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为什么一辆F1赛车只有600千克左右,而一些豪车的整备质量却是它们的4倍左右,那么都作为无限强调品质的车型,究竟是轻了好,还是重了好?
或许你会反驳,即使已经如此之轻,F1赛车的油耗都还在百公里70L徘徊,如果整备质量增加,先不要说车速,油耗一定更加大的吓人。不过不要担心,国际汽车联合会已经决定将从2013年赛季起,强制让每支F1车队使用1.6T 4缸涡轮增压发动机,以取代目前的2.4L v8发动机,目的就是降低油耗。
看来,想要跑的更快,这些赛车还得想办法变得再轻点才行。那么,为什么代表了国际最尖端的汽车研发技术的F1,它们在轻量化方面的成就,在同样强调品质的豪华轿车的身上,体现的微乎其微:奔驰2010款S600L整备质量2307千克、雷克萨斯LS 460L整备质量2110千克、宾利欧陆Flying Spur四座整备质量2475千克。
所以,在汽车轻量化呼声越来越大的今天,如有这些拥有强大技术、资金和产销规模的轿车企业,都还没有彻底地自上而下的推广这项技术,那么已经尝试或者好“轻量化”这门功课。
从本期开始,《汽车消费报告》杂志在介绍了目前在轿车领域,应用最多的10种轻量化材料后,将陆续选择同平台但是车身风格不同的大众和奥迪的高端车辉腾与A8,以及同是德系东的宝马、奔驰,还有一直想走在轻量化前沿的马自达汽车,挖掘他们各自在此领域的进度、成绩和车型应用。
轻了还安全吗?
正确的解释是——车身重量大小与安全性没有必然联系,应该与车身结构、使用的材质及车身焊接工艺三方面。
举个例子,根据牛顿定律,有多大的力撞击上另外一个事物,就会产生多大的反作用力,所以重的车如果设计不合理,碰撞后吸能效果不好,在强大的反作用力下,危险系数更高。
反之,轻的车如果使用了高强度钢板或者其他优质材料,并且车身设计合理,而且焊接工艺没有漏洞,一样会有较高的安全系数。
但是车身的轻量化,绝不是在忽略汽车安全件的情况下,盲目的为降低油耗、提高车速随意进行减重,应该是基于更安全更高效而做出的改进。
所以,轻重与安全无关,而是内部设计、材质与生产工艺。
轻了有什么用?
有一条来自世界铝业协会的报告的数据:若汽车整车重量降低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;汽车重量降低1%,油耗可降低0.7%。
什么是轻量化
它的英文全称为:Lightweight of Automobile,意义在于保证汽车的强度和安全性能的前提下,尽可能地降低汽车的整备质量,从而提高汽车的动力性,减少燃料消耗,降低排气污染。
早在1980年,奥迪汽车在奥迪80和奥迪100上采用了铝合金车门,5年后,马自达汽车公司在其生产的RX-7上用铝作为机盖材料,又过了5年,本田公司生产的NSX赛车上应用了全铝技术,但未量产。当前,由于环保和节能的需要,汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。
为什么要轻量化:
从根源来说,汽车在行驶时,所遇到的阻力会消耗发动机的功率,这些阻力包括:空气阻力、滚动阻力、爬坡阻力和加速阻力,其中后三种阻力均与整车的总质量成正比。所以减轻自身重量,就减轻了整车总质量,从而提高效率降低能耗。(另外,卒气阻力主要与车身的形状、迎风而积等有关,并与速度的三次方成正比。)
铝合金
前景:目前应用最多,约占汽车用铝量的80%,预计将成为仅次于钢的第2大汽车材料。但是价格高于钢材,制约了它的广泛应用。
优点:重量轻,容易加工成型,耐腐蚀性好,可以再次回收利用,导热、导电性能不错,经过锻造的铝合金可以进一步提高强度。
