研究數(shù)據(jù)顯示，汽車車身自重約消耗70%的燃油，若整車重量降低10%，燃油效率可提高6%到8%;車重降低1%，油耗可降低0.7%;汽車整車質(zhì)量每減少100公斤，百公里油耗可降低0.3升到0.6升。在全球節(jié)能減排大氛圍下，為汽車減重已是形勢(shì)所趨。
根據(jù)國(guó)務(wù)院頒發(fā)的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020)》，到2015年，我國(guó)當(dāng)年生產(chǎn)的乘用車平均燃料消耗量降至6.9升/百公里，節(jié)能型乘用車燃料消耗量降至5.9升/百公里以下;到2020年，當(dāng)年生產(chǎn)的乘用車平均燃料消耗量降至5.0升/百公里，節(jié)能型乘用車則降至4.5升/百公里以下。
這一規(guī)劃催促汽車生產(chǎn)商，抓緊時(shí)間，想方設(shè)法降低能耗。由此，汽車業(yè)界刮起了一股“減重”風(fēng)，即輕量化。
中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)副秘書長(zhǎng)張寧介紹，若轎車質(zhì)量減輕10%，則節(jié)約油耗7%~8%，降低排放4%;載貨車質(zhì)量降低1000kg，油耗可降低4%。減重量是汽車節(jié)能減排的一劑良方，早已成為汽車界人士的共識(shí)。
汽車瘦身減重成趨勢(shì)
研究數(shù)據(jù)顯示，汽車車身自重約消耗70%的燃油，若整車重量降低10%，燃油效率可提高6%到8%;車重降低1%，油耗可降低0.7%;汽車整車質(zhì)量每減少100公斤，百公里油耗可降低0.3升到0.6升。在全球節(jié)能減排大氛圍下，為汽車減重已是形勢(shì)所趨。
據(jù)了解，過去五年，消費(fèi)結(jié)構(gòu)升級(jí)導(dǎo)致車型大型化趨勢(shì)凸顯，平均車重不減反增加了100公斤。不僅如此，2012年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)乘用車的平均重量為1295公斤，略高于日本，低于歐盟，但百公里油耗為7.4升，遠(yuǎn)高于日本的5.0升/百公里和歐盟的5.3升/百公里。
這些對(duì)于日益緊迫的節(jié)能減排政策尤其是一再提及的油耗限制標(biāo)準(zhǔn)來說，無疑添了一塊“堵心石”。
在節(jié)能減排方面，歐盟曾推出環(huán)保法規(guī)要求2012年CO2每公里排放量的目標(biāo)是130g，超出的車型每輛車罰款20歐元。若在2015年還未達(dá)標(biāo)，則超出的車型每輛車罰款95歐元。
根據(jù)國(guó)務(wù)院2012年公布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012~2020年)》，到2015年，當(dāng)年生產(chǎn)的乘用車平均燃料消耗量降至6.9升/百公里，節(jié)能型乘用車燃料消耗量降至5.9升/百公里以下。
為達(dá)此目標(biāo)，今年10月中旬，工信部等五部委下發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)乘用車企業(yè)平均燃料消耗量管理的通知》，對(duì)不達(dá)標(biāo)企業(yè)將采取公開通報(bào)、限制新產(chǎn)品《車輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品公告》申報(bào)、限制擴(kuò)大生產(chǎn)能力投資以及加強(qiáng)海關(guān)通關(guān)審核、進(jìn)口檢驗(yàn)、生產(chǎn)一致性核查等管理措施。據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)常務(wù)副會(huì)長(zhǎng)兼秘書長(zhǎng)董揚(yáng)透露，“現(xiàn)在國(guó)家能源部門正在研究將節(jié)油考核與汽車總量控制相掛鉤，未來如果車企的汽車產(chǎn)品能節(jié)油20%，就可以再多生產(chǎn)20%的車型，如果節(jié)油考核不過關(guān)，就以減少汽車生產(chǎn)為代價(jià)。”
