汽車輕量化的前進之路
主要內容涵蓋汽車輕量化
（1）趨勢
（2）材料/工藝的進步和
（3）應用
預計未來幾年推出的每款車型都將包括輕量化措施。創 新材料、新生產方法與強化結構將在減輕車輛重量方面 發揮重要作用。較低的車輛重量不僅提高了燃油效率， 而且減少了製動器和懸架系統的負載。
目前，平均汽車總重量的15%（或360磅）是塑料材料， 塑料的應用還在增加。專家預測，隨著汽車行業不斷調 整以滿足新的排放規定，未來5年，塑料的用途將增加 一倍以上。用塑料代替金屬的趨勢還允許集成金屬版本 中通常不可能的功能。雙曲面玻璃，結合集成擾流器和 合併尾燈進入尾門是新興的關鍵設計趨勢。金屬也越來 越多地被引擎蓋下的塑料所取代。行業轉向替代燃料， 如柴油機，混合動力汽車，渦輪增壓系統和純電動汽車， 同樣也增加了塑料的機會。
為了減輕汽車重量，包括鋁、鎂和高強度鋼在內的輕 質金屬的開發也取得了進展。從世界範圍來看，預計 到2020年，鋁的使用量將從目前的平均每輛輕型汽車 248磅增加到300磅。碳纖維繼續對設計師和製造商具 有極大的吸引力。各種努力正在進行，為了減少碳纖維 成本，並使碳纖維複合材料可用於大規模生產。福特與
陶氏合作研究在高容量汽車中使用先進的碳纖維複合 材料。所有主要的碳纖維生產商都在提高碳纖維的生 產能力。
尼龍6（聚酰胺，PA）
讓我們開始在汽車輕量化看尼龍6（聚酰胺，PA）， 取代金屬在油底殼的應用。油底殼的開發為開發者提 供了相當大的挑戰，因為他們暴露在發動機下的位置意味著他們必須承受飛石和路邊衝擊造成的巨大的機械應力。在新奔馳 S 級和標致 508 中，DSM Akulon Ultraflow牌號的聚酰胺6被用來取代金屬油底殼。兩者都使用了來自DSM的Akulon Ultraflow K-FHG7。
熱穩定的PA6使用的是35%的玻璃，對發動機機油 有很高的阻力，並且具有良好的流動性能。射出件不 僅重量輕，而且生產成本也較低。德國BBP公司開發的奔馳油底殼比它所取代的金屬版本輕了大約50%。 法國第一級供應商——Steep Plastique——開發了標 致油底殼，比金屬外殼輕60%。這些部件經受了要 求的應用試驗，包括振動、石塊衝擊、路緣衝擊和發 動機跌落試驗。與標準 PA6 相比，Akulon Ultraflow K-FHG7的良好流動性能提供了顯著的加工優勢，同 時保持了所需的機械性能。
在這個應用領域的其他方面，德國杜邦高性能聚合物 公司和德國的Elring KlingerAG公司開發了一種由Du Pont Zytel PA樹脂製成的輕質射出卡車油底殼。油底 殼比鋁輕50％（6千克），可以在卡車或公共汽車發 動機典型的150萬公里壽命期間抵抗石塊和碎石屑的 衝擊。與金屬相比，其噪音等級也降低了2分貝。 尼龍樹脂的使用還能實現集成金屬不可能實現的功 能，例如吸油管和液位傳感器。接下來，讓我們來 看一下比鋼輕三分之一的複合材料車輛底板。佛吉亞 工程師開發了一個整體結構底板，包括前後客運底板 和由玻璃纖維增強的複合熱塑性材料製成的行李箱底 板。與傳統的鋼底板相比，底板重量減輕了16.5千克 （前部11.5千克，後部5千克）。
該產品實現了雷諾為其EOLAB概念設定的重量減輕 33％的目標，減少了每公里1.65克的二氧化碳排放量。Faurecia採用“熱封套”技術製造，還通過將聲 學組件結合到熱塑性結構的上層和下層之間的空間中 來改進底板設計。
除了提供優異的機械性能，以滿足碰撞試驗要求和確 保可回收性，PA66複合熱塑性塑料還採用玻璃纖維 增強材料，可以焊接和包覆成型零件。據稱，與粘接 相比，該技術可以減輕重量和成本，同時生產能夠承 受采用電泳（陰極電沉積）的塗漆過程中產生的高溫 的材料。最後讓我們再看看輕質車身殼和車門板。
從2013年開始，梅賽德斯SL車型採用全鋁車身製造， 並持續到即將到來的2017車型。新SL的車身外殼重 量比其鋼結構前輩輕242磅。鋁結構在剛性，安全性 和舒適性方面也優於鋼。這些部件通過冷鑄或真空壓 鑄等不同地方法製造，並加工成擠壓鋁型材或不同厚 度的鋁板。最終結果是高剛性和出色的安全性以及低 共振和低振動。在其他方面，寶馬正在為其新一代BMW5系轎車 指定 Novelis Fusion 技術，以生產輕質內門板。 NovelisFusion 技術最初大規模用於 BMW7 系列的生 產，目前也在 BMW5 系列 Grand Turismo 中使用， 這種技術正在普及到高容量5系列轎車中。車門佔白車身（BIW）轎車總重量約20％，為減輕重 量提供了重要機會。多層鋁合金板允許寶馬製造帶有 整體窗框的一體式門“內部”，這是傳統鋁板無法實 現的設計。在該應用中使用的合金組合提供了高成形 性和優異的耐腐蝕性，這種性能組合之前是沒有的。
寶馬7系列還廣泛使用傳統形式的鋁屋頂（比傳統鋼 屋頂輕15.4磅），發動機罩，外門和側板以及一些結 構加固。總的來說，寶馬的鋁用量從車輛的BIW重量 減少48.4磅。現在，寶馬5系轎車將包括引擎蓋中 的傳統輕質鋁板，前擋泥板和加固件以及用於車門結 構的Novelis Fusion鋁合金。憑藉捷豹輕量化的車輛戰略，捷豹的XJ轎車也在其 設計中推進了鋁的使用。Jaguar XJ 將採用 Fusion 技 術來減輕車輛重量並提高操控性能。捷豹是第二家採 用Fusion工藝生產鋁板的汽車製造商。■