缺点:这种材质在互相焊接的时候,焊接性能较差,所以奥迪A8就强调自己拥有独特的无缝隙焊接技术,来保证车身工艺和坚固性。另外对于零件防腐,也是一个需要突破的技术难题。
应用:
1 轮毂——能达到强度高、重量轻、散热好,以及降低轮胎磨损和燃油消耗。
2 悬挂系统控制臂——德系高端车已经开始大量应用,如:控制臂拉杆、横梁、转向节、卡爪。上海大众的帕萨特,前桥上的6件拉杆也在使用。
3 发动机——发动机材质通常采用三种方式:缸体缸盖全铸铁、缸体铸铁缸盖铝合金以及缸体缸盖全铝合金。目前缸盖采用铝合金的发动机动机较多,但缸体仍然是铸铁。
对于活塞使用铝合金,这是因为活塞作为主要的往复运动件要靠减重来减小惯性,减轻曲轴配重,提高效率,并需要材料有良好的导热性,较小的热膨胀系数,以及在350℃左右有较好的力学性能,而铸铝合金能符合这些要求。
4 底盘——底盘轻量化主要是铝合金材质的控制臂代替传统的钢材质控制臂。以宝马Z4跑车为例,其前悬挂采用的铝合金材质的双控制臂结构,重量比普通的钢制车桥轻了约30%,既能保证强度,又能提升车轮回弹速度。奥迪汽车底盘的轻量化则以采用轻质的锻造铝合金悬架而著称,从奥迪TT、R8到A8几乎进口的奥迪车都采用轻质铝合金悬架。
5 齿轮箱、变速箱、轴承座产品对比:奥迪宣称,采用ASF铝合金卒间车身结构的A8,其整体结构刚性则提升25%,但车辆结构因大量采用铝合金材质而节省6.5公斤。另外,新A8的四驱版本的重量低于同级的奔驰S级和宝马7系的后驱版,而比同样是四驱的s级或者7系至少要轻上100~200公斤。
其他应用:航窄、航天、船舶等行业。
镁合金
前景:是当前最理想、重量最轻的金属结构材料。
优点:镁合金性能与铝合金相似,密度只有1.8克每立方厘米,几乎与后者有着同样的优点。
缺点:这种材料的铸造性比较差,而且处理工艺复杂,成本高。
应用:除了和铝合金一样,多应用于底盘零件,另外在车身,如仪表盘骨架与横梁、座椅骨架、转向盘、进气歧管,以及各种支架、罩盖等。左图为1957年的雪佛兰Corvette SS
其他应用:火箭、航窄、航天、运输、化工等。
精细陶瓷
前景:它是继金属、塑料及非金属复合材料之后,发展起来的第3大类材料。
优点:有着优良的力学性能:高硬度、耐腐蚀、耐磨损等,以及化学性能,如耐热冲击、耐氧化、蠕变。如在发动机制造中使用精细陶瓷,不仅能减轻重量,还能提高功率,降低油耗。
应用:可以应用于汽车发动机燃烧室及热交换器等零件。
其他应用:还有火灾警报器、电视机、吹风机……
钛合金
前景:昂贵的价格,目前仪在赛车或者豪车的宣传介绍中能够听到。
优点:强度高、耐高温高和耐腐蚀,都是 它的优点。
应用:可用来制造悬架弹簧、气门弹簧和气门等。
其他应用:飞机发动机压气机部件,或者火箭、导弹和高速飞机的结构件中。
铝
前景:与铝合金的区别:铝的密度很小,虽然它比较软,但可制成各种铝合金,如硬铝、超硬铝、防锈铝、铸铝等。这些铝合金广泛应用于飞机、汽车、火车、船舶等制造工业。此外,宇宙火箭、航天飞机、人造卫星也使用大量的铝及其铝合金。例如,一架超音速飞机约70%的铝及其铝合金构成。船舶建造中也大量使用铝,一艘大型客船的用铝量常达几千吨。
优点:铝制车身比钢板车身的重量可减少40%。
应用:目前国内主流车型都已经采用了铝制发动机,部分微型车或者自主品牌还在使用铸铁壳体。在国外的话,北美洲每辆汽车平均用铝148千克,有超过40种车型的汽车每辆用铝至少达到181千克。
其他应用:2008年北京奥运会火炬“祥云”、航窄、建筑。
高强度钢
前景:现在大量使用的板材与管材,正在取代普钢、铸铁等用于车身零件和其它结构件。预计高强度钢在轿车用钢中所占的比例会达到60%。