此外，工信部裝備工業(yè)司相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，目前《2016~2020年乘用車燃料消耗量標(biāo)準(zhǔn)》報(bào)批稿已完成，計(jì)劃今年年底發(fā)布，這一目標(biāo)將油耗值標(biāo)準(zhǔn)直接指向百公里5升。
據(jù)工信部最新公告顯示，2013年，111家乘用車企業(yè)平均燃料消耗為7.33升/百公里。要在短期內(nèi)達(dá)標(biāo)，對(duì)每個(gè)車企來說都是一個(gè)挑戰(zhàn)，又是不得不跨越的一道紅線，“輕量化”作為效果最快也最直接的一種戰(zhàn)術(shù)，將面臨著進(jìn)一步的升級(jí)和挑戰(zhàn)。
設(shè)計(jì)部件無處“不瘦”
中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)的一份報(bào)告指出，在過去20余年里，國(guó)外汽車重量下降了20%~26%，在未來10年內(nèi)，轎車自身重量還會(huì)下降20%。目前全球中型汽車平均質(zhì)量約為1200公斤-1400公斤，汽車制造發(fā)達(dá)國(guó)家已確定目標(biāo)在2015年將中型轎車整車質(zhì)量將到1000公斤以下。
減量化是一種顛覆傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的革命性設(shè)計(jì)手段，并不是單純的以減輕車身品質(zhì)作為最終目標(biāo)，它要從結(jié)構(gòu)方面考慮，本著功能集中的設(shè)計(jì)原則，盡最大可能地減少零部件的數(shù)量，減小零部件體積和外部尺寸，使結(jié)構(gòu)更加緊湊;從而達(dá)到在符合各種法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的前提下，在不影響整體性能的情況下，達(dá)到節(jié)能、環(huán)保、回圈經(jīng)濟(jì)的目的。
人們可能注意到，最新型的電動(dòng)汽車特斯拉ModelS和福特F-150，為了減重，采用了全鋁車身。其鋁合金使用量已占全車總重量的25%。
德國(guó)寶馬汽車負(fù)責(zé)人介紹，BMWi系列車型，采用碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(CFRP)和鋁合金，大幅減輕車重。一般的發(fā)動(dòng)機(jī)車型的重量在1400公斤左右，而i3因配備馬達(dá)和電池增加了200公斤。寶馬通過在車廂采用CFRP，在底盤部分采用鋁合金結(jié)構(gòu)件，將車重減輕了340公斤，使發(fā)動(dòng)機(jī)降至1260公斤。
我國(guó)汽車企業(yè)輕量化技術(shù)研究和應(yīng)用的步伐也在加快。據(jù)奇瑞汽車相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，目前，奇瑞A3等主力車型已經(jīng)配裝奇瑞自主研發(fā)的全鋁發(fā)動(dòng)機(jī)。從2007年開始，奇瑞部分輕量化技術(shù)在整車上大量應(yīng)用，部分車型減重近8%，在實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的同時(shí)也降低了用戶的使用成本。
其實(shí)，目前所有汽車生產(chǎn)商無不開展汽車輕量化研究、設(shè)計(jì)與生產(chǎn)。上海汽車公司生產(chǎn)的榮威350，從設(shè)計(jì)到材料的使用，均從輕量化出發(fā)生產(chǎn)。一汽公司，在CA7220小紅旗轎車上，使用塑料減輕車重。二汽的富康亦采用同樣方式減重。
奇瑞工程師告訴筆者，汽車的輕量化設(shè)計(jì)，應(yīng)在保證汽車整體質(zhì)量和性能不受影響的前提下，最大限度地減輕各零部件的質(zhì)量。在降低燃油消耗、減少排放污染的同時(shí)，滿足高輸出功率、低噪聲、低振動(dòng)、良好的操縱性，以及高可靠性等綜合指標(biāo)。減輕整車質(zhì)量的途徑有高強(qiáng)度金屬材料應(yīng)用、輕質(zhì)合金材料應(yīng)用、新工藝應(yīng)用、非金屬材料應(yīng)用、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化等。
