本人體重二百斤,是個(gè)不折不扣的胖子,曾經(jīng)無(wú)數(shù)次想過要減肥,無(wú)奈管不住這張愛吃東西的嘴還有邁不開的腿。減肥的好處不言而喻,無(wú)論是對(duì)于形象還是身體的健康。當(dāng)然,減肥不光是人類的專利,在汽車行業(yè)里,車輛的輕量化,對(duì)于一款產(chǎn)品也有相當(dāng)重要的意義。
如果大家經(jīng)常關(guān)注新車發(fā)布會(huì),有一個(gè)詞應(yīng)該每次都會(huì)聽到,沒錯(cuò),就是“減重”,無(wú)論是家用轎車、豪華轎車、甚至硬派越野車。像前一段的全新一代寶來(lái),車身減重40—60KG,再到近期受關(guān)注程度很高的梅賽德斯奔馳全新G級(jí)越野車,減重170KG,從中就可以看到“減肥”對(duì)于任何級(jí)別的一款車,在更新?lián)Q代的時(shí)間節(jié)點(diǎn)上,都是極其重要的一環(huán)。
我們先來(lái)說(shuō)說(shuō)在賽車運(yùn)動(dòng)中減重對(duì)車輛的影響,俗話說(shuō)的好,增加10馬力,不如減重一公斤。我們舉一個(gè)比較典型的例子:賓利歐陸GT大家非常熟悉,一款定位極致豪華的大型GT跑車,以此車型為基礎(chǔ)的GT3賽車版本,相對(duì)普通車型減重達(dá)到944公斤,自身重量?jī)H不到1300公斤,同時(shí)只保留比賽用的配置,并用碳纖維等輕量化材料取代金屬部件。
除此以外,在賽車比賽中,為了讓比賽更公平、更具觀賞性,賽會(huì)也會(huì)引入BoP性能平衡系統(tǒng),除了限制賽車的動(dòng)力輸出,例如渦輪增壓值、進(jìn)氣節(jié)流閥尺寸等,另一個(gè)就是增加配重以提高賽車的最低重量??吹竭@里大家可能會(huì)說(shuō)家用車又不是賽車,這種過于極致的做法根本不適合我們的日常生活,確實(shí),我們?cè)谶@里給大家講賽車方面的信息,只是想通過這種更加直觀的例子來(lái)告訴大家車輛減重的意義,接下來(lái)我們就說(shuō)回家用車層面。
下面先說(shuō)我們從中國(guó)汽車工程研究院馬鳴圖教授《汽車輕量化和塑料復(fù)合材料的應(yīng)用》一文中得到的一組數(shù)據(jù),汽車每減重10%,將為汽車帶來(lái)油耗減少6-8%,每減少消耗一升汽油,就可減少2.44kg的CO2排放,除此以外,加速時(shí)間減少8%,制動(dòng)距離減少5%,轉(zhuǎn)向力減少6%,也就是我們常說(shuō)的車輛開起來(lái)會(huì)更輕快,指向性更好。
輕量化這個(gè)詞并不是在最近才提出,在上世紀(jì)七十年代,美國(guó)的家庭用車以大尺寸、大排量以及大重量著稱,當(dāng)時(shí)石油輸出國(guó)限制產(chǎn)量與提高油價(jià),爆發(fā)了石油危機(jī),眾多車企制定了公司的平均燃油經(jīng)濟(jì)性來(lái)限制車輛的油耗,以輕量化和省油為優(yōu)勢(shì)的日本小汽車對(duì)美國(guó)市場(chǎng)造成了較大的沖擊。隨后,以輕量化作為節(jié)能減排的手段,正式在美國(guó)汽車工業(yè)中提出和實(shí)施。
燃油車減重的目的大體可以分兩類,一是為了車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性,就像我們之前提到的那組數(shù)據(jù)。其次就是為了車輛的性能以及操控(代表性車型:Lotus Elise)。我們目前的大環(huán)境和趨勢(shì)是發(fā)展新能源汽車,以替代越來(lái)越少的傳統(tǒng)能源。而輕量化在新能源車輛方面提供的幫助也是比較大的。