优点:所谓高强度钢,是指那些在强度和韧性方而都结合的很好的钢种。与铝合金、塑料相比,它有着价格低、弹性模量高、刚性好、耐冲击性好,以及抗疲劳强度高等特点。
有一个数据是,钢板厚度分别减小0.05mm、0.1mm和0.15mm时,车身分别减重6%、12%和18%。如果使用高强度钢板,还能提高汽车车体的抗凹陷性、耐久强度和大变形冲击强度等安全性。
缺点:由于耐腐蚀性差,如果在中国的东北,或者北美、北欧使用的话,由于这些地区的路而为了除去积雪,路而上的融雪剂,以及湿冷的环境,对汽车的耐腐蚀性提出了更高要求,需要对钢板进行镀锌处理。
应用:如发动机托架、散热器支架、仪表板横梁、座椅骨架,以及轻型车后桥壳和车架等。有一个趋势是,有些曾经使用铝合金、镁合金零件,如保险杠、车轮、骨架、前门、后门、横梁等,现在又转而采用高强度钢,以满足更为苛刻的碰撞安全法规。或者是发动机在高功率、小型化的趋势下,肯定要提高传动齿轮的负荷,所以对齿轮钢的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度的要求也有相应提高,应该高强度钢是它的一个选择。
其他应用:航空、航天等。
不锈钢
前景:不锈钢作为特殊性钢材的一种,特殊性钢材又与结构钢、工具钢同属于钢材,所以,看着暂时向下或者持续向上震荡的价格,由于成本过高,它的使用还未进入春天。
优点:强度高,之后就是防锈能力强,另外如果应用在前侧防撞弓形梁和保险杠、后挡板、发动机支架等部位的话,可隆重30%0左右。
缺点:当然不足性能的问题,而是由于这种材质成本较高,所以汽车企业一般会选择价格相对便宜的材料,或是通过优化设计与工艺优化,减少零件数量、取消防蚀处理、表面处理等,从而降低整体成本。
应用:前侧防撞弓形梁和保险杠、后挡板、发动机支架等部位。
其他应用:从最常见的餐桌,到建筑、运输、土木,自1900年代为了让英国步枪枪膛不再更快的磨损而发明至今,它已经应用到多个领域。
碳纤维
前景:高昂的制造成本让它离量产就像两根平行线,但是与国外超跑或者豪华轿车的广泛应用不同的是,在国内,由于美国、日本、韩国等掌握碳纤维技术优势的国家,对中国出口的小心翼翼——它属于技术密集型和政治敏感的关键材料,所以即使国内车企想使用,也是困难重重。
优点:重量约为钢材的1/5,虽然轻,但是强度高。
缺点:损坏后基本无法修复。
应用:轴承、离合器、车壳等。
其他应用:制造火箭外壳、机动船、工业机器人等。
塑料和非金属复合材料
前景:已经广泛应用。整备质量在750~880kg的奔驰smart,它的塑料用量占到全车的50%,一般轿车的塑料用量基本占20%到25%。
优点:这种材料一般可减轻部件的重量35%左右。由于本身具有低密度与超低密度的特点,所以成型性好、耐腐蚀、防振、隔音隔热比较好,同时又具有金属钢板不具备的外观色泽和触感。
缺点:需要特别指出的是,由于非金属复合材料密度小、耐腐蚀、隔热隔电、耐冲击,更好的是,在重量减轻与强度方而,甚至超过了铝材,而且它的整体成本更低。目前这其中的玻璃钢复合材料,在欧美车系中应用广泛。
应用:
1 塑料——这种材质在汽车内外饰中都可以很容易的找到,现在正逐渐向结构件、功能件和车身覆盖件方向发展。
2 非金属复合材料——这种纤维增强塑料,是由增强纤维和塑料复合而成的,比较常见的足玻璃纤维和热固性树脂的复合材料。
3 工程聚合物及复合材料——2010年4月,德国拜耳公司美国材料科技技术应用部表示,他们将致力于这种材料在汽车的应用。
4 生物塑料:这种可再生的以淀粉等天然物质为基础在微生物作用下生成的塑料,已经引汽车企业的关注。
