汽車輕量化技術革命：兩種輕材料或獨領風騷？

有人說，對人最忠實的是肉，怎么甩都甩不掉，但在“輕量化”成為近些年汽車制造商熱衷的關鍵字之際，車廠是如何為車甩掉贅肉減重？當代汽車又是否真的需要“減肥”？汽車制造商說得頭頭是道的輕量化技術，究竟是實用的本事，還是在故弄虛玄？要回答這些問題并不難，不過，在此之前，先了解下什么是汽車輕量化。

汽車輕量化是指在維持原有品質指標的基礎上，針對性地減輕車身重量的各種汽車制造技術。可見，正規的輕量化技術跟偷工減料完全是兩碼事。那輕量化又有啥好處呢？業界認為，汽車的整車質量每降低10%，燃油效率可提高6~8%，且二氧化碳的排放量也隨之減少。顯然，面對日益嚴苛的環境問題，“減肥”之于汽車，與其說可從中受益，不如說是必修課。

當然，正如輕量化賽車所展示的那樣，“身輕如燕”確實可改善汽車的運動性能——還是有好處的。

眼下，主流汽車廠商重點采用輕量化材料以及結構輕量化兩種方式來為車輛“減肥”。

輕量化材料

說到輕量化材料，相信多數人第一時間都會想到碳纖維。沒錯，碳纖維正是一種高強度的輕質材料，并且汽車行業也早已使用CFRP碳纖維增強復合材料來打造高強度的輕量化部件。然而，要生產碳纖維增強復合材料，不僅工藝復雜，還很費時，比如按傳統工藝，當碳纖維與樹脂材料浸漬配制后，要完全烘烤固化成型需5小時；而將聚丙烯腈原絲經1300℃高溫碳化成碳纖維更要耗費大量熱能。顯然，批量生產CFRP的成本相當高昂，目前也就寶馬通過合資組建碳纖維工廠，另用3座工廠以全新工藝合作生產CFRP部件，才能以可接受的成本大批量生產CFRP車身鈑件。

可即便擁有碳纖維材料，如何讓它跟其它金屬部件相粘合，又是一大難題，所以多數汽車制造商更偏向于使用高強度鋼或鋁合金等金屬輕量化材料。

高強度鋼是目前最常用的輕量化材料，國際主流車型的車身材料中，各類高強度鋼所占的比例已超過70%。由于高強度鋼的剛度和強度都優于普通低碳冷軋鋼，故能通過減少鋼板厚度或鋼板截面尺寸來降低車身結構的重量。除此之外，另一類更有效的輕量化材料就是鋁合金、鎂合金、鈦合金等低密度、高強度的輕金屬材料。以儀表板金屬骨架為例，鎂合金制造的部件起碼能比純鋼制的輕65%，但受工藝所限，現在生產高強度合金材料的成本依然很高，通常只有豪華品牌舍得廣泛應用鋁合金和鎂合金材料。另外，由于化學性質的關系，鎂合金制的車身板件要比鋁合金制的貴不少，至于鈦合金更不便宜！

正因為輕金屬材料成本高昂，以至于那些廉價車只能在非核心部位采用新型塑料件來減輕車重。所以在實際生產中，汽車制造商在使用輕量化材料的同時，也會對車身與零件的結構進行優化，從而實現整體的輕量化。

結構輕量化

改變結構能減輕重量？當然可以！舉個例子：從4缸發動機換成3缸發動機，就能去掉1個氣缸的“贅肉”。事實上，較之單純地采用輕量化材料，更多的制造商會結合優化結構來減輕重量，例如奧迪的ASF空間框架結構技術、大眾的MQB模塊化平臺、豐田的TNGA模塊化平臺等等，都是典型的結構輕量化技術。