對(duì)于新能源汽車,大家最關(guān)注的就是續(xù)航里程,動(dòng)力電池方面要想尋得突破不是一天兩天的功夫,需要長(zhǎng)時(shí)間的技術(shù)研發(fā)與積累。中國(guó)科學(xué)院楊院生教授表示,“提升電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程,除了加強(qiáng)電池和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之外,與車身輕量化的程度也密不可分?!闭囍亓咳艚档?10kg,續(xù)駛里程則可增加大約2.5km。同時(shí),車身減輕的重量也會(huì)為“增重大戶”電池騰出空間。目前,要想讓車輛順利“減肥”,最主要的途徑就是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、優(yōu)化、材料等方面,關(guān)于車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),技術(shù)已經(jīng)比較成熟,所以在減重方面的優(yōu)化空間并不大,至于材料,還是有文章可作。
對(duì)于我們?nèi)粘=佑|最多的家用車型上,減重的手段大多是應(yīng)用高強(qiáng)度鋼材與鋁材。鋼材的強(qiáng)度得到提升后,零部件的厚度會(huì)有一定減輕,但是抗形變能力與高能量吸收能力依舊能夠保持在相應(yīng)的水準(zhǔn)。鋁合金憑借高強(qiáng)度、可循環(huán)性、耐腐蝕、密度低等特點(diǎn)也成為車企為車輛減重的首選。
我們來(lái)舉幾個(gè)例子,新一代福特??怂?,出自C2平臺(tái),在防撞部位應(yīng)用高強(qiáng)度鋼與鋁質(zhì)材料,車身剛性提高兩成的同時(shí),整車質(zhì)量較上一代車型減重88公斤;總被大家詬病油耗高的牧馬人,在車身方面大量使用鎂鋁合金材質(zhì),減重達(dá)到91公斤。
接下來(lái)要說(shuō)的這種材料距離我們大眾用車就有些遠(yuǎn)了,就是碳纖維。這種材料最初是應(yīng)用在航天等領(lǐng)域,由于賽車對(duì)于重量苛刻的要求,其也被大量應(yīng)用。碳纖維材料是指碳纖維和環(huán)氧樹脂結(jié)合而成的復(fù)合材料,其材料特性用于車輛車身的制造還是有很多優(yōu)勢(shì)的。
首先,碳纖維材料具有更高的強(qiáng)度,所以在將其制作成與高強(qiáng)度鋼相同強(qiáng)度的部件時(shí),重量可減輕七成;其次是抗疲勞性,碳纖維與基體之間的界面能夠阻止疲勞裂紋擴(kuò)展;再有就是吸能,碳纖維材料在發(fā)生碰撞時(shí),對(duì)于能量的吸收率能夠達(dá)到鋼材和鋁材的四到五倍,在減輕重量的同時(shí),車輛的安全性并沒有犧牲。
當(dāng)然這種理想的輕量化材料的成本也是相當(dāng)高的,所以大量使用碳纖維的車型都是一些我們耳熟能詳?shù)某埽悍ɡ?、帕加尼等。根?jù)我們得到的一些信息,以一公斤為單位,鋼材成本設(shè)為1,鋁材則要2.5左右,而碳纖維則需要20—30,成本達(dá)到了鋼材的二十多倍。
除了以上幾種材料,克爾維特C7使用低密度片狀模塑料,車身部件重量減輕9kg;豐田C-HR調(diào)整座椅內(nèi)骨架結(jié)構(gòu),使其減重兩成,強(qiáng)度增加兩成;車輛內(nèi)部燃料、水管,使用樹脂材料替換金屬材料,實(shí)現(xiàn)零部件減重將近一半,以上種種努力都是在幫助車輛減重,這么一想,還是車的待遇好,有工程師幫著減肥,想不成功都難。
總體來(lái)說(shuō),無(wú)論是傳統(tǒng)動(dòng)力還是新能源車型,在降低排放的同時(shí),輕量化以及復(fù)合材料的發(fā)展同樣是大勢(shì)所趨。新材料的研發(fā)、成本控制甚至以后的回收再利用問題都將成為比較重要的發(fā)展方向,在動(dòng)力電池未取得突破的時(shí)間節(jié)點(diǎn),如何選好材料或許是一個(gè)值得思考的問題。
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