日本的丰田汽车希望在2015年之前,把占车辆质量比20%的塑料。替换为生物塑料。马自达则希望在2013年之前实现其在车辆上的产业化应用,现在马自达混合动力车型的座椅,已经应用了这种生物塑料。美国福特汽车的研究团队,正在积极设法扩大可再生材料与天然材料的应用范围。
其他应用:除去日常能见到的一些用品,还有人造卫星、导弹、火箭外壳、雷达罩等。
其实,如果与材料无关,汽车还能这样瘦身:
1 汽车设计——如果发动机前置因而前驱,或者发动机后置采用后驱,这样可以减少中间传动轴的重量,但是像宝马的前置后驱,虽然更利于驾驶者体会剑推背感,可是注定要在50:50的车身设计,以及如何减少传动损耗,下更多功夫。因而你也可以看到,为什么有的超级跑车聪明的把发动机中置了。
还有就是建议使用承载式车身。当然,非承载式车身与半承载式车身的独立车架是有重量的。不过这条好像说出来没有什么意义,因为大部分轿车就是这样设计的,除非一些专业的越野SUV,是必须使用非承载式车身的。
2 三个重要的地方一如果把车身、底盘、发动机,这三件的重量加起来,基本上会占到一辆轿车自身重量的65%左右,所以,这三个地方的设计优化,就显得十分重要。
3 让零部件瘦身——除了宏观上的设计和三个重要的地方,如果每个零部件都可以实现小型化或者轻量化,无疑也是一项积少战多的轻量化工程。
纤维增强塑料复合材料
前景:还不明朗。在与美国铝业公司合作后,奥迪义与本土的福伊特公司,联手开发这种纤维和塑料复合而成的材料。优点:良好的抗腐蚀性、耐酸碱盐以及各种溶剂的腐蚀,在多个行业被作为防腐材料使用。
缺点:由于所使用的纤维材料的直径非常小——不超过10微米,属于脆性材料,所以容易发生损伤和断裂。另外,这种材料长期耐温性差,与塑料一样具有老化现象。应用:汽车顶棚、卒气导流板、前端部、前灯壳、发动机罩、挡泥板、后端板、三角窗框、外板等外装件。
其他应用:土木工程。
或许你会反驳,即使已经如此之轻,F1赛车的油耗都还在百公里70L徘徊,如果整备质量增加,先不要说车速,油耗一定更加大的吓人。不过不要担心,国际汽车联合会已经决定将从2013年赛季起,强制让每支F1车队使用1.6T 4缸涡轮增压发动机,以取代目前的2.4L v8发动机,目的就是降低油耗。
看来,想要跑的更快,这些赛车还得想办法变得再轻点才行。那么,为什么代表了国际最尖端的汽车研发技术的F1,它们在轻量化方面的成就,在同样强调品质的豪华轿车的身上,体现的微乎其微:奔驰2010款S600L整备质量2307千克、雷克萨斯LS 460L整备质量2110千克、宾利欧陆Flying Spur四座整备质量2475千克。
所以,在汽车轻量化呼声越来越大的今天,如有这些拥有强大技术、资金和产销规模的轿车企业,都还没有彻底地自上而下的推广这项技术,那么已经尝试或者好“轻量化”这门功课。
从本期开始,《汽车消费报告》杂志在介绍了目前在轿车领域,应用最多的10种轻量化材料后,将陆续选择同平台但是车身风格不同的大众和奥迪的高端车辉腾与A8,以及同是德系东的宝马、奔驰,还有一直想走在轻量化前沿的马自达汽车,挖掘他们各自在此领域的进度、成绩和车型应用。
轻了还安全吗?
正确的解释是——车身重量大小与安全性没有必然联系,应该与车身结构、使用的材质及车身焊接工艺三方面。
举个例子,根据牛顿定律,有多大的力撞击上另外一个事物,就会产生多大的反作用力,所以重的车如果设计不合理,碰撞后吸能效果不好,在强大的反作用力下,危险系数更高。
反之,轻的车如果使用了高强度钢板或者其他优质材料,并且车身设计合理,而且焊接工艺没有漏洞,一样会有较高的安全系数。
但是车身的轻量化,绝不是在忽略汽车安全件的情况下,盲目的为降低油耗、提高车速随意进行减重,应该是基于更安全更高效而做出的改进。
所以,轻重与安全无关,而是内部设计、材质与生产工艺。
轻了有什么用?
