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砖家不知道(22) 汽车轻量化包治百病?

2015年04月25日 08:06:22
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来源:凤凰汽车 作者:房力耕

凤凰汽车·砖家不知道 最近做了个艰难的决定,去减肥!因为夏天快到了,春天不减肥,7月徒伤悲、8月徒伤悲、9月还得徒伤悲......健身房的教练跟小编保证,减掉20斤赘肉之后,身体能更结实,能耐摔打(教练主教搏击的,脑补下这是多么痛苦的课程)。

相比我每年夏天逼近才想起临时抱佛脚,汽车在“减肥”的道路上其实已经飞奔了好长时间。早在上世纪初期,汽车轻量化就已经成为工程师们必须考虑的因素。初期汽车的轻量化只为不给效率低下动力孱弱发动机减负;而后来很长一段时间内,轻量化的目的是为了让车跑得更快,所以主要存在于汽车运动领域。

而近些年,在民用车领域才真正意义上掀起了轻量化的浪潮,一时间刷空间结构的、刷新材料的、刷新一代平台的,各种黑科技轮番Duang!Duang!Duang!的上演。不知大家注意到没有,近几年发布的新车,在产品介绍中总少不了提几句相比前任车型减轻重量XX公斤,或者白车身减重XX公斤。或者是大力宣传在车架/车身的材质选择上运用了更轻的材料,从前几年崭露头角到今天越发流行的铝合金、再到镁合金和曾经只存在于赛车和超跑,现在也开始迈入民用领域的碳纤维合成材料,似乎现在不把车弄得轻一点,都不好意思出去和别人打招呼。

关于汽车轻量化,为汽车带来的优点太多了。如果说过去汽车轻量化的目的还是单一的为了跑得快,那么今天轻量化为汽车带来的受益则是覆盖到各个方面了,比如操控更灵活、驾驶性能提升、燃油表现更经济等等,甚至,轻量化之后的汽车比曾经整备质量较大的汽车,在很大程度上还更安全。

这真不是开玩笑,先说一个简单的理由:车越轻,加速和减速所需的时间就越少,这意味着同等环境条件下,较轻的车制动距离更短(国道上各种超载的大货车呵呵,大家自动远离吧)。同样的,较轻的车有更好的操控能力和反应速度,紧急避险的成功率也更高。

如果你仍然无可救药的朝着一堵墙或者对面驶来的车冲过去,在碰撞不可避免的时候,也是更轻的车比较安全!因为车越轻,自身携带的动能(动能取决于速度和质量)就越少。在碰撞发生时,需要汽车缓冲区吸收的动能也就减少了。注意:在碰撞事故中导致车内乘员受伤的主要原因就是动能没有被车体吸收而是要由车内乘员共同吸收。所以安全的车,在同等速度碰撞时应该是所带动能尽可能少,而车身吸收的动能尽可能多。

可是国内还有一些对汽车持老观念的消费群体,对于汽车减重的趋势并不太接受,花同样的钱似乎买个更重的车,才觉得踏实、放心。问题是买车又不是买海鲜,汽车也不是螃蟹,花同样的钱买来越重越划算,更何况增加的分量也可能是偷偷掺的水呢?

在国家政策对汽车安全、燃效越来越严格的法规面前,轻量化注定会越做越主流,越做越广泛。其实就在你我上下班代步的家用轿车上,也存在着轻量化设计,比如全铝发动机、精简的发动机周围部件和轻量化的合成塑料等等,轻量化并不局限于我们常说的铝合金或碳纤维,只不过因为这些身价高昂技术总是伴随着豪华车和性能车出没,有着极为闪耀的科技光环吸引大众眼球关注而已。

但在价格低廉的民用车领域,车架和车身覆盖件的主要材料还是高强度钢材。虽然铝合金被很多人认为是未来汽车材料的主力,但作为传统材料的高强度钢在汽车轻量化大潮中依然有属于自己的位置,因为高强度钢在强度、抗腐蚀性方面比铝合金有优越性,虽然轻量化方面表现差一些,但较低的成本对于大部分汽车来说还是更容易实现,并且也更符合大多数普通购车用户的价格承担能力。

而其它的新兴材料,比如铝合金、铝镁合金和碳纤维复合材料等等,在轻量化方面有更大潜力,但近年来除了铝合金在一些较为昂贵的车型上逐渐普及应用之外,像碳纤维、碳陶瓷这些材料依然只属于一些天价级别的超级汽车。

较高的成本主要体现在研发和制造领域,研发方面,对于一贯使用钢为主要材料的传统汽车制造商来说,换用其他轻量材料意味着研究合理的结构简化和轻质材料的运用工艺。

比如铝合金与其他材料不好连接,所以要掌握铝合金的焊接或黏合加工技术,投入的研发就比高强度钢的焊接困难许多。其它新材料也面临类似的问题,比如镁合金耐腐蚀性差、废品率高。碳纤维成型工艺困难,材料在加载情况下的变形性能和强度等,都需要投入大量的人力和财力。

这也反应了汽车在轻量化演变的过程中变得越来越好,但终究也是需要付出一些代价的,而这主要会体现在成本和最终的花费上。

除了研发成本之外,制造的成本也不便宜。尤其是碳纤维这样的新材料,目前在汽车制造领域,也只有像宝马兰博基尼等极少数企业掌握了相对低成本的制造方式,因此才能做出诸如BMW i3这样大量运用碳纤维构造的车,并且价格也逐渐变得让大家能接受。

而铝合金这样的材料随着近些年普及化率的提升,成本已经逐渐被平摊。曾经只有极少数超级跑车和顶级豪华轿车才能使用的铝合金,现在也逐渐下放到相对低级别的车型上,不过大规模使用铝合金的车型,依然停留在诸如捷豹XE这种其实并不算很平民价位的豪华品牌的入门车上。

另外在消费者层面,新的轻量化材料还带来了一个缺点就是维修成本高。诸如铝合金、铝镁合金如果出现变形,无法像钢板那样通过钣金修复,只有轻微形变可以做修复,稍微大一点的变形基本就需要靠更换或部分切割再焊接的方式修复,维修的物料和人力成本自然就上去了。

至于碳纤维,如果碰撞力超过其结构强度就会彻底碎掉,所以以后碰到全身碳纤维的超级跑车可真得得躲远点,轻轻碰一下可能就倾家荡产了。

虽然新兴的轻量化材料在制造和维修成本上较传统钢制车身提高了不少,不过新的汽车通过其他方面配置的增加--比如带自动刹车的ACC自适应巡航、前后泊车雷达、360°倒车监视器、盲区警示或车道偏离修正等主动安全功能,大大降低交通事故特别是车损事故的发生率,可以说是用曲线救国的方式弥补了轻量化材料维修价格贵的缺点。

总结一下,未来汽车轻量化会持续发展,并且高成本、效果好的新兴材料会越来越多的取代传统的高强度钢,但受限于研发成本等诸多因素,会是个较为漫长的过程。

而在普通家用车领域,虽然距离高大上的新材料还比较远,但这并不意味着家用车就没有轻量化的必要。实际上高强度钢的车身和车厢内的其它材质如合成塑料也有很大的减重潜力。

轻量化是全球所有汽车制造商共同的话题,绝对不存在日系车会偷轻,德国车/美国车就结实厚道的说法,大众全新一代Passat(国内下一代迈腾,现在还没投产)就是大幅进行轻量化,比前一代车型(国内现款迈腾)大幅减重的产物,就连美国人民日常干粗活的福特F-150大皮卡都用铝制车身了,所以请不要怀疑汽车轻量化的正确性。

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