2016年未來汽車輕量化趨勢研究精要

1、產(chǎn)業(yè)的交智庫網(wǎng)址:2016年未來汽車輕量化趨勢研究若汽車整車重量降低 10%,燃油效率可提高 6%-8%;汽車重量降低 1%,油耗可降低 0-7%;汽車整備質(zhì)量每減少 100千克，百公里油耗可降低 0.3-0.6l。汽車輕量化不是什么新鮮的名詞， 但卻是在近兩年被提及的越來越頻繁， 從試點(diǎn)過渡到 普遍的應(yīng)用技術(shù)，汽車輕量化的優(yōu)勢不言而喻， 然而每個企業(yè)對于輕量化的方向不同， 所以 也引發(fā)了很多爭議。在海外媒體的報道中，第六代寶馬7系也重點(diǎn)突出了其多種輕量化技術(shù)，寶馬 i3和i8使用的多種輕量化技術(shù)將在新一代7系中得到應(yīng)用，除了傳統(tǒng)的鋁合金和鋼材之外，還將使用碳纖維強(qiáng)化樹脂，預(yù)計整備質(zhì)量將被降低

2、150千克左右。碳纖維強(qiáng)化樹脂將被用于車頂、發(fā)動機(jī)蓋和行李箱蓋、車輛的承力件上等部件。整備質(zhì)量的降低不僅有助于減少油耗，還可以增強(qiáng)操控、制動性能和加速性能。寶馬i3和i8使用的多種輕量化技術(shù)將在新一代7系中得到應(yīng)用新一代寶馬7系對于輕量化更進(jìn)一步的使用，可以聯(lián)想到旗下更多熱門產(chǎn)品也將使用這 些最新的多種輕量化技術(shù)。輕量化的概念并不新鮮，應(yīng)用這些技術(shù)的車輛范圍也在逐年擴(kuò)大， 而不斷有新的技術(shù)被推向更多的汽車總成、零部件。曾經(jīng)有人預(yù)言今后汽車的90%部分都將使用輕量化材料，現(xiàn)在看來一點(diǎn)也不夸張。什么是汽車輕量化汽車輕量化就是為汽車瘦身汽車輕量化就是為汽車瘦身，在確保穩(wěn)定提升性能的基礎(chǔ)上，節(jié)能化設(shè)計

3、各總成零部件，持續(xù)優(yōu)化車型。實(shí)驗(yàn)證明，若汽車整車重量降低10%,燃油效率可提高6%8%;汽車重量降低1%,油耗可降低0.7% ;汽車整備質(zhì)量每減少 100千克，百公里油耗可降低 0.30.6升。本田nsx車采用了全鋁承載式車身目前輕量化被最廣泛應(yīng)用的是鋁合金的技術(shù)。1990年9月開始銷售的日本本田 nsx車采用了全鋁承載式車身，比用冷軋鋼板制造的同樣車身輕200kg,引起全世界的矚目。近年來奧迪、捷豹、新攬勝都使用了全鋁式的車身結(jié)構(gòu)，鋁合金已經(jīng)成為了一種比較理想的輕量化材料，鋁合金還可以按照添加合金的不同和比例的不同以及制造工藝的區(qū)別，應(yīng)用在車身、車架、制動盤、發(fā)動機(jī)氣缸體、氣缸蓋、活塞、進(jìn)氣

