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听说这5种材料可以减轻车身重量,更省油,也更安全...真是这样吗?

聚行业--汽车整车 微信   作者: 车图腾  2017-12-22 23:43

汽车整车-全文略读:虽然从效果上来看,更昂贵的镁合金、碳纤维复核材料等通常有更优秀的性能和更轻的重量,但车企往往要结合车型的定位和定价来选择适合自己的材料。虽然自己的车上不见得有它们,也不能说明车子不好,或是车企不负责任。车图...

文| 车突突

车图腾出品,转载请注明出处


大家买车的时候,通常都非常关注它们的机械系统,一款车要是搭载了一套好的动力总成,在给人提供最好的驾控乐趣之时,往往还能降低日常使用的油耗,一举两得。


在对机械系统进行不断改进的时候,车身减重也能起到事半功倍的效果。研究实验表明,汽车整车重量降低10%,燃油效率可提高6%~8%;汽车整备质量每减少100公斤,百公里油耗可降低0.3-0.6升。对纯电动汽车而言,整车重量降低 10kg,续驶里程可以增加 2.5km。看起来虽然有些微不足道,但换算到一辆车的整个生命周期,即把一辆车开到报废,节省下来的燃油数量就非常可观了。



那么,现在车企时常谈到的车身轻量化技术,都是如何实现的呢?在这里,我们不妨以车迷们关注的赛车来直观说明一下。


赛车运动要求车手在最短的时间内,将赛车安全的从A点开到B点,这就要求车子起步加速度足够快,最高车速也要够高,而通常为了充分利用每一马力的动力,就要求车子足够轻,这就是它们通常很强调“马力重量比”的概念的原因。


为了达到这样的目标,通常赛车会拆除车内的一切电气设备、内饰材料等,只保留发动机、变速箱、底盘以及车身的必要部分,并在车身内部安装可以在碰到撞车、翻滚等事故时提高安全性能的“防滚架”。这样一辆赛车,看起来虽然很丑,可确确实实提升了性能。



所以,再转换到量产车中,想要实现车身轻量化,车企采取的措施无外乎两个方面:轻量化的材料和结构。


那么,在轻量化材料方面,如今车企都采用了哪些新材料呢?在此前召开的2016中国汽车工程学会年会上,节能与新能源汽车发展战略咨询委员会对节能与新能源汽车技术路线图作出了规划,这一规划中也对汽车轻量化技术作出了战略性前瞻规划。



1、高强度钢。


在汽车工业发展的100多年中,前二十年里,汽车车身延续了马车的结构设计,主要以木质结构为主,不过随着汽车技术的发展,木材强度低、耐久性差、不耐腐蚀性的劣势致使它被迅速淘汰,取而代之的是工业时代下应运而生的钢材。直到现在,钢材依旧主宰着整个汽车工业。



所以,要让车身更加安全,只需要不断加厚钢板。但这样却让车身越来越重,与轻量化的理念背道而驰,所以要保持车身轻量化,就不能一味的加厚钢板,而是要以更高强度的钢材取而代之。


现在车企的营销文章中描述的高强度钢板,通常是加入了锰、硼等元素,经过真空熔炼等技术,使其屈服强度可达1 370MPa(140 kgf/mm2)以上,抗拉强度可达1 620 MPa(165 kgf/mm2)以上。使用这样的钢材打造出来的车身结构,可以保证汽车在80km/h的车速下撞击,依旧不会产生明显的形变,从而保证车内成员的安全。



同时,在保持同样厚度的情况下,高强度钢板的强度通常是普通钢材的数倍以上,而增加的重量往往是微乎其微,甚至比普通钢材还要轻。


2、铝合金。


为了进一步降低车身重量,工程师还尝试使用更轻的铝合金材料替代钢材,扮演车身外壳的角色。铝合金的密度约为2.7克/立方厘米,而钢材约为7.8克/立方厘米;在强度方面,铝合金的比强度约为85,而合金钢只有40。这意味着,使用铝合金打造的车身,重量只有合金钢的2/5左右,而强度却是后者的两倍以上。



