不久前，我國的千噸級T700碳纖維試生產(chǎn)線開始運(yùn)轉(zhuǎn)，長期以來高度依賴進(jìn)口的高性能碳纖維在我國實(shí)現(xiàn)了自主化制備，其產(chǎn)品不僅有望替代進(jìn)口，而且生產(chǎn)成本具有國際競爭力，大規(guī)模國內(nèi)商業(yè)運(yùn)用在即。如此，包括碳纖維在內(nèi)的高性能纖維對汽車等運(yùn)輸工具的減排降耗的貢獻(xiàn)或許將得以實(shí)現(xiàn)。

近年來，各大車企爭相布局新能源汽車，行業(yè)競爭日益激烈。而對汽車實(shí)現(xiàn)輕量化，將有助于部分企業(yè)取得先發(fā)優(yōu)勢。要實(shí)現(xiàn)輕量化，高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金、工程塑料、復(fù)合材料等都是目前比較好的選擇，而作為節(jié)能和新能源汽車的核心技術(shù)，每項(xiàng)材料又各有優(yōu)勢與技術(shù)難點(diǎn)。輕量化如何落地，成為2016第五屆車用材料技術(shù)國際研討會上的一個重要話題。

輕量化最好的發(fā)展時代

“從汽車設(shè)計(jì)本身而言，無論是設(shè)計(jì)、材料、工藝還是制造環(huán)節(jié)，都在強(qiáng)調(diào)輕量化。”吉利汽車研究院NVH及環(huán)保性能開發(fā)部輕量化科科長金建偉認(rèn)為，“現(xiàn)在是發(fā)展輕量化最好的時代”。

“輕量化在這個時代提出來，有很多根本性的原因。”他補(bǔ)充道，“經(jīng)過100多年的發(fā)展，汽車行業(yè)面臨的問題和挑戰(zhàn)非常多，包括動力性能、經(jīng)濟(jì)性、油耗、環(huán)保等問題，而輕量化好像‘萬金油’，其優(yōu)點(diǎn)能夠覆蓋到汽車凸顯的這些問題。”

面對新能源汽車的電池問題，金建偉說：“在現(xiàn)有蓄電池性能無法取得根本性突破的前提下，僅有的改善車輛續(xù)航里程的手段，只能是減重。”

最近一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)證明，如果一臺總重量為1550千克的新能源汽車?yán)m(xù)航里程為186公里，若將其非蓄能部件盡可能輕量化，能將總重量減少到1011千克，其續(xù)航里程可直接提高到275.5公里，已經(jīng)較為令人滿意。

2011~2015年歐洲車身會議的數(shù)據(jù)顯示，車輛的輕量化系數(shù)由2011年的3.29下降到了2015年的2.33。“5年時間輕量化系數(shù)降低了30%，說明汽車輕量化已經(jīng)得到很大的提升和改善，而且輕量化已經(jīng)成為汽車主機(jī)廠迫切的需求。”金建偉說。

汽車追求輕量化不僅僅是為了減重，更為了考慮產(chǎn)品的功能和成本，“輕量化跟成本、性能開發(fā)是一樣的，離不開這些屬性的關(guān)聯(lián)。”金建偉提醒，輕量化要綜合考慮。

這體現(xiàn)在除了新材料本身的生產(chǎn)，使用過程也要考慮新的結(jié)構(gòu)、優(yōu)化汽車制造工藝。“新材料的使用目的除了減重，還要保障汽車其他性能的優(yōu)化。”吉利汽車研究院總工程師熊飛說。

如果把高強(qiáng)鋼等級提升了，材料變得很薄，使用時模態(tài)就變差了，怎么辦？“只有通過改變結(jié)構(gòu)截面才能滿足要求。”熊飛說。

不只是減重

如果開發(fā)一個新車型，怎樣才算得上輕量化？用絕對的重量來評價，金建偉認(rèn)為并不合適，“輕量化單靠這樣簡單的評價肯定是不夠的”。

“將油耗、動力性能加入綜合競爭力評價后，你就發(fā)現(xiàn)絕對重量輕不意味著這輛車更有競爭力。”金建偉坦言，這也是目前如果把輕量化作為一個系統(tǒng)工程來開發(fā)所面臨的問題，“因?yàn)檩p量化沒辦法獨(dú)立出來考慮，這是目前最大的挑戰(zhàn)”。