4、歧管、搖臂、發(fā)動機(jī)懸置支 架、空壓機(jī)連桿、傳動器殼體、離合器殼體、車輪、制動器零件、把手及罩蓋殼體類等地方。奧迪asf全鋁車身結(jié)構(gòu)近年來，鋁合金用于車身材料的加工方式的成本有所降低。以前都要將厚的鋁合金板沖壓成薄板再進(jìn)行加工，目前通用引入了和鋼板沖壓類似的熱沖壓成形技術(shù)。這對工藝的要求是十分嚴(yán)格的，因?yàn)闆_壓時摩擦因數(shù)的增大，不僅會增加壓邊區(qū)材料進(jìn)入成形區(qū)的難度，并且在成形區(qū)內(nèi)，由于摩擦力的作用， 截面各處材料流動不均，容易在應(yīng)力集中地方產(chǎn)生急劇減薄而發(fā)生破裂。協(xié)調(diào)好壓邊力與沖壓力的關(guān)系，加上良好的潤滑， 是實(shí)現(xiàn)鋁合金熱沖壓再次降低材料成本的關(guān)鍵。當(dāng)然鋁合金作為大范圍量產(chǎn)的輕量化材料固然理想，也

5、有自身的缺點(diǎn)，比如工藝復(fù)雜且后續(xù)維修費(fèi)用高。對于本文，我們不對鋁合金的材料做重點(diǎn)闡述，我們將主要講解輕量化的其他發(fā)展方向。碳纖維的春天當(dāng)然，還有更多的輕量化材料和科技應(yīng)用在現(xiàn)在的汽車當(dāng)中，在文章開篇中提到的第六代寶馬7系所使用的i3與i8輕量化科技，其中就包括了碳纖維車身。寶馬i3碳纖維座艙碳纖維的車身多見于超跑，昂貴的價格一直讓平民車對其敬而遠(yuǎn)之，寶馬i3的到來刷新了這一領(lǐng)域的歷史價格，要知道寶馬i3在海外白售價26.6萬元起，突破了成本的制約，也許汽車碳纖維的春天已經(jīng)到來？碳纖維材料材料強(qiáng)度可媲美鋼材寶馬i3的碳纖維座艙，是寶馬與德國sgl碳纖維公司合資建立全新工廠內(nèi)以高度自動化的方式生產(chǎn)

6、的。該材料強(qiáng)度可媲美鋼材，但密度小了50%,甚至比鋁材還低 30%。其實(shí)邁凱輪和蘭博基尼都成功地大幅度降低了碳纖維合成材料的生產(chǎn)成本，只是這次寶馬的步履明顯加快了。碳纖維材料本身并不昂貴，然而要把碳纖維加工成適合車輛行駛、碰撞的成品才真正是其價值所在。傳統(tǒng)膠合過程時間耗費(fèi)大一般來說，一款超級跑車承載結(jié)構(gòu)的車身從膠合、烘干到冷卻需要4天時間，例如帕格尼風(fēng)之子。交錯織成的纖維布可形成勻稱的菱形圖案。纖維布已用松脂浸濕（一道化學(xué)過程，即先用化學(xué)制劑進(jìn)行浸漬），不過在膠合之前必須冷卻，以便松脂在爐中進(jìn)行反應(yīng)?？傊@ 是一個頗長的、幾乎無法使其自動化的進(jìn)程，因而也是一個昂貴的過程。剁斷碳纖維用于汽車制造

7、的新工藝所以大大縮短時間是降低碳纖維成本的一個方法，邁凱輪和蘭博基尼使用的不是碳纖維布，而是單個的、部分是很短且很薄的剁斷碳纖維（ chopped carbon）。它們被一束束捆起 來，在松脂中浸濕，然后使其成形。成形的碳纖維再放進(jìn)由鋼制成的機(jī)器中，在那里加壓升 溫（鍛造過程），引起結(jié)構(gòu)的化學(xué)反應(yīng)。這個過程必須在6分鐘內(nèi)完成，這樣就恰好適于大批量生產(chǎn)線的進(jìn)程。雖然碳纖維增強(qiáng)合成材料良好的形狀既沒有達(dá)到用化學(xué)制劑進(jìn)行預(yù)處理的完美的菱形，也沒有達(dá)到完美的堅(jiān)固性，但是這種方法得到的材料強(qiáng)度仍然可以和鋼媲美，關(guān)鍵在于重量只是鋼材的二分之一。碳纖維從跑車過渡到平民用車只是時間的問題，悄無聲息的戰(zhàn)爭已經(jīng)展