GM的LS7發動機雖然擁有7升排量，但其擁有簡單的結構和輕量化缸體，所以重量比起很多小排量發動機要來得輕。

所謂結構輕量化，倒不一定都如4缸變3缸那般，一味地減少零件數量，也可以把原先高度集成的部件分成多個輕質零件，同樣能實現輕量化。比如大眾EA111發動機的外罩是集成有濾清器的整體式鋁合金罩殼，但在EA211發動機身上，就變成兩個塑料件與一個裝有濾清器的鋁制件合成的分體式結構，雖有增加零件數量，卻能降低整個部件重量。

此外，憑借小型化零件也可為整個部件減輕重量。大約在2009年，日產推出JF015E型新一代XTRONICCVT變速箱。了解汽車結構的人都知道，CVT變速箱是通過改變主、從動帶輪的工作直徑來改變傳動比的。簡單來講，帶輪的直徑越大，傳動比就越大，傳動效果越好。而日產新一代XTRonICCVT變速箱在采用小尺寸帶輪組和超扁平液力變矩器縮小變速箱體積，并減輕重量的同時，用一套緊湊的行星齒輪和離合器構成的副變速箱來分擔兩個擋位的動力傳遞，獲得的傳動比反而略超前代型號。

另外，還有間接實現結構輕量化的方法，例如通過模塊化平臺，大量使用通用型零件，從而節省成本，但廠家回頭卻在車身的關鍵部位使用較為昂貴的鋁合金等輕金屬材料，最終完成車身輕量化的目標——模塊化降低成本，卻未必能拉低售價，廠商總會在其它地方把價格補回來。

對于汽車制造商，減輕重量的方法還有很多，但消費者卻未必關心這些。相比日益進化的輕量化技術，他們更擔心太輕的車會不會不經撞。

車重不等于安全

穩重的車更為牢固、安全，看上去似乎很有道理，而且確實有很多案例可佐證——尤其是重型工程車造成的車禍。但事實上，車輛的安全性與車身重量之間并沒有必然的聯系，很輕的車也可以很安全，比如F1賽車。簡而言之，當相撞雙方的質量相當時，真正影響車輛安全性的是車體結構的設計：車體結構所用材料的吸能性及結構的受力分布，乃至對方物體的結構，都會影響到碰撞的結果。而當相撞雙方的質量相差懸殊時，那無異于以卵擊石，正常情況下不會有例外的奇跡。

無論你是否愿意，車輛變得越來輕已是大勢所趨。其實，不單是汽車，你所熟悉的工業產品都在變輕：手機、電腦、家電、家具……莫不如此。就連你自己，或許也正在努力減肥呢！所以輕量化本身只是眼下汽車工業的發展潮流而已，既不必口誅筆伐，也無需大唱贊歌，更何況汽車的輕量化技術尚在不斷進化之中，作為旁觀者的我們，不如靜觀其變。相比之下，我們更想知道諸位又是如何看待汽車輕量化的。

開腦洞的輕材料

CFRP碳纖維復合材料

碳纖維復合材料是指，由碳纖維與樹脂、金屬、陶瓷等基體復合制成的結構材料。其中，汽車行業廣泛應用的碳纖維環氧樹脂復合材料，具有比重小、剛性好、強度高的特性，抗拉強度據說可達到普通鋼材的七至九倍。但是，使用傳統工藝生產汽車用的碳纖維復合材料，不僅工藝復雜，而且費時費能，難以向量產車普及，目前只有寶馬實現自產自足的CFRP批量供應。

GFRP玻璃纖維增強塑料

玻璃纖維增強塑料就是俗稱的玻璃鋼。目前，ZF采埃孚正在大力推廣GFRP材質的汽車零件，但在汽車工業領域普及玻璃纖維增強塑料的難點是：它的抗拉強度只有碳纖維復合材料的65%，還略重些。好在，玻璃纖維本身的生產成本遠低于碳纖維，因此可以用來替換部分強度要求不高的彈性組件，比如懸掛的彈簧。根據ZF的數據，GFRP部件可比傳統鋼制件減重12%~15%，而GFRP制成的橫置彈簧可同時實現彈簧與擺臂的功能，從而簡化底盤結構，進一步完善車身的輕量化。

責任編輯：kris