铝合金用在汽车上,能带来哪些好处呢?以汽车轮毂为例,铝合金轮毂可减重30%以上,由于减轻了车身重量,可使刹车效能增长5%,而且吸收冲击的能力是钢铁的2倍,在发生碰撞事故时还可以避免对行人的二次伤害。


打个不太恰当的比喻,使用铝合金材料替代钢材制作车身结构,就好比在冬天时,脱去厚重的棉衣换上羽绒服,虽然更轻薄,保暖性能却更好。



不过,铝合金材料通常比钢材贵了很多,并且碰到凹陷时通常难以维修,所以一般只被应用在少数豪华车型上,比如奥迪、捷豹、宝马等品牌的部分车型上。并且铝合金通常只被用在少数几个部位,比较常见的是发动机舱盖、后备厢盖、车顶以及一些其它的车身覆盖件。


此外,铝合金还被大量用于制造车辆底盘悬架部件。很多人津津乐道的铝合金下控制臂就是最好的例子。与铝合金车身相比,铝合金制成的底盘部件增加的成本往往不会那么明显,很多中档家用车型的底盘很早就开始使用这种材料了。



3、镁合金。


科学家在研发新材料的路上总是不断向前,因此继铝合金之后,就有工程师尝试使用镁合金,进一步降低车身重量。镁的密度比铝合金更低,仅为1.74克每立方厘米,还不到钢的1/4,所以其轻量化应用潜力巨大。



不过,比起铝合金,镁合金的造价又要高出很多,所以只有方向盘骨架、转向管柱支架、仪表盘骨架、座椅框架、气门室罩盖、变速箱壳、进气歧管等零部件上才会采用镁合金。


4、碳纤维复合材料。


如今,很多超跑车型为了进一步利用每一马力的潜能,开始使用更轻的材料——碳纤维复合材料。其密度小,力学性能好等优点已经在航空航天以及军事领域得到了很好的验证。



如今,F1赛车就采用了大量的碳纤维材料,使得整车质量最低只有625kg左右。而2016年北京国际车展上,康得新就展出了一款纯碳纤维复合材料超级跑车Roadster,该车采用碳纤维混合结构底盘,由于大量采用塑料和碳纤维复合材料,整车重量只有920Kg。



5、工程塑料及高分子材料。


看名字,兴许很多人都觉得这会不会也是一种高大上的材料?其实不然,它们有一个比较俗气的代名词——塑料。只不过,它的种类十分繁多,通常会使用工程塑料作为它的代名词。


在很长一段时间以来,工程塑料就被用在汽车的内、外饰件上,比如前后保险杠、翼子板,中控台面板、车门内衬板以及汽车油箱等。通过对这种材料的应用,可以从点滴细节中减轻车身的重量。


除了上面介绍的这些新型材料,想要在降低或者维持车身重量时,进一步提高车身强度,往往还要对这些材料的结构进行深入研究。


比如我们时常说的搪塑工艺中控面板,就使用了微发泡技术,使材料内部含有从几十微米到几百微米尺寸泡孔。和普通塑料相比,化学微发泡材料既能有效减重,又能减少注塑缺陷、提高注塑效率,还具备隔热、吸音、缓冲性能等特殊性能,并且手感比起硬邦邦的所料,也好了很多。



比如将钢材、铝合金等材料,使用内高压成型技术或热冲压成型等技术制造零件,可以在降低重量的同时,进一步提升它们对扭转或者弯曲应力的承受能力。



不过,这些工艺就比较复杂了,也不在这篇文章讨论的范畴之内,需要另当别论了。


总而言之,不论使用何种材料,最终的目的都是为车辆“减肥”,随着排放法规的日益严格,汽车轻量化也成为了所有汽车品牌的一个必修课程,相信随着材料科学的不断进步,汽车也将在轻量化的道路上越走越远。虽然从效果上来看,更昂贵的镁合金、碳纤维复核材料等通常有更优秀的性能和更轻的重量,但车企往往要结合车型的定位和定价来选择适合自己的材料。虽然自己的车上不见得有它们,也不能说明车子不好,或是车企不负责任。



车图腾

资深汽车媒体人暮四先生(刘小闷)领衔打造
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