8、開，2011年，寶馬和大眾就競相增持碳纖維供應(yīng)商西格里（sgl）的股權(quán)。12月2日，德國寶馬宣布與美國波音航空公司展開合作。共同開發(fā)碳纖維材料技術(shù)，用于新型汽車和飛行器。 這次合作意味著寶馬與競爭對手大眾再次爭奪碳纖維技術(shù)領(lǐng)域的伙伴，大眾也已通過旗下的蘭博基尼品牌與波音達(dá)成碳纖維方面的合作。順便說一句改裝市場充斥的各種所謂的碳纖維，山寨能力絕對堪稱一流，但是價格確實(shí)相差很多。所以您在購買的時候一定要多比較，二者的不同也是非常明顯的。鎂合金的制約雖然碳纖維能夠用于制造汽車的很多部位，但是全部使用碳纖維是不可能的， 所以，你也會發(fā)現(xiàn)，很多汽車所使用的輕量化技術(shù)是多元化的，各種輕量化的材料齊上陣，鎂

9、合金也是其中的一種。鎂的密度約為鋁的 2/3,在實(shí)際應(yīng)用的金屬中是最輕的。鎂的密度約為鋁的2/3,在實(shí)際應(yīng)用的金屬中是最輕的。鎂的密度約為鋁的2/3,在實(shí)際應(yīng)用的金屬中是最輕的。鎂合金的吸振能力強(qiáng)、切削性 能好、金屬模鑄造性能好，很適合制造汽車零件。鎂合金大部分以壓鑄件的形式在汽車上應(yīng) 用，鎂壓鑄件的生產(chǎn)效率比鋁高30%50%。新開發(fā)的無孔壓鑄法（pore free diecast）可生產(chǎn)出沒有氣孔且可熱處理的鎂壓鑄件。鎂合金車輪輪車用鎂鑄件在汽車上使用最早的實(shí)例是車輪輪車機(jī)在汽車上應(yīng)用鎂合金的實(shí)例還有離合器殼體、離合器踏板、制動踏板固定支架、儀表板骨架、座椅、轉(zhuǎn)向柱部件、轉(zhuǎn)向盤輪芯、變速 箱

10、殼體、發(fā)動機(jī)懸置、氣缸蓋和氣缸蓋罩蓋等。奔馳sl/slk跑車折疊鎂合金車頂框架結(jié)構(gòu)奔3sl/slk跑車折疊車頂框架結(jié)構(gòu)鎂合金壓鑄件獲得歐洲鎂協(xié)2011年度汽車鎂應(yīng)用創(chuàng)新一等獎。在2012年歐洲鎂協(xié)20屆年會上，來自奔馳汽車公司的專家介紹了鎂合金在奔 馳汽車中的應(yīng)用，特別是奔馳新一代slk跑車折疊車頂框架是由四個鎂合金壓鑄件組成，分別是車頂框架（3825g）、后窗框架（2075g）、左右c柱（ 980g）。這些鎂合金壓鑄件都在 奔3e esslingen-mettingen的鎂壓鑄廠生產(chǎn)。全球化基石 通用汽車中國前瞻技術(shù)中心美國通用汽車公司計劃擴(kuò)大輕量化零部件在汽車中的應(yīng)用。通用汽車公司開發(fā)出了

11、采用熱成型加工鎂合金板材零部件并且可以防止腐蝕的方法，并且正在對開發(fā)出的零部件進(jìn)行測試。通用使用的鎂合金防腐蝕的方法是盡量減少兩塊材料之間的挪合，能使用一整塊鎂合金就不將其分成兩塊。另外，還要在鎂合金的表面刷上防氧化腐蝕的化學(xué)制劑。采用此種方法，可以用高強(qiáng)鎂合金板材來替代鋼和鋁板材件。通用汽車公司已經(jīng)對該方法申請了專利。該方法將鎂材料加熱到450。c后進(jìn)行熱成型。通用汽車公司已經(jīng)采用該方法開發(fā)出了用于汽車后備箱蓋的板材件，并成功通過了相關(guān)沖擊測試。通用公司將推廣鎂合金在汽車上的使用由于鎂制車身板件的應(yīng)用，可以得到更好的車身操控，更佳的性能表現(xiàn)以及更經(jīng)濟(jì)的燃 油成本，更輕的車身將在整體層面上提升