有一条来自世界铝业协会的报告的数据:若汽车整车重量降低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;汽车重量降低1%,油耗可降低0.7%。
什么是轻量化
它的英文全称为:Lightweight of Automobile,意义在于保证汽车的强度和安全性能的前提下,尽可能地降低汽车的整备质量,从而提高汽车的动力性,减少燃料消耗,降低排气污染。
早在1980年,奥迪汽车在奥迪80和奥迪100上采用了铝合金车门,5年后,马自达汽车公司在其生产的RX-7上用铝作为机盖材料,又过了5年,本田公司生产的NSX赛车上应用了全铝技术,但未量产。当前,由于环保和节能的需要,汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。
为什么要轻量化:
从根源来说,汽车在行驶时,所遇到的阻力会消耗发动机的功率,这些阻力包括:空气阻力、滚动阻力、爬坡阻力和加速阻力,其中后三种阻力均与整车的总质量成正比。所以减轻自身重量,就减轻了整车总质量,从而提高效率降低能耗。(另外,卒气阻力主要与车身的形状、迎风而积等有关,并与速度的三次方成正比。)
铝合金
前景:目前应用最多,约占汽车用铝量的80%,预计将成为仅次于钢的第2大汽车材料。但是价格高于钢材,制约了它的广泛应用。
优点:重量轻,容易加工成型,耐腐蚀性好,可以再次回收利用,导热、导电性能不错,经过锻造的铝合金可以进一步提高强度。
缺点:这种材质在互相焊接的时候,焊接性能较差,所以奥迪A8就强调自己拥有独特的无缝隙焊接技术,来保证车身工艺和坚固性。另外对于零件防腐,也是一个需要突破的技术难题。
应用:
1 轮毂——能达到强度高、重量轻、散热好,以及降低轮胎磨损和燃油消耗。
2 悬挂系统控制臂——德系高端车已经开始大量应用,如:控制臂拉杆、横梁、转向节、卡爪。上海大众的帕萨特,前桥上的6件拉杆也在使用。
3 发动机——发动机材质通常采用三种方式:缸体缸盖全铸铁、缸体铸铁缸盖铝合金以及缸体缸盖全铝合金。目前缸盖采用铝合金的发动机动机较多,但缸体仍然是铸铁。
对于活塞使用铝合金,这是因为活塞作为主要的往复运动件要靠减重来减小惯性,减轻曲轴配重,提高效率,并需要材料有良好的导热性,较小的热膨胀系数,以及在350℃左右有较好的力学性能,而铸铝合金能符合这些要求。
4 底盘——底盘轻量化主要是铝合金材质的控制臂代替传统的钢材质控制臂。以宝马Z4跑车为例,其前悬挂采用的铝合金材质的双控制臂结构,重量比普通的钢制车桥轻了约30%,既能保证强度,又能提升车轮回弹速度。奥迪汽车底盘的轻量化则以采用轻质的锻造铝合金悬架而著称,从奥迪TT、R8到A8几乎进口的奥迪车都采用轻质铝合金悬架。
5 齿轮箱、变速箱、轴承座产品对比:奥迪宣称,采用ASF铝合金卒间车身结构的A8,其整体结构刚性则提升25%,但车辆结构因大量采用铝合金材质而节省6.5公斤。另外,新A8的四驱版本的重量低于同级的奔驰S级和宝马7系的后驱版,而比同样是四驱的s级或者7系至少要轻上100~200公斤。
其他应用:航窄、航天、船舶等行业。
镁合金
前景:是当前最理想、重量最轻的金属结构材料。
优点:镁合金性能与铝合金相似,密度只有1.8克每立方厘米,几乎与后者有着同样的优点。
缺点:这种材料的铸造性比较差,而且处理工艺复杂,成本高。
应用:除了和铝合金一样,多应用于底盘零件,另外在车身,如仪表盘骨架与横梁、座椅骨架、转向盘、进气歧管,以及各种支架、罩盖等。左图为1957年的雪佛兰Corvette SS
