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隨著汽車模塊化平臺(tái)生產(chǎn)的普及，輕量化這個(gè)詞匯的出現(xiàn)頻率也越發(fā)頻繁。什么是輕量化？輕量化有何益處和弊端？看完這篇文，你將對(duì)汽車輕量化有一個(gè)最為基本的認(rèn)知。
 

如何定義輕量化？
 

汽車的輕量化，就是在保證車身強(qiáng)度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車整備質(zhì)量。其中，整備質(zhì)量是指汽車在正常條件準(zhǔn)備行駛時(shí)的重量，包含油箱容積90%的燃油、備胎、隨車工具以及各種其他油水。

汽車輕量化有何好處？
 

物體的慣性與其質(zhì)量是直接相關(guān)的。通過(guò)輕量化，可以減輕車輛的質(zhì)量進(jìn)而減小慣性，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就更容易被改變，其加速性能、制動(dòng)性能以及操控性能均會(huì)有所提升。

舉個(gè)例子，擅長(zhǎng)輕量化技術(shù)的英國(guó)跑車品牌Lotus旗下的Lotus Elise Cup 250有著884kg的整備質(zhì)量，搭載一臺(tái)可輸出181kW最大功率的1.8升機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，可在3.9秒內(nèi)完成“破百”。作為參考，?？怂筍T搭載可輸出184kW最大功率和345Nm的2.0升渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其整備質(zhì)量為1452kg，0-100km/h加速時(shí)間為6.5秒。

 此外，在其他條件不變的情況下，車輛的油耗也會(huì)隨著質(zhì)量減少而減少。據(jù)統(tǒng)計(jì)，車輛每減重10%，可減少大約8%的尾氣排放，6.8%的燃油消耗，8%的0-60km/h加速時(shí)間以及5%的剎車距離。

輕量化有何弊端？

輕量化并非毫無(wú)弊端。在面對(duì)潛在事故和潛在威脅時(shí)，更輕的車輛可以憑借更好的加速、制動(dòng)以及操控性能進(jìn)行規(guī)避，但當(dāng)發(fā)生避無(wú)可避的碰撞時(shí)，更重的車輛會(huì)略占優(yōu)勢(shì)。以同時(shí)代車型的普遍情況來(lái)說(shuō)，車身更重的車輛普遍級(jí)別更高，車身也更長(zhǎng)，更長(zhǎng)的車身在發(fā)生碰撞時(shí)可以提供更大的緩沖和吸能區(qū)域，更加安全。
 

橫軸為車輛尺寸和重量比，縱軸為每百萬(wàn)人的死亡率

       此外，由于車身質(zhì)量更大，發(fā)生碰撞時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化比較輕的車輛更小，車內(nèi)人員受到的沖擊也就更小。根據(jù)美國(guó)IIHS統(tǒng)計(jì)，小/微型車的事故死亡率相比過(guò)去十年已經(jīng)有了很大程度的降低，但相比同時(shí)代的更大的車型來(lái)說(shuō)仍然處在劣勢(shì)。

常見(jiàn)的輕量化手段有哪些？
 

對(duì)于量產(chǎn)車而言，日常代步是其最普遍的用途，不能以犧牲安全性、舒適性和減少配置的方式來(lái)減重，因此量產(chǎn)車的輕量化只能通過(guò)材料、工藝、結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)來(lái)解決。

輕量化材料

輕量化材料可以說(shuō)是在輕量化方面出現(xiàn)率最高的一系列詞匯了。輕量化材料的總體趨勢(shì)是普通鋼換成熱成型鋼，熱成型鋼換成鋁合金，鋁合金換成碳纖維，同時(shí)還有部分部件會(huì)被替換為工程塑料。
 

豐田86 鋁合金前機(jī)蓋

近年來(lái)，車輛采用超高強(qiáng)度鋼、熱成型鋼的比例增加，通過(guò)在A柱、B柱、車身縱梁等對(duì)強(qiáng)度有極高要求的部分采用更強(qiáng)且更輕的鋼材以及對(duì)不同鋼材的合理使用，承載式白車身可以減重最高20%左右。
 

寶馬7系 車身

部分定位高端的車型則會(huì)采用部分鋁制車身或全鋁車身，造價(jià)昂貴但能兼顧輕量化和強(qiáng)度的碳纖維材料也開(kāi)始出現(xiàn)在車身上。例如，寶馬7系就采用了鋼、鋁合金以及碳纖維復(fù)合材料三種材質(zhì)來(lái)打造車身。此外，部分超跑和追求輕量化的跑車還會(huì)采用碳纖維座艙來(lái)滿足對(duì)強(qiáng)度和輕量化的雙重需求。
 

凱迪拉克CT6 后懸架

除了白車身，很多車型還會(huì)在車身覆蓋件、懸架、副車架等部分采用大量輕量化材料，例如豐田86的鋁制引擎蓋、凱迪拉克CT6的鋁制懸架擺臂以及部分車型采用的工程塑料材質(zhì)連接件等。
 

