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汽车迎来轻量化发展时代

发布日期:2017-03-23   浏览 669 次

不久前,我国的千吨级T700碳纤维试生产线开始运转,长期以来高度依赖进口的高性能碳纤维在我国实现了自主化制备,其产品不仅有望替代进口,而且生产成本具有国际竞争力,大规模国内商业运用在即。如此,包括碳纤维在内的高性能纤维对汽车等运输工具的减排降耗的贡献或许将得以实现。

近年来,各大车企争相布局新能源汽车,行业竞争日益激烈。而对汽车实现轻量化,将有助于部分企业取得先发优势。要实现轻量化,高强度钢、铝合金、镁合金、工程塑料、复合材料等都是目前比较好的选择,而作为节能和新能源汽车的核心技术,每项材料又各有优势与技术难点。轻量化如何落地,成为2016第五届车用材料技术国际研讨会上的一个重要话题。

轻量化最好的发展时代

“从汽车设计本身而言,无论是设计、材料、工艺还是制造环节,都在强调轻量化。”吉利汽车研究院NVH及环保性能开发部轻量化科科长金建伟认为,“现在是发展轻量化最好的时代”。

“轻量化在这个时代提出来,有很多根本性的原因。”他补充道,“经过100多年的发展,汽车行业面临的问题和挑战非常多,包括动力性能、经济性、油耗、环保等问题,而轻量化好像‘万金油’,其优点能够覆盖到汽车凸显的这些问题。”

面对新能源汽车的电池问题,金建伟说:“在现有蓄电池性能无法取得根本性突破的前提下,仅有的改善车辆续航里程的手段,只能是减重。”

最近一项实验证明,如果一台总重量为1550千克的新能源汽车续航里程为186公里,若将其非蓄能部件尽可能轻量化,能将总重量减少到1011千克,其续航里程可直接提高到275.5公里,已经较为令人满意。

2011~2015年欧洲车身会议的数据显示,车辆的轻量化系数由2011年的3.29下降到了2015年的2.33。“5年时间轻量化系数降低了30%,说明汽车轻量化已经得到很大的提升和改善,而且轻量化已经成为汽车主机厂迫切的需求。”金建伟说。

汽车追求轻量化不仅仅是为了减重,更为了考虑产品的功能和成本,“轻量化跟成本、性能开发是一样的,离不开这些属性的关联。”金建伟提醒,轻量化要综合考虑。

这体现在除了新材料本身的生产,使用过程也要考虑新的结构、优化汽车制造工艺。“新材料的使用目的除了减重,还要保障汽车其他性能的优化。”吉利汽车研究院总工程师熊飞说。

如果把高强钢等级提升了,材料变得很薄,使用时模态就变差了,怎么办?“只有通过改变结构截面才能满足要求。”熊飞说。

不只是减重

如果开发一个新车型,怎样才算得上轻量化?用绝对的重量来评价,金建伟认为并不合适,“轻量化单靠这样简单的评价肯定是不够的”。

“将油耗、动力性能加入综合竞争力评价后,你就发现绝对重量轻不意味着这辆车更有竞争力。”金建伟坦言,这也是目前如果把轻量化作为一个系统工程来开发所面临的问题,“因为轻量化没办法独立出来考虑,这是目前最大的挑战”。

作为由众多零部件组成的器械,汽车的NVH(噪声、振动与声振粗糙度)都有专门的团队来研究。金建伟建议,要把轻量化做得更好、更完善,就要将其作为汽车的性能开发结构来对待。“这样轻量化的标准就成为不是我要减重多少,而是在车型开发、应用的时候要考虑这个车的重量能做到什么状态,同时满足汽车的其他性能要求。”

熊飞承认,要确定轻量化达到的目标很难。整车重量目标制定很关键,一般分为以下几种:体积密度法、尺寸推算法、统计分析法、竞争力分析法、挑战法和油耗反推法。

“目标确立之后,就是将轻量化开发作为一项属性开发,强调的是正向开发的思路。”金建伟坦言,轻量化正向开发主要包括两条线,第一条线是重量管理,另外就是技术开发。“只有两条线结合在一起做,车型开发的轻量化才能做得更加理想。如果将两条线的职能分开的话,你会发现这个工作推进起来非常困难。”

“轻量化涉及面太广了。”熊飞说,“从严格意义上来说轻量化跟整车所有零部件,甚至一颗螺丝钉都有关联性,所以轻量化不仅涉及技术的问题,还有各个部门之间理念认同等非技术的问题。”

他认为,要把轻量化这个工作在车型开发中做好,就必须有全流程管理的理念,而不是简单地制定一个目标、提几个方案就解决问题了。

“全产业链共同的事”

随着科技的发展,轻量化材料和技术层出不穷。

有业内人士指出,现在有镁合金、碳纤维,未来还会有新的轻量化材料,但不论出现什么材料,这些轻量化材料都不会是孤军奋战,必然是以组合的形式出现,因为汽车未来的发展趋势是多种材料混合使用。

“实际上轻量化开发最离不开的核心,就是先进轻量化技术的开发。”金建伟说,但是先进轻量化技术开发面临的问题——成本风险、周期风险、质量风险——就像任何新的技术应用所面临的巨大风险一样。

“一个新的技术开发后直接在车型上应用是我们所希望的。”金建伟指出,但是实际上,往往有很多技术开发完全依赖于车型来做的话,就很难做得下去。“这需要汽车生产商要有独立的平台做轻量化的技术开发和应用。”

从技术上来说,轻量化材料面临如何弥补技术、生产缺陷的难题。重庆镁应用技术研究院副院长蒋斌举例,比如能够完全实现减重和性能双重目标的镁合金,却在价格、便利生产、耐腐蚀等方面都比不过高强度钢。

从环保角度讲,如何实现更有效地回收利用,更好地满足环保要求也很重要。尽管国内许多企业已经研发出性能优异的新材料汽车,但是要想向市场推广,进入商业化,还需要进一步建立维修、回收和循环使用技术体系。

汽车轻量化是汽车全产业链共同的事情,需要汽车企业努力,还需要行业联盟和政府的支持。金建伟认为,对企业来说,虽然一些新技术在前期研究时投资巨大,但这种投资是必要的,因为有了先进的技术储备,一旦时机来临,就可掌握先机。

来源:中国科学报