其他应用:火箭、航窄、航天、运输、化工等。
精细陶瓷
前景:它是继金属、塑料及非金属复合材料之后,发展起来的第3大类材料。
优点:有着优良的力学性能:高硬度、耐腐蚀、耐磨损等,以及化学性能,如耐热冲击、耐氧化、蠕变。如在发动机制造中使用精细陶瓷,不仅能减轻重量,还能提高功率,降低油耗。
应用:可以应用于汽车发动机燃烧室及热交换器等零件。
其他应用:还有火灾警报器、电视机、吹风机……
钛合金
前景:昂贵的价格,目前仪在赛车或者豪车的宣传介绍中能够听到。
优点:强度高、耐高温高和耐腐蚀,都是 它的优点。
应用:可用来制造悬架弹簧、气门弹簧和气门等。
其他应用:飞机发动机压气机部件,或者火箭、导弹和高速飞机的结构件中。
铝
前景:与铝合金的区别:铝的密度很小,虽然它比较软,但可制成各种铝合金,如硬铝、超硬铝、防锈铝、铸铝等。这些铝合金广泛应用于飞机、汽车、火车、船舶等制造工业。此外,宇宙火箭、航天飞机、人造卫星也使用大量的铝及其铝合金。例如,一架超音速飞机约70%的铝及其铝合金构成。船舶建造中也大量使用铝,一艘大型客船的用铝量常达几千吨。
优点:铝制车身比钢板车身的重量可减少40%。
应用:目前国内主流车型都已经采用了铝制发动机,部分微型车或者自主品牌还在使用铸铁壳体。在国外的话,北美洲每辆汽车平均用铝148千克,有超过40种车型的汽车每辆用铝至少达到181千克。
其他应用:2008年北京奥运会火炬“祥云”、航窄、建筑。
高强度钢
前景:现在大量使用的板材与管材,正在取代普钢、铸铁等用于车身零件和其它结构件。预计高强度钢在轿车用钢中所占的比例会达到60%。
优点:所谓高强度钢,是指那些在强度和韧性方而都结合的很好的钢种。与铝合金、塑料相比,它有着价格低、弹性模量高、刚性好、耐冲击性好,以及抗疲劳强度高等特点。
有一个数据是,钢板厚度分别减小0.05mm、0.1mm和0.15mm时,车身分别减重6%、12%和18%。如果使用高强度钢板,还能提高汽车车体的抗凹陷性、耐久强度和大变形冲击强度等安全性。
缺点:由于耐腐蚀性差,如果在中国的东北,或者北美、北欧使用的话,由于这些地区的路而为了除去积雪,路而上的融雪剂,以及湿冷的环境,对汽车的耐腐蚀性提出了更高要求,需要对钢板进行镀锌处理。
应用:如发动机托架、散热器支架、仪表板横梁、座椅骨架,以及轻型车后桥壳和车架等。有一个趋势是,有些曾经使用铝合金、镁合金零件,如保险杠、车轮、骨架、前门、后门、横梁等,现在又转而采用高强度钢,以满足更为苛刻的碰撞安全法规。或者是发动机在高功率、小型化的趋势下,肯定要提高传动齿轮的负荷,所以对齿轮钢的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度的要求也有相应提高,应该高强度钢是它的一个选择。
其他应用:航空、航天等。
不锈钢
前景:不锈钢作为特殊性钢材的一种,特殊性钢材又与结构钢、工具钢同属于钢材,所以,看着暂时向下或者持续向上震荡的价格,由于成本过高,它的使用还未进入春天。
优点:强度高,之后就是防锈能力强,另外如果应用在前侧防撞弓形梁和保险杠、后挡板、发动机支架等部位的话,可隆重30%0左右。
缺点:当然不足性能的问题,而是由于这种材质成本较高,所以汽车企业一般会选择价格相对便宜的材料,或是通过优化设计与工艺优化,减少零件数量、取消防蚀处理、表面处理等,从而降低整体成本。
应用:前侧防撞弓形梁和保险杠、后挡板、发动机支架等部位。
其他应用:从最常见的餐桌,到建筑、运输、土木,自1900年代为了让英国步枪枪膛不再更快的磨损而发明至今,它已经应用到多个领域。