碳纖維輪圈

值得注意的是，越來(lái)越多的車型開(kāi)始注重簧下質(zhì)量的輕量化。通常來(lái)說(shuō)簧下質(zhì)量包括傳動(dòng)軸、輪胎、輪圈、剎車卡鉗、剎車盤、半軸、擺臂、彈簧以及避震筒，簧下質(zhì)量將對(duì)車輛的形式穩(wěn)定性、舒適性以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)產(chǎn)生極大影響，由此還產(chǎn)生了一種“簧下一公斤，簧上十公斤”的說(shuō)法。

輕量化結(jié)構(gòu)

除了采用更輕且更強(qiáng)的材料之外，在不影響性能和耐用性的地方進(jìn)行偷輕也是車輛輕量化過(guò)程中常用的方法。
 

全新君威 后懸架

舉例而言，全新君威的后懸架上/下擺臂就通過(guò)打孔的方式進(jìn)行了減重。值得一提的是，全新君威的后懸架下擺臂雖然看似銀光閃閃，不過(guò)其實(shí)采用的是鋼制雙層沖壓材質(zhì)，只不過(guò)由于其表面涂層處理工藝的原因才呈現(xiàn)出了類似鋁制擺臂的效果。
 

邁銳寶XL 引擎蓋

車身覆蓋件同樣是偷輕方法最常用的地方，因?yàn)檐嚿砀采w件對(duì)承載式車輛車身強(qiáng)度的影響微乎其微，在很多不影響覆蓋件強(qiáng)度和耐用性的部分就會(huì)通過(guò)打孔的方式進(jìn)行減重，例如邁銳寶XL的引擎蓋就采用了打孔偷輕的方式來(lái)減輕重量。
 

大眾第三代EA888發(fā)動(dòng)機(jī)

此外，占到整車重量很大比重的發(fā)動(dòng)機(jī)也是減重的重點(diǎn)區(qū)域，以大眾EA888發(fā)動(dòng)機(jī)為例，由于采用了自重較大的鑄鐵缸體，大眾就通過(guò)將缸體厚度減少0.5mm的方式實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)一步減重。部分性能車型或追求高熱效率的車型還會(huì)對(duì)活塞、連桿和曲軸以及發(fā)動(dòng)機(jī)支承等部件進(jìn)行輕量化，進(jìn)一步減少車重。

通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)和打孔偷輕，可以對(duì)車輛實(shí)現(xiàn)聚少成多式的減重。每一處減重都建立在大量計(jì)算和模擬試驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，以保證不會(huì)對(duì)車輛的強(qiáng)度和耐用性造成負(fù)面影響，很多時(shí)候還會(huì)對(duì)輕量化部件的個(gè)別部位進(jìn)行強(qiáng)化以保證性能。

輕量化工藝
 

車輛的制造工藝同樣會(huì)影響車重。以簧下質(zhì)量的輕量化而言，輪轂和懸架擺臂的制造工藝就可以極大程度上影響重量。例如鍛造輪圈由于其材料更加致密的原因，輪輻結(jié)構(gòu)更細(xì)更薄，重量自然就減下來(lái)了。
 

另外，車身和其他部件的連接工藝也會(huì)對(duì)車重產(chǎn)生影響。部分車型采用激光焊接車身，不會(huì)像點(diǎn)焊工藝一樣對(duì)美觀程度產(chǎn)生影響，就可以相應(yīng)地減少外觀覆蓋件的數(shù)量。此外，采用鉚接工藝的懸架擺臂、車身等部件也可以通過(guò)節(jié)省焊料來(lái)達(dá)到減重的目的。

總結(jié)
 

汽車的輕量化是一個(gè)系統(tǒng)化的工程。更好的材料需要更好的加工工藝，更好的結(jié)構(gòu)需要更好的材料才能實(shí)現(xiàn)，其中任意一者的改進(jìn)又會(huì)對(duì)其他兩者形成促進(jìn)或提出新的需求，三者的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，才能實(shí)現(xiàn)有意義的輕量化，達(dá)成降低排放、提升性能的目標(biāo)，畢竟排放法規(guī)日益嚴(yán)格，減排勢(shì)在必行。即使未來(lái)電動(dòng)車時(shí)代全面到來(lái)，輕量化技術(shù)也將是極為重要的一環(huán)。
 

部分內(nèi)容來(lái)源：中國(guó)汽車材料網(wǎng)

作為亞洲最大的汽車材料與設(shè)計(jì)、工藝與裝備、質(zhì)量與裝配、工程與服務(wù)技術(shù)行業(yè)盛會(huì)，上海國(guó)際汽車制造技術(shù)與裝備及材料展覽會(huì)（AMTS）自2004年創(chuàng)辦以來(lái)，以國(guó)際化的視角呈現(xiàn)汽車工程領(lǐng)域全方位的系統(tǒng)集成解決方案。10多年來(lái)，展會(huì)的規(guī)模、展示范圍以及專業(yè)觀眾快速增長(zhǎng)，極大地推動(dòng)了國(guó)際汽車制造裝備技術(shù)交流及貿(mào)易的發(fā)展！

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