未來的汽車什么樣—車身的輕量化

汽車的輕量化，不僅包括減輕車身的重量，還涉及對(duì)車身結(jié)構(gòu)的整合，重新設(shè)計(jì)，達(dá)到最佳的輕量效果。在保證汽車的強(qiáng)度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質(zhì)量，從而提高汽車的動(dòng)力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。實(shí)驗(yàn)證明，若汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%—8%；汽車整備質(zhì)量每減少100公斤，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%。

　　輕量化的車身設(shè)計(jì)，要求車身結(jié)構(gòu)更加合理，車內(nèi)空間也會(huì)更大。縮小尺寸的汽車還可以節(jié)省物料的使用，應(yīng)用新型材料使車身變輕以后使車輛行駛更加快速，節(jié)能。

NO.1 碳纖維作為汽車新興材料的出現(xiàn)，大大減輕了汽車的重量

　　碳纖維用在一體式車架

　　這種一體式車架，早期用在飛機(jī)火箭上，后來被f1賽車成功推廣，被稱作單體殼，至此在跑車界蔓延開來。碳纖維的承載式車身能承受更大的拉應(yīng)力，在目前的極速范圍內(nèi)，這個(gè)封閉的座艙，能夠在車身在高速?zèng)_撞，車體徹底支解后，保證駕駛者的絕對(duì)安全。

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碳纖維復(fù)合材質(zhì)車架　　

從圖中我們可以看出，左邊的金屬車架和右邊的碳纖維車架差別明顯，碳纖維車架不同于傳統(tǒng)的焊接或者鉚接技術(shù)，結(jié)合新材料的特點(diǎn)和制造工藝，我們所看到的碳纖維車身都像盒子一樣，和普通的承載式車身的區(qū)別還是很大。

　　代表車型：蘭博基尼AventadorLP700-4

　　這款蘭博基尼旗艦款超級(jí)跑車頗具未來風(fēng)格，車艙完全以碳纖維制造而成，并配以硬殼式結(jié)構(gòu)。其承載結(jié)構(gòu)則為“單殼體”設(shè)計(jì)，在構(gòu)造上可作為單一部件發(fā)揮作用，從而充分利用碳纖維強(qiáng)化材料的超強(qiáng)剛度。



當(dāng)然，“單殼體”的稱謂只是一種形容，新型蘭博基尼硬殼式車體其實(shí)是由一系列功能各異的獨(dú)立部件構(gòu)造而成，運(yùn)用“編織”(Braiding)技術(shù)制成的加強(qiáng)件就是其一。“編織”是業(yè)內(nèi)最有效的碰撞能量吸收技術(shù)之一。盡管是由眾多部件集合而成，但經(jīng)過固化之后，這種結(jié)構(gòu)就能化為單一部件統(tǒng)一工作，底部結(jié)構(gòu)稱為“骨架”，與整個(gè)車頂都囊括在其中。并且，該車全硬殼式結(jié)構(gòu)重量僅有145.5公斤(324.5磅)。

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蘭博基尼AventadorLP700-4 碳纖維一體車架　　

雖然一體式碳纖維車架很堅(jiān)韌，但有受力向度的問題，即整體中的某些部位不太能受力。每輛車都根據(jù)自己整體的情況特別設(shè)計(jì)車架，如F50的車架將后懸架直接連接在發(fā)動(dòng)機(jī)及變速器上，再將整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)懸架結(jié)構(gòu)嵌入車體內(nèi)，其車架只重102kg，而抗扭度高達(dá)3550kgm/degree。這種設(shè)計(jì)可以營造極輕量的懸架重量，但同時(shí)會(huì)有較大的發(fā)動(dòng)機(jī)振蕩傳入車廂。

　　但是碳纖維不適合做越野車車架，因?yàn)樵揭败囓嚰芡ǔ６夹枰试S非常大的變形和扭動(dòng)等。目前的碳纖維太過于脆，沒有良好的韌性。

　　車身材料的碳纖維

　　碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，抗拉強(qiáng)度卻達(dá)到鋼的7-9倍，以其制造的汽車可以節(jié)約燃油30%。碳纖維最初只應(yīng)用于軍事、航空航天等高科技領(lǐng)域，目前汽車界對(duì)碳纖維的利用已經(jīng)趨于成熟。 123456

　　目前，碳纖維已經(jīng)應(yīng)用到了汽車的各個(gè)部分，比如車身，車頂，后備箱蓋，剎車盤，內(nèi)飾部分，等等。

　　代表車型：寶馬M3

　　碳纖維材料在bmw M3上的應(yīng)用有利于降低車輛重心，減少能耗并進(jìn)一步提升本以達(dá)到極致的駕駛體驗(yàn)，是BMWM的輕量化設(shè)計(jì)哲學(xué)的最新成就，充分體現(xiàn)出BMW M對(duì)完美境界的不懈追求。


寶馬公司特別為中國提供111輛BMWM3碳纖限量版。除了裝備碳纖維車頂，還在前保險(xiǎn)杠下面的裙邊、后擾流板以及內(nèi)飾等部位使用碳纖維材質(zhì)，讓卓爾不群的M3更加珍貴而富有個(gè)性。

　　阻礙碳纖維在汽車領(lǐng)域商品化的關(guān)鍵因素是制造成本。不過，隨著碳纖維行業(yè)的不斷成熟與發(fā)展，以及節(jié)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(lǐng)導(dǎo)者?？梢灶A(yù)見，碳纖維輕量車身必將掀起一股新的變革潮流，一個(gè)新的市場突破點(diǎn)正在形成。

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NO.2 新型塑料更多的使用在零件上

　　汽車的輕量化可以通過換用強(qiáng)度更高、質(zhì)量更輕的金屬材料來實(shí)現(xiàn)。塑料及其復(fù)合材料可以減輕零件約40%的質(zhì)量，而且可以使采購承辦降低40%，發(fā)達(dá)國家車用塑料已占塑料消耗總量的7%~11%。而對(duì)于塑料零件來說，最難的是如何在減輕其重量的同時(shí)還能保持其強(qiáng)度、耐用性或性能不變。

　　現(xiàn)在，福特發(fā)現(xiàn)了解決這一難題的方法，通過采用在零件成型過程中充入氣泡的方式，形成極為細(xì)微的蜂巢狀結(jié)構(gòu)，這些細(xì)微的空隙既節(jié)約了塑材，又減輕了重量，而且不會(huì)影響零件的任何性能。



與普通的工藝流程相比，MuCell技術(shù)可降低注塑成型過程中所需的壓力，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率提升33%，從而降低制造的能耗、排放和成本。

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　　2011-2012車展期間，巴斯夫、陶氏、杜邦等化工巨頭帶來了汽車相關(guān)的解決方案。不管最終采用哪種方案，目的都是要讓汽車減輕體重、有效節(jié)能。對(duì)于化工企業(yè)來說，對(duì)材料進(jìn)行改進(jìn)是最好的辦法，在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)可以盡可能降低自身重量。更多的技術(shù)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)和企業(yè)巨頭投入到了研究新型輕型環(huán)保材料的領(lǐng)域。