12、車輛的性能。相比于鋁制板材件，鎂合金車身板件的成本要高出3至4倍鎂合金在汽車上的應(yīng)用雖然很早就開始展開，但是目前鎂合金并沒有廣泛的推廣開來， 估計通用會是最早將鎂合金在汽車行業(yè)量產(chǎn)推廣的公司，在制造加工方面，制造薄板的鎂合金包含有96%的鎂、3%的鋁以及1%的鋅，并且需要在約450攝氏度的環(huán)境下以一個非常慢 的過程進(jìn)行沖壓成型。這使得制造的工藝要求和制造成本非常高。相比于鋁制板材件，鎂合金車身板件的成本要高出3至4倍。另外，由于鎂合金板材的特殊性， 在修復(fù)工藝方面或許與傳統(tǒng)的鋼鐵板件 存在一定差異。因此，室溫下的制造是鎂合金的研究方向，可以更好的控制鎂合金制件的成本。今天鎂在汽車制造業(yè)中的情形

13、，就好像鋁材料在25年前一樣；而日后對鎂合金更加廣泛的應(yīng)用將會最終把成本攤薄。以上我們列舉了一些材料在輕量化中的應(yīng)用，不斷進(jìn)步科技和制造工藝讓輕量化有了更多的延展空間，但是你不要忘記了， 汽車歸根到底都是機(jī)械制造的產(chǎn)物，機(jī)械構(gòu)成才是不斷革新的最根本因素，所以結(jié)構(gòu)上的改變是輕量化的另一個方向。結(jié)構(gòu)的改變一發(fā)動機(jī)的輕量化這個方向的主要趨勢是整合零件， 減少零件數(shù)量，減小總成零件的體積， 當(dāng)然是在不影 響汽車安全和性能的前提下。目前很多廠家都在積極的進(jìn)行總成的輕量化，發(fā)動機(jī)是個非常典型的例子。發(fā)動機(jī)的輕量化不那么容易對于發(fā)動機(jī)總成的輕量化由來已久，上至豪車下至平民車型都在積極推進(jìn)，發(fā)動機(jī)作為一部整車

14、最重要的大總成，其輕量化意義重大。為了達(dá)到控制廢氣排放和提高動力性等發(fā)動機(jī)性能的目的，發(fā)動機(jī)又必須引入新的組 件，如渦輪增壓器、egr、后處理器和電控系統(tǒng)等， 或強(qiáng)化原有零部件，如噴油泵的加強(qiáng)等， 這樣一來又會使發(fā)動機(jī)的重量有所增加。由此可見，要實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)輕量化并非易事，決不是產(chǎn)業(yè)研究智庫-經(jīng)濟(jì)資訊平臺產(chǎn)業(yè)的交智庫l|hmiarlai fei-marak jniviw-m網(wǎng)址:網(wǎng)址: 通過較單一的措施就能實(shí)現(xiàn)的。發(fā)動機(jī)的輕量化可以通過替代材料減輕重量，還有就是結(jié)構(gòu)組成的優(yōu)化，另外對組件的模塊化和關(guān)鍵零件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化也可以達(dá)到輕量化的目的。ea211發(fā)動機(jī)輕量化結(jié)構(gòu)的一些舉措我們以大眾橫置模塊化m

