的皮卡采用的是非承載式車身，甚至整個(gè)車身都是鋁合金制成的，當(dāng)然這些零件并不是主要的承重結(jié)構(gòu)。

說到鋁合金車身，恐怕最讓人擔(dān)心的就是日常使用中的保養(yǎng)費(fèi)用了。早年因?yàn)殇X合金鈑金的工具設(shè)備不普及，連4S的店鋪都不愿意為一兩款銷量不高的高端車型加裝設(shè)備、設(shè)置工位。此外，鋁合金板材的鈑金修復(fù)原理雖然與傳統(tǒng)鋼材相似，但在技術(shù)和技能上有更多的要求，工人也需要培訓(xùn)。所以當(dāng)時(shí)修復(fù)鋁合金車身的方法幾乎只有一個(gè)——換！如果你打一輛2000左右的奧迪A8（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策），看到4S店的服務(wù)報(bào)價(jià)，相信會很酸。

如今，使用鋁合金車身零件或車身結(jié)構(gòu)的車型越來越多，雖然還沒有成為主流，但在4S商店或小型汽修店，鋁板金屬設(shè)備已經(jīng)不再罕見——當(dāng)然，這些設(shè)備的價(jià)格比以前便宜得多。所以很多品牌都說現(xiàn)在的鋁合金車身在使用成本和維護(hù)成本上和傳統(tǒng)鋼材沒有什么區(qū)別。

除了在車身上的應(yīng)用，鋁合金還廣泛用于制造汽車底盤懸架部件。很多人談?wù)摰匿X合金下控制臂就是最好的例子。與鋁合金車身相比，鋁合金制造的底盤零件離我們更近，很多國產(chǎn)車的底盤也長期使用這種材料。

整體來看，鋁合金材料在車身上的應(yīng)用并不少見，但仍局限于相對高端的豪華品牌車型。當(dāng)然，一些比較親民的車型也在一些車身面板上采用了這種材料。另一方面，鋁合金零件的可視性相對較高?？偟膩碚f，今天使用輕質(zhì)鋁合金材料來減輕車輛重量是一條“豪華”路線。但是，對于那些不使用輕質(zhì)材料的汽車，真的沒有辦法“減肥”嗎？

“減肥”也能經(jīng)濟(jì)實(shí)惠

●鋼-有許多仔細(xì)計(jì)算的方法。

雖然鋁合金材料比以前更貼近人民，但制造成本仍然比傳統(tǒng)鋼材高得多。對于一些由于定位和售價(jià)無法吸收這些額外成本的車輛來說，還是“混蛋”。但對于更注重經(jīng)濟(jì)性的經(jīng)濟(jì)型車來說，由于選擇這些車的消費(fèi)者對油耗更為敏感，重量輕的優(yōu)勢無疑更為重要，所以很多企業(yè)都在傳統(tǒng)鋼鐵產(chǎn)品上動(dòng)腦筋。

減輕重量的前提是保證強(qiáng)度。車身結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度不僅關(guān)系到車輛的安全水平，還影響著機(jī)動(dòng)性。昂貴的碳纖維材料和鋁合金可以遠(yuǎn)低于同等強(qiáng)度的鋼的重量，那么類似性能的鋼能否通過一些特殊的工藝制造出來呢？答案是很多人聽說過的高強(qiáng)度鋼。

這項(xiàng)“本地金屬壓鑄”技術(shù)由本田和供應(yīng)商蓋世太保開發(fā)了三年。壓制結(jié)構(gòu)件前，先將鋼板加熱至930℃；在接下來的沖壓成型步驟中，本田在結(jié)構(gòu)件的目標(biāo)區(qū)域覆蓋了一些冷卻管，因此整個(gè)結(jié)構(gòu)件不同區(qū)域的回火率不同，從而可以在同一鋼板上形成強(qiáng)度不同的區(qū)域。根據(jù)本田的數(shù)據(jù)，這種壓鑄技術(shù)可以在同一鋼板的不同區(qū)域制造590兆帕至1500兆帕的拉伸強(qiáng)度。

這種局部變強(qiáng)度壓鑄方法最大的優(yōu)點(diǎn)是在不犧牲車身整體扭轉(zhuǎn)和彎曲剛度的情況下，制造出吸能塌陷區(qū)，車架重量更輕。根據(jù)本田的說法，新款思域（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）汽車版本的扭轉(zhuǎn)剛度比上一代提高了25%。

除了高強(qiáng)度鋼，通過精確的計(jì)算和分析，工程師還可以通過在鋼制零件上打孔或重新設(shè)計(jì)零件的形狀或結(jié)構(gòu)來減少鋼材的使用，從而減輕重量。與那些更換材料的方法相比，這種減重方法的成本相對較低，但需要有非?？茖W(xué)和準(zhǔn)確的計(jì)算能力。

在經(jīng)濟(jì)型家用車領(lǐng)域，通過改造鋼材來減輕車輛重量是最常見的現(xiàn)象。雖然減重的幅度和那些昂貴的輕量化材料有一定的差距，但優(yōu)勢在于經(jīng)濟(jì)效益，消費(fèi)者不用花太多錢就能享受到輕量化的效果。

●工程塑料和聚合物材料-內(nèi)部能量和外部能量

我們最后要講的材料是塑料，它與我們的日常生活關(guān)系最為密切。很多人認(rèn)為又軟又輕的塑料只能用來做玩具車。造真車豈不是笑話？這讓我們回到了我們的老話題:決定車輛安全性的是車身結(jié)構(gòu)，而不是車輛的蒙皮。當(dāng)然，我們今天不會帶著撕裂風(fēng)險(xiǎn)來討論這個(gè)話題，只是想告訴大家，工程塑料已經(jīng)被用在一些沒有受力的車身面板上了。

除了覆蓋車外的零件，塑料或聚合物材料也用于內(nèi)部零件、管道甚至底盤零件，以及眾所周知的汽車的胃燃料箱。通過這種材料的應(yīng)用，可以從每一個(gè)細(xì)節(jié)上減輕車身的重量。

除了傳統(tǒng)的工程塑料，還有一種高分子材料值得一提，那就是玻璃纖維材料。玻璃纖維材料被稱為GFRP，即玻璃纖維增強(qiáng)塑料。是不是很像碳纖維材質(zhì)的CFRP？事實(shí)上，它們在結(jié)構(gòu)上是相似的，都是纖維材料和基材的混合物。如果GFRP這個(gè)名字看起來有點(diǎn)奇怪，那么還有一個(gè)名字你一定聽說過，那就是玻璃鋼。

應(yīng)用塑料等高分子材料減輕重量也不會帶來很大的成本壓力。同時(shí)，由于這些材料易于成型，它們不僅為輕量化做出了很大貢獻(xiàn)，還在功能和布局上帶來了許多變化和優(yōu)勢。

總結(jié):

無論使用什么樣的材料，最終目的都是為了車輛“減肥”。從效果來看，昂貴的材料肯定會有更好的性能和更輕的重量，但不同級別的車輛也會根據(jù)自己不同的定位和定價(jià)選擇適合自己的材料。隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，汽車輕量化已經(jīng)成為所有汽車品牌的必修課。相信隨著材料科學(xué)的不斷進(jìn)步，汽車也將在輕量化的道路上越走越遠(yuǎn)。