材料升級(jí)助推車企“瘦身”
在業(yè)內(nèi)專家看來，汽車輕量化可從設(shè)計(jì)輕量化、采用輕質(zhì)材料替代鋼鐵、改進(jìn)制造工藝和提高現(xiàn)有材料強(qiáng)度減少材料重量四方面實(shí)現(xiàn)。而目前，新材料如鋁合金、鎂合金、增強(qiáng)塑料、玻璃纖維、碳纖維復(fù)合材料不斷革新和升級(jí)，被車企廣泛用于瘦身計(jì)劃中。
鋁合金是汽車廠商青睞的減重材料。鋁的密度僅為鋼鐵的1/3，使用成本遠(yuǎn)低于鈦合金、碳纖維等材料。車體、底盤這兩項(xiàng)占據(jù)了整個(gè)汽車重量的60%以上。因此只要車體和底盤方面使用更加輕質(zhì)的材料的話，對(duì)整車重量的降低立竿見影。
早在1990年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，目前已逐漸覆蓋及車身、車架、制動(dòng)盤、發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體、氣缸蓋、活塞、進(jìn)氣歧管、搖臂等地方。
有關(guān)專家介紹，理論上，鋁制汽車可以比鋼制汽車減輕重量達(dá)30%~40%，其中鋁質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)可減重30%，鋁散熱器比銅的輕20%~40%，全鋁車身比鋼材減重40%以上，汽車鋁輪轂可減重30%。鋁合金材料是汽車輕量化的理想材料之一。
美國(guó)鋁業(yè)協(xié)會(huì)認(rèn)為，如果車重減輕25%，還可使汽車加速到100km/h的時(shí)間從原來的10秒減少到6秒鐘;使用鋁合金車輪，使震動(dòng)變小，可以使用更輕的反彈緩沖器。并且減輕車重可以有效降低剎車距離，使得轉(zhuǎn)向和拐彎的過程中也更加靈活。因而使汽車更穩(wěn)定，乘客空間變大，在受沖擊時(shí)鋁合金結(jié)構(gòu)能吸收分散更多的能量;因而更具舒適性和安全性。
而工程塑料，相對(duì)于鋁鎂合金，其重量更輕，相對(duì)碳纖維，其成本更低;近年隨著其硬度、強(qiáng)度、拉伸性能的不斷提高，安全性得到進(jìn)一步保證，成為車企在汽車減重方面關(guān)注的焦點(diǎn)。據(jù)了解，目前德國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)的汽車塑料用量已達(dá)到10%～15%，有的甚至達(dá)到了20%以上。從現(xiàn)代汽車使用的材料來看，無論是外裝飾件、內(nèi)裝飾件，還是功能與結(jié)構(gòu)件，到處都可以看到塑料制作的影子。且隨著工程塑料硬度、強(qiáng)度、拉伸性能的不斷提高，塑料車窗、車門、骨架乃至全塑汽車已逐步出現(xiàn)，汽車塑化進(jìn)程正在加快。
塑料還具有吸收和衰減振動(dòng)和噪聲的作用，可以提高乘坐的舒適性。同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院教授王宏雁表示，車身在安全性設(shè)計(jì)時(shí)希望能夠通過結(jié)構(gòu)的變形吸收一部分碰撞能量，以塑料制造的車身，只要結(jié)構(gòu)涉及合理，制造工藝得當(dāng)，其安全性應(yīng)該比金屬材料車身要好。
隨著技術(shù)的進(jìn)步，塑料并正在沖破人們固有觀念“太單薄”而承擔(dān)更多的安全責(zé)任。汽車塑化不是輕量化的全部，卻是關(guān)鍵的一步，輕量化不是節(jié)能減排的唯一途徑，卻是目前最重要最快捷的方式。
中國(guó)石化汽車行業(yè)技術(shù)合作中心副主任趙江說，汽車的普及，消費(fèi)者對(duì)于汽車有了更深入的了解，人性化、舒適性及安全性的要求也在與時(shí)俱進(jìn)，輕盈、節(jié)能、美觀、安全、環(huán)保成為時(shí)尚。由于塑料制品具有良好的性能、低廉的價(jià)格、多彩的顏色搭配，簡(jiǎn)單的加工工藝,無疑能在滿足人們對(duì)汽車的要求中大有作為。