15、qb平臺而全新研發(fā)的為 ea211發(fā)動機(jī)為例，可以直觀的了解結(jié)構(gòu)的改變對于發(fā)動機(jī)減排的影響。在驅(qū)動器件及相關(guān)附件中，由于從應(yīng)用于ea111的金屬材質(zhì)的傳動鏈改成用于ea211的非金屬齒形帶，加上包括張緊、連接鏈輪和帶輪的不同，已使后者重量有所下降；再次，驅(qū)動系統(tǒng)的外罩部件是一重要的外附件，ea111采取的是集成、整體式鋁合金鏈輪罩殼 （其中還包含了機(jī)油濾清器等功能件），而在ea211中則變成了分體式結(jié)構(gòu)，3個外罩件中，除了中間那個安裝濾清器的為鋁制件，另二個均為塑料件，從而大大減輕了后者重量；最后，ea111的殼體為薄鋼板沖壓件，其上還固定了一個用于潤滑的由鏈輪驅(qū)動的油泵。而ea211油底殼的

16、材質(zhì)是鑄鋁，其上除了帶有機(jī)油泵外，還固定了一個機(jī)油濾清器和 一個空調(diào)壓縮機(jī)，顯然后者的集成化程度較前者更高。曲軸的輕量化曲軸的輕量化更加明顯，ea211發(fā)動機(jī)曲軸減少扇板數(shù)量，從傳統(tǒng)的8片減少到4片；減小扇板的寬度，并進(jìn)行形狀優(yōu)化；縮小主軸頸的尺寸，平均縮小10%。這樣一些列的工作下來，ea211系列發(fā)動機(jī)的質(zhì)量減輕了約22kg,達(dá)到18%左右，燃油消耗也相應(yīng)地下降了 8%-10%。碳排放水平來看，ea211的減排效果也很明顯，以有可比 性的1.6l mpi發(fā)動機(jī)為例，每公里 co2的排放量可減少10g左右。結(jié)構(gòu)的改變一變速器輕量化變速器是汽車動力總成的主要組成部分，而變速器齒輪傳動機(jī)構(gòu)又稱為

17、汽車變速器機(jī)構(gòu)的主要組成部分，其其量化技術(shù)同樣是一個系統(tǒng)工程，可采用細(xì)化（小型化）、優(yōu)質(zhì)、減免、整合、改質(zhì)、異構(gòu)、優(yōu)化等措施進(jìn)行輕量化技術(shù)設(shè)計。變速器的輕量化日產(chǎn)2009年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化的 cvt7變速箱的最大特點(diǎn)就是全球首次采用副變速箱技術(shù)。改變結(jié)構(gòu)的這一創(chuàng)新既縮小了變速器的體積又增加了速比。我們知道，傳統(tǒng)的 cvt變速箱主要是靠改變主動輪和從動輪的直徑來實(shí)現(xiàn)改變傳動比的。不過日產(chǎn)的cvt7變速箱，在此基礎(chǔ)上創(chuàng)新性地加入副變速箱。這個副變速箱其實(shí)就是一套行星齒輪組，位于從動輪與輸出軸之間，可以實(shí)現(xiàn)兩個檔位以及倒檔的功能。一擋的速比為1.821,二檔的速比為 1.0000另外由于將前后切換裝置與副

18、變速器一體化的設(shè)計，同時采用更小的主、 從動帶輪，從 而實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化。這款變速箱在原來基礎(chǔ)上，減少了 10公斤的重量。所以，偉大的科研人員總是能通過突破性的改變其內(nèi)部結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)車輛的輕量化。汽車輕量化深入到每個零部件中，研發(fā)人員為其掏空心思，于是我們的車輛耗材越來越環(huán)保， 性 能不斷攀升，油耗卻逐年降低。效率的增加一發(fā)動機(jī)的小型化各種零件和總成的小型化我認(rèn)為也可以歸結(jié)到輕量化的科技中，不過盡管這些和效率的關(guān)系更加密切。三缸發(fā)動機(jī)在近兩年的時間突發(fā)猛進(jìn)發(fā)展，并且大有燎原之勢。如果更小型的發(fā)動機(jī)也可以達(dá)到相對更高排量發(fā)動機(jī)的效果，那么何樂而不為呢？福特在早前就發(fā)布了超小的ecoboostl.

