FRP玻璃鋼復合材料論壇

標題: 汽車輕量化日趨流行 [打印本頁]

作者: frpseller 時間: 2011-6-3 17:29
標題: 汽車輕量化日趨流行
汽車輕量化日趨流行汽車界掀起瘦身革命
在我們的潛意識里，一度有這樣一種想法——東西越大越好，所謂“大塊頭更有安全感”。然而，事實果真如此嗎？遙想手機當年，“大哥大”大行其道，電池越厚、拔出天線越長就越有面子，而現在的手機卻是越做越小，小雖小了，但功能變得更多更強，輕薄小巧儼然已經成為手機的發展潮流。由此看來，手機如此，汽車何嘗不也是正走在相同的發展軌跡之上？在全球都在倡導節能減排的大環境下，汽車的輕量化正好為汽車的未來發展指明了方向。　　汽車輕量化——給個理由先
　　所謂汽車的輕量化，就是指在保證汽車的強度和安全性能的前提下，盡可能多地降低汽車的整備質量，從而提高汽車的動力性，減少燃料消耗以降低排氣污染。當前，出于環保和節能的需要，汽車的輕量化已經成為世界汽車發展的潮流。
　　汽車輕量化的好處多多。研究顯示，若汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%；汽車整備質量每減少100kg，百公里油耗可降低0.3-0.6升，汽車重量降低1%，油耗可降低0.7%。此外，車輛每減重100kg，CO2的排放量可減少約5g/km，因此，汽車輕量化對于節約能源、減少廢氣排放十分重要。在駕駛方面，輕量化以后，汽車的整體加速性將會得到顯著提高，操控的靈敏性隨之變高，車輛控制的穩定性、噪音、振動等方面也均有改善。
　　輕量化的車身設計，還可以使車身結構更加合理，車內空間也將隨之增大。在內部空間尺寸基本不變的前提下縮小外形尺寸，還可減少材料消耗，降低車身重量，同時還可減少占路面積和停車面積。然而，我們最關心的莫過于汽車的安全性方面。
　　根據牛頓第三定律，作用力=反作用力，兩車相碰時無論輕重所受力量相同；而與硬物碰撞時，車身越重，所受的反作用力越大，受到的損壞也越嚴重。因此，從被動安全性考慮，汽車質量越小，碰撞時的慣性就越小，高剛性輕量化的車身可以抗擊更強的碰撞沖擊。此外，車身越輕，車身的慣性越小，制動距離也會越短，這無疑為汽車的主動安全性方面帶來更多保險。
　　汽車輕量化的“三板斧”
　　汽車的輕量化并不是意味著偷工減料。作為汽車行業發展趨勢的輕量化技術，是以先進的車身設計、高新材料的大量采用和先進的生產制造工藝為前提的。
　　輕量化的手段之一就是對汽車總體結構進行分析和優化，實現對汽車零部件的精簡、整體化和輕質化。結構合理設計主要包括以下三個方面：一是通過結構優化設計，減小車身骨架及車身鋼板的質量，對車身強度和剛度進行校核，確保汽車在滿足性能的前提下減輕自重。二是通過結構的小型化促進汽車輕量化，主要通過其主要功能部件在同等使用性能不變的情況下縮小尺寸。三是采取運動結構方式的變化來達到目的，比如采用轎車發動機前置前驅和超輕懸架結構等，使結構更緊湊，或采取發動機后置后驅的方式，達到使整車局部變小，實現輕量化的目標。
　　其次是高強度鋼板的使用。采用高強度鋼板在等強度設計條件下可以減少板厚及重量。鋼板厚度分別減小0.05mm、0.1mm和0.15mm時，車身分別減重6%、12%和18%。采用高強度鋼板還提高了汽車車體的抗凹陷性、耐久強度和大變形沖擊強度等安全性。
　　輕量化的最主要手段就是輕質材料的大量應用，如鋁、鎂、陶瓷、塑料、碳纖維復合材料等。機體是發動機中單件質量最大的零件，一般都超過發動機質量的1/4，甚至接近1/3。與鑄鐵發動機相比，全鋁合金發動機可以輕一半的重量。后來是鋁鎂合金在汽車上的廣泛使用，鎂合金的密度為1.8g/cm3，是鋁合金的2/3，不足鋼的1/4。早在1938年，大眾就第一次對甲殼蟲[綜述圖片論壇]轎車的變速器殼體使用鎂合金材料，現已廣泛應用于車身、發動機、變速器、懸架等部件。豐田的1ZZ-FE發動機，使用塑料進氣管、不銹鋼制的排氣管等各種輕量化零件，被豐田宣布為世界上同排量中最輕的一款，只有96kg。后來，豐田的“1/X”混合動力車車身骨架通過采用重量更輕、剛性更強的CFRP（即碳纖維復合材料），車體重量僅為420kg，這款車曾創造出百公里耗油2.7升的超低燃耗紀錄。
　　碳纖維材料或將引領汽車“瘦身革命”
　　為達到極致輕量化，不少汽車廠家在汽車的制造和改裝過程中開始嘗試大量應用碳纖維增強復合材料。也許不少人在問，碳纖維何許物也？
　　其實，碳纖維是一種力學性能優異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，抗拉強度卻達到鋼的7-9倍，以其制造的汽車可以節約燃油30％。碳纖維最初只應用于軍事、航空航天等高科技領域，隨著近年來碳纖維行業的逐步發展，才慢慢向汽車以及其他民用領域擴展。
　　前面曾經提到的豐田“1/X”混合動力車，由于車身骨架采用碳纖維材料，創造出百公里耗油僅2.7升的超低燃耗記錄。此外，三菱EVOX極致輕量化的車身改造，均緣于大量碳纖維套件的使用，如牌照框、導風罩、散熱孔罩等構件均采用碳纖維材料。
　　在今年的日內瓦車展上，蘭博基尼全球首發了Gallardo系列的最新高性能輕量版車型——LP570-4Superleggera。該款車型仍然采用了四驅的形式，主要是通過運用更輕的車身材料來降低整備質量。在車身覆蓋件、空氣動力套件等部分，包括前后保險桿、引擎蓋框架、車外后視鏡、擾流尾翼、徹底擾流板以及車門內側、中控臺面板、方向盤、排擋周圍等部件均采用碳纖維材質打造，誓將輕量化進行到底。相對于普通版LP560-4來說，LP570-4不僅最大功率還提升了10馬力，而且整車質量還減輕了近70kg。
　　目前，阻礙碳纖維在汽車領域商品化的關鍵因素是制造成本。不過，隨著碳纖維行業的不斷成熟與發展，以及節能減排和汽車輕量化大方向的指引，碳纖維材料或成汽車界“瘦身革命”的領導者。可以預見，碳纖維輕量車身必將掀起一股新的變革潮流，一個新的市場突破點正在形成。

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