“材”尽其用

王兰

未来汽车轻量化的发展趋势是：合适的材料用在合适的位置。

汽车健身减重的愿望越来越强烈。

无论新能源汽车，还是燃油汽车。无论合资品牌，还是自主品牌。随着燃油限值5升/百公里考期的拉近，轻量化作为分值占比较高的主科，正成为车企研发创新的重点。

《节能与新能源汽车产业发展规划（2012～2020年）》要求：乘用车企业到2020年平均燃油消耗量达到5升/百公里。

近几年，中国的汽车企业一直为降低油耗绞尽脑汁。

汽车的油耗主要取决于发动机的排量和汽车的总质量。而在降低风阻，提升发动机燃油技术等一系列手段达到顶峰，其技术极限突破越来越难的时候，减轻车重成为降低油耗的有效方式。

数据显示：若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%?8%；汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3?0.6升；汽车重量降低1%，油耗可降低0.7%。汽车车身约占汽车总质量的30%，空载车况下，约70%的油耗用在车身质量上。

又有数据显示：电动汽车整车重量每增加10%，续航里程减少5.5%左右。

事实上，目前由于电池能量密度低，以及新能源汽车（尤其电动汽车）的整车重量大（同样的新能源汽车与传统燃油汽车相比要重15%以上）等因素，让购买车存有较大的里程焦虑。

按着业内专家的预测：2020年，我国的新能源汽车预计达到200万辆；2025年达到500万辆；2030年达到千万辆级的规模。相对于燃油汽车，电动汽车应用轻量化技术来降低重量，减轻电池成本的需求更为迫切。万钢部长曾强调，“轻量化”是中国电动汽车发展的方向之一。

设计比选材更重要

轻量化，是不是汽车越轻越好？

截止到2010年之前，中国的汽车重量处于逐渐增长的趋势。北汽新能源新技术部副部长杨宇威解释说：“随着汽车智能化、电动化的发展，汽车配置不断增加，比如CD 机、蓝牙接口等，导致汽车重量逐步增加。”

中航复合材料有限责任公司副总经理李宏运认为：“车企一直在进行汽车轻量化的研发工作，只是现在已经没有任何钢轻量化的余地可挖，已经将钢材料的性能和设计用到了极限，所以人们才开始寻找新的复合材料的轻量化设计。”

他认为，汽车轻量化设计比选择轻量化材料更重要。“不同材料有不同特点，离开设计，单独使用轻型材料根本无法达到汽车轻量化的效果。”

尺有所短寸有所长。据李宏远介绍，飞机是将材料的轻量化用到极致的行业，是一个为一克重量而奋斗的行业。“现在，在飞机上尽管复合材料用到了50%以上，但它仍然有30%至40%的铝合金材料。所有飞机的起落架永远用钢，到现在为止无法用任何材料替代，所以只有把不同材料的作用发挥出来，才是真正的用好材料。不根据材料本身特点的轻量化设计毫无意义。”

杨宇威认为，未来汽车轻量化材料的发展趋势是多材料混合使用在同一车型，即合适的材料用在合适的位置。

在轻量化方面走在行业前列的宝马汽车，在复合材料应用方面做出了表率。而且，宝马在碳纤维材料技术应用方面达到了行业的顶峰。

宝马在复合材料应用方面的代表作2015年新上市的7系，共有16 个零部件使用碳纤维复合材料。宝马利用碳纤维在高比强度和比钢度的优越性能，在承力件上使用碳纤维材料。杨宇威说：“宝马仅在几个承力的部件上，尤其是B 柱上，使用碳纤维材料，并不是所有零部件采用碳纤维材料，物尽其用，既取到效果又节省了成本。该车铝合金件使用比例为60%多，超高强钢件使用比例20%多，碳纤维件使用比例为3%，这应该是一个可持续发展的方向。”

越薄越难

轻量化的汽车在降低油耗的同时，是否会越来越不安全？是否意味着越重越厚实的车越安全？

杨宇威的回答是，这是消费的误区。“只有钢板质量或者强度要求越低才越厚，因为它在薄的情况下无法满足安全要求。如果使用了超高强钢，经过先进工艺，虽然厚度变薄，但是性能不减反而增加。虽然表面上看着钢板薄了，但是车企耗费了更大的精力。”

据悉，从生产制造的角度来看，将车身钢板的厚度做薄有时候比做厚更有难度，汽车用的钢板厚度通常是有一个固定的范围，过于薄的钢板会对冲压工艺、钢板本身材质提出更高的要求。另一方面，如果车身外覆盖件的厚度太薄，后期还要为避免壁板共振增加额外的阻尼垫等补救措施。

据介绍，现阶段能进行车身轻量化的企业，都是拥有非常雄厚技术实力的厂家，因为车身轻量化不只是更换材料而已，哪个地方要轻，轻多少，都是要经过大量计算大量实验反复验证。甚至车身上一个小孔都要精确到0.01克，没有足够技术实力的厂家，根本不敢进行这种看似简单，实际上技术要求极高的操作。 正如一个人的骨架很大，需要减轻骨架重量，就要用到极其先进的手术设备，非常精确地对这个人的骨架进行处理，只要有一丁点差错，分分钟就能要人命，对汽车的轻量化作业，其实就是如此精确和高难度。

杨宇威从汽车技术人员的角度指出，四门两盖无论用什么材质对于车内人员的安全都没关系，因为真正保护车内人员安全的是车内的防撞梁，外板是用来保护行人安全。

李宏远认为，从主动安全性的角度来说，车辆的轻量化，即降低车重后会提升汽车的主动安全性。比如刹车的距离、操控性能等都会有所改善。

碰撞测试证明：车身前后的缓冲区能够非常有效地保护车内的人员。目前，汽车除了安全带、安全气囊以及主动安全装置等设计外，其碰撞安全性更多依赖于车身的吸能结构和主体框架设计。缓冲区需要“软”，但车身的乘员舱主体是需要足够“硬”。因为它的强度关乎着驾驶舱是否会发生变形，如果在碰撞过程中强度不够，那么人体同样也会因为生存空间被挤压而受伤甚至身亡。所以一辆安全性高的汽车，其整个车身结构需要软硬结合。

杨宇威最后表示，作为主机厂不会为了用轻量化材料而用，但是为了汽车的轻量化，主机厂会做一些成本上的牺牲。

据了解，在汽车业内有一种说法，在国外，汽车每减轻一公斤允许汽车的成本上升5 欧元。在国内，汽车每减轻一公斤成本上升十几元，应该属于合理范围。

可见，任何一种新材料新技术的应用都需要主机厂在新技术与成本之间找到最佳的平衡点。曲高和寡的新技术终究没有生命力，大部分消费者不能接受的新材料终究不能材尽其用。