19、ol三缸直噴增壓發(fā)動機(jī)，這款投影面積僅為一張a4紙大小的小排量發(fā)動機(jī)，是由福特在英國的唐頓技術(shù)中心和在德國的merkenich技術(shù)中心共同設(shè)計開發(fā)的，福特1.0l ecoboost三缸發(fā)動機(jī)的最大功率為 123馬力，最大扭矩為201牛米。也一舉奪得了在德國舉辦的國際年度發(fā)動機(jī)大獎。這款發(fā)動機(jī)將取代福特的1.6升四缸自然進(jìn)氣發(fā)動機(jī)。福特ecoboost技術(shù)采用包括渦輪增壓、燃油直噴和可變氣門正時在內(nèi)的三大先進(jìn)技術(shù)，從而使一款小體積的發(fā)動機(jī)能輸出與大體積發(fā)動機(jī)相當(dāng)?shù)膭恿?，并將燃油?jīng)濟(jì)性提高近 20%。也有人覺得三缸發(fā)動機(jī)難成大器，畢竟受到進(jìn)氣量的制約，這種偽裝的新技術(shù)也只不過是廉價的擋箭牌。但是，

20、我個人覺得，效率永遠(yuǎn)要比容量重要。寶馬旗下的1.5t三缸增壓發(fā)動機(jī)已經(jīng)裝載到了寶馬i8、全新mini以及將發(fā)布的1系gt上。寶馬旗下的1.5t三缸增壓發(fā)動機(jī)這臺三缸發(fā)動機(jī)裝配有valvetronic電子氣門技術(shù)以及一個雙渦管渦輪，壓縮比超越了n20和n55達(dá)到了 11:1,如何控制好發(fā)動機(jī)的爆震也顯得尤為重要，該款發(fā)動機(jī)的輸出功 率最高可達(dá)到165kw,最大扭矩則能達(dá)到 240nm,將取代現(xiàn)有的1.6t增壓引擎。寶馬全新 研發(fā)的1.5t三缸增壓發(fā)動機(jī)將成為未來寶馬b級以下車型搭載的主要動力系統(tǒng)之一。安全與輕重?zé)o關(guān)這是一個頗有爭議的問題，這也代表好的科技不一定會帶來好的銷量， 輿論的指向也會 讓

21、消費(fèi)者再三考慮。 這是營銷中的秘訣， 它加入了人與人之間復(fù)雜的成分， 所以，新的科技 看起來總是弱一點(diǎn)。就像是有一部分人會認(rèn)為這些輕量化的技術(shù)不過是資本主義耍花招想掙我們口袋里的錢罷了，鋁合金哪里有鋼結(jié)實(shí)，哪里有鋼經(jīng)撞?。讳摪逄±?，必須是厚厚的才結(jié)實(shí)嘛；某 日系車從中間鋸開， 夾層是紙殼子啊，這安全還有保障嘛；你看那美國的校車，悍馬都撞碎 了，裝甲級別的，你看看人家。仔細(xì)想想這些傳言也許當(dāng)時只是探討，后來變成了真理，也有一些是散播人的別有用心。所以就這樣很多車子都被扣上了 一撞就碎的帽子，永世不能翻身。汽車的安全非常重要， 對于車輛來說，汽車安全分為主動安全和被動安全兩大方面。主動安全大多是一些輔助的電子系統(tǒng)。被動安全是指汽車在發(fā)生事故以后對車內(nèi)乘員的保護(hù)， 如今這一保護(hù)的概念已經(jīng)延伸到車內(nèi)外所有的人甚至物體。車架是重要的被動安全設(shè)施通常被動安全更容易被相互談?wù)摚?因?yàn)槭鹿士偸峭蝗缙鋪恚?令人印象深刻。車架在其中 承擔(dān)了非常重要的角色， 車架的輕量化也使用了高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)鋼和鋁合金，通常車架碰