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摩擦动态:汽车有什么“减肥”方式? 聊聊车辆轻量化技术2017.08.18
汽车有什么“减肥”方式? 聊聊车辆轻量化技术
 

  随着汽车模块化平台生产的普及,轻量化这个词汇的出现频率也越发频繁。什么是轻量化?轻量化有何益处和弊端?看完这篇文,你将对汽车轻量化有一个最为基本的认知。

  如何定义轻量化?

  汽车的轻量化,就是在保证车身强度和安全性能的前提下,尽可能地降低汽车整备质量。其中,整备质量是指汽车在正常条件准备行驶时的重量,包含油箱容积90%的燃油、备胎、随车工具以及各种其他油水。

  汽车轻量化有何好处?

  学过中学物理的人都会知道,物体的惯性与其质量是直接相关的。通过轻量化,可以减轻车辆的质量进而减小惯性,其运动状态就更容易被改变,其加速性能、制动性能以及操控性能均会有所提升。

  举个例子,擅长轻量化技术的英国跑车品牌Lotus旗下的Lotus Elise Cup 250有着884kg的整备质量,搭载一台可输出181kW最大功率的1.8升机械增压发动机,可在3.9秒内完成“破百”。作为参考,福克斯ST搭载可输出184kW最大功率和345Nm的2.0升涡轮增压发动机,其整备质量为1452kg,0-100km/h加速时间为6.5秒。

  此外,在其他条件不变的情况下,车辆的油耗也会随着质量减少而减少。据统计,车辆每减重10%,可减少大约8%的尾气排放,6.8%的燃油消耗,8%的0-60km/h加速时间以及5%的刹车距离。

  轻量化有何弊端?

  轻量化并非毫无弊端。在面对潜在事故和潜在威胁时,更轻的车辆可以凭借更好的加速、制动以及操控性能进行规避,但当发生避无可避的碰撞时,更重的车辆会略占优势。以同时代车型的普遍情况来说,车身更重的车辆普遍级别更高,车身也更长,更长的车身在发生碰撞时可以提供更大的缓冲和吸能区域,更加安全。

  此外,由于车身质量更大,发生碰撞时运动状态的变化比较轻的车辆更小,车内人员受到的冲击也就更小。根据美国IIHS统计,小/微型车的事故死亡率相比过去十年已经有了很大程度的降低,但相比同时代的更大的车型来说仍然处在劣势。

  常见的轻量化手段有哪些?

  对于量产车而言,日常代步是其最普遍的用途,不能以牺牲安全性、舒适性和减少配置的方式来减重,因此量产车的轻量化只能通过材料、工艺、结构的优化升级来解决。

  轻量化材料

  轻量化材料可以说是在轻量化方面出现率最高的一系列词汇了。轻量化材料的总体趋势是普通钢换成热成型钢,热成型钢换成铝合金,铝合金换成碳纤维,同时还有部分部件会被替换为工程塑料。

  近年来,车辆采用超高强度钢、热成型钢的比例增加,通过在A柱、B柱、车身纵梁等对强度有极高要求的部分采用更强且更轻的钢材以及对不同钢材的合理使用,承载式白车身可以减重最高20%左右。

  部分定位高端的车型则会采用部分铝制车身或全铝车身,造价昂贵但能兼顾轻量化和强度的碳纤维材料也开始出现在车身上。例如,宝马7系就采用了钢、铝合金以及碳纤维复合材料三种材质来打造车身。此外,部分超跑和追求轻量化的跑车还会采用碳纤维座舱来满足对强度和轻量化的双重需求。

  除了白车身,很多车型还会在车身覆盖件、悬架、副车架等部分采用大量轻量化材料,例如丰田86的铝制引擎盖、凯迪拉克CT6的铝制悬架摆臂以及部分车型采用的工程塑料材质连接件等。

  值得注意的是,越来越多的车型开始注重簧下质量的轻量化。通常来说簧下质量包括传动轴、轮胎、轮圈、刹车卡钳、刹车盘、半轴、摆臂、弹簧以及避震筒,簧下质量将对车辆的形式稳定性、舒适性以及动态响应产生极大影响,由此还产生了一种“簧下一公斤,簧上十公斤”的说法。

  轻量化结构

  除了采用更轻且更强的材料之外,在不影响性能和耐用性的地方进行偷轻也是车辆轻量化过程中常用的方法。

  举例而言,全新君威的后悬架上/下摆臂就通过打孔的方式进行了减重。值得一提的是,全新君威的后悬架下摆臂虽然看似银光闪闪,不过其实采用的是钢制双层冲压材质,只不过由于其表面涂层处理工艺的原因才呈现出了类似铝制摆臂的效果。

  车身覆盖件同样是偷轻方法最常用的地方,因为车身覆盖件对承载式车辆车身强度的影响微乎其微,在很多不影响覆盖件强度和耐用性的部分就会通过打孔的方式进行减重,例如迈锐宝XL的引擎盖就采用了打孔偷轻的方式来减轻重量。

  此外,占到整车重量很大比重的发动机也是减重的重点区域,以大众EA888发动机为例,由于采用了自重较大的铸铁缸体,大众就通过将缸体厚度减少0.5mm的方式实现了发动机的进一步减重。部分性能车型或追求高热效率的车型还会对活塞、连杆和曲轴以及发动机支承等部件进行轻量化,进一步减少车重。

  通过优化结构和打孔偷轻,可以对车辆实现聚少成多式的减重。每一处减重都建立在大量计算和模拟试验的基础之上,以保证不会对车辆的强度和耐用性造成负面影响,很多时候还会对轻量化部件的个别部位进行强化以保证性能。

  轻量化工艺

  车辆的制造工艺同样会影响车重。以簧下质量的轻量化而言,轮毂和悬架摆臂的制造工艺就可以极大程度上影响重量。例如锻造轮圈由于其材料更加致密的原因,轮辐结构更细更薄,重量自然就减下来了。

  另外,车身和其他部件的连接工艺也会对车重产生影响。部分车型采用激光焊接车身,不会像点焊工艺一样对美观程度产生影响,就可以相应地减少外观覆盖件的数量。此外,采用铆接工艺的悬架摆臂、车身等部件也可以通过节省焊料来达到减重的目的。

  最后再说两句

  汽车的轻量化是一个系统化的工程。更好的材料需要更好的加工工艺,更好的结构需要更好的材料才能实现,其中任意一者的改进又会对其他两者形成促进或提出新的需求,三者的优势相结合,才能实现有意义的轻量化,达成降低排放、提升性能的目标,毕竟排放法规日益严格,减排势在必行。即使未来电动车时代全面到来,轻量化技术也将是极为重要的一环。

| 来源:易车 焦龙
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