碳纤维
前景:高昂的制造成本让它离量产就像两根平行线,但是与国外超跑或者豪华轿车的广泛应用不同的是,在国内,由于美国、日本、韩国等掌握碳纤维技术优势的国家,对中国出口的小心翼翼——它属于技术密集型和政治敏感的关键材料,所以即使国内车企想使用,也是困难重重。
优点:重量约为钢材的1/5,虽然轻,但是强度高。
缺点:损坏后基本无法修复。
应用:轴承、离合器、车壳等。
其他应用:制造火箭外壳、机动船、工业机器人等。
塑料和非金属复合材料
前景:已经广泛应用。整备质量在750~880kg的奔驰smart,它的塑料用量占到全车的50%,一般轿车的塑料用量基本占20%到25%。
优点:这种材料一般可减轻部件的重量35%左右。由于本身具有低密度与超低密度的特点,所以成型性好、耐腐蚀、防振、隔音隔热比较好,同时又具有金属钢板不具备的外观色泽和触感。
缺点:需要特别指出的是,由于非金属复合材料密度小、耐腐蚀、隔热隔电、耐冲击,更好的是,在重量减轻与强度方而,甚至超过了铝材,而且它的整体成本更低。目前这其中的玻璃钢复合材料,在欧美车系中应用广泛。
应用:
1 塑料——这种材质在汽车内外饰中都可以很容易的找到,现在正逐渐向结构件、功能件和车身覆盖件方向发展。
2 非金属复合材料——这种纤维增强塑料,是由增强纤维和塑料复合而成的,比较常见的足玻璃纤维和热固性树脂的复合材料。
3 工程聚合物及复合材料——2010年4月,德国拜耳公司美国材料科技技术应用部表示,他们将致力于这种材料在汽车的应用。
4 生物塑料:这种可再生的以淀粉等天然物质为基础在微生物作用下生成的塑料,已经引汽车企业的关注。
日本的丰田汽车希望在2015年之前,把占车辆质量比20%的塑料。替换为生物塑料。马自达则希望在2013年之前实现其在车辆上的产业化应用,现在马自达混合动力车型的座椅,已经应用了这种生物塑料。美国福特汽车的研究团队,正在积极设法扩大可再生材料与天然材料的应用范围。
其他应用:除去日常能见到的一些用品,还有人造卫星、导弹、火箭外壳、雷达罩等。
其实,如果与材料无关,汽车还能这样瘦身:
1 汽车设计——如果发动机前置因而前驱,或者发动机后置采用后驱,这样可以减少中间传动轴的重量,但是像宝马的前置后驱,虽然更利于驾驶者体会剑推背感,可是注定要在50:50的车身设计,以及如何减少传动损耗,下更多功夫。因而你也可以看到,为什么有的超级跑车聪明的把发动机中置了。
还有就是建议使用承载式车身。当然,非承载式车身与半承载式车身的独立车架是有重量的。不过这条好像说出来没有什么意义,因为大部分轿车就是这样设计的,除非一些专业的越野SUV,是必须使用非承载式车身的。
2 三个重要的地方一如果把车身、底盘、发动机,这三件的重量加起来,基本上会占到一辆轿车自身重量的65%左右,所以,这三个地方的设计优化,就显得十分重要。
3 让零部件瘦身——除了宏观上的设计和三个重要的地方,如果每个零部件都可以实现小型化或者轻量化,无疑也是一项积少战多的轻量化工程。
纤维增强塑料复合材料
前景:还不明朗。在与美国铝业公司合作后,奥迪义与本土的福伊特公司,联手开发这种纤维和塑料复合而成的材料。优点:良好的抗腐蚀性、耐酸碱盐以及各种溶剂的腐蚀,在多个行业被作为防腐材料使用。
缺点:由于所使用的纤维材料的直径非常小——不超过10微米,属于脆性材料,所以容易发生损伤和断裂。另外,这种材料长期耐温性差,与塑料一样具有老化现象。应用:汽车顶棚、卒气导流板、前端部、前灯壳、发动机罩、挡泥板、后端板、三角窗框、外板等外装件。
其他应用:土木工程。