作為由眾多零部件組成的器械，汽車的NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）都有專門的團(tuán)隊(duì)來研究。金建偉建議，要把輕量化做得更好、更完善，就要將其作為汽車的性能開發(fā)結(jié)構(gòu)來對待。“這樣輕量化的標(biāo)準(zhǔn)就成為不是我要減重多少，而是在車型開發(fā)、應(yīng)用的時候要考慮這個車的重量能做到什么狀態(tài)，同時滿足汽車的其他性能要求。”

熊飛承認(rèn)，要確定輕量化達(dá)到的目標(biāo)很難。整車重量目標(biāo)制定很關(guān)鍵，一般分為以下幾種：體積密度法、尺寸推算法、統(tǒng)計(jì)分析法、競爭力分析法、挑戰(zhàn)法和油耗反推法。

“目標(biāo)確立之后，就是將輕量化開發(fā)作為一項(xiàng)屬性開發(fā)，強(qiáng)調(diào)的是正向開發(fā)的思路。”金建偉坦言，輕量化正向開發(fā)主要包括兩條線，第一條線是重量管理，另外就是技術(shù)開發(fā)。“只有兩條線結(jié)合在一起做，車型開發(fā)的輕量化才能做得更加理想。如果將兩條線的職能分開的話，你會發(fā)現(xiàn)這個工作推進(jìn)起來非常困難。”

“輕量化涉及面太廣了。”熊飛說，“從嚴(yán)格意義上來說輕量化跟整車所有零部件，甚至一顆螺絲釘都有關(guān)聯(lián)性，所以輕量化不僅涉及技術(shù)的問題，還有各個部門之間理念認(rèn)同等非技術(shù)的問題。”

他認(rèn)為，要把輕量化這個工作在車型開發(fā)中做好，就必須有全流程管理的理念，而不是簡單地制定一個目標(biāo)、提幾個方案就解決問題了。

“全產(chǎn)業(yè)鏈共同的事”

隨著科技的發(fā)展，輕量化材料和技術(shù)層出不窮。

有業(yè)內(nèi)人士指出，現(xiàn)在有鎂合金、碳纖維，未來還會有新的輕量化材料，但不論出現(xiàn)什么材料，這些輕量化材料都不會是孤軍奮戰(zhàn)，必然是以組合的形式出現(xiàn)，因?yàn)槠囄磥淼陌l(fā)展趨勢是多種材料混合使用。

“實(shí)際上輕量化開發(fā)最離不開的核心，就是先進(jìn)輕量化技術(shù)的開發(fā)。”金建偉說，但是先進(jìn)輕量化技術(shù)開發(fā)面臨的問題——成本風(fēng)險、周期風(fēng)險、質(zhì)量風(fēng)險——就像任何新的技術(shù)應(yīng)用所面臨的巨大風(fēng)險一樣。

“一個新的技術(shù)開發(fā)后直接在車型上應(yīng)用是我們所希望的。”金建偉指出，但是實(shí)際上，往往有很多技術(shù)開發(fā)完全依賴于車型來做的話，就很難做得下去。“這需要汽車生產(chǎn)商要有獨(dú)立的平臺做輕量化的技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用。”

從技術(shù)上來說，輕量化材料面臨如何彌補(bǔ)技術(shù)、生產(chǎn)缺陷的難題。重慶鎂應(yīng)用技術(shù)研究院副院長蔣斌舉例，比如能夠完全實(shí)現(xiàn)減重和性能雙重目標(biāo)的鎂合金，卻在價格、便利生產(chǎn)、耐腐蝕等方面都比不過高強(qiáng)度鋼。

從環(huán)保角度講，如何實(shí)現(xiàn)更有效地回收利用，更好地滿足環(huán)保要求也很重要。盡管國內(nèi)許多企業(yè)已經(jīng)研發(fā)出性能優(yōu)異的新材料汽車，但是要想向市場推廣，進(jìn)入商業(yè)化，還需要進(jìn)一步建立維修、回收和循環(huán)使用技術(shù)體系。

汽車輕量化是汽車全產(chǎn)業(yè)鏈共同的事情，需要汽車企業(yè)努力，還需要行業(yè)聯(lián)盟和政府的支持。金建偉認(rèn)為，對企業(yè)來說，雖然一些新技術(shù)在前期研究時投資巨大，但這種投資是必要的，因?yàn)橛辛讼冗M(jìn)的技術(shù)儲備，一旦時機(jī)來臨，就可掌握先機(jī)。

更多資訊請關(guān)注汽車制造頻道