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隨著全球?qū)Νh(huán)保節(jié)油的要求越來越苛刻以及消費者對汽車油耗的要求，車企通過不斷對發(fā)動機技術(shù)的提升，希望能降低排量與油耗，但根據(jù)能量守恒定律，能量在傳遞過程中，不可避免會以熱、摩擦等形式損耗，導(dǎo)致車輛的節(jié)油能力始終有局限。因此，如何能提升燃油經(jīng)濟(jì)性這問題一直困擾著各大車企。
近年來，為了解決這問題，車企從F1賽車中受到啟發(fā)，把賽車專屬的輕量化技術(shù)應(yīng)用到民用車。所以，市場上一股“汽車輕量化”熱潮興起。
汽車輕量化真的好？
在上世紀(jì)初，賽車運動協(xié)會對參賽賽車的重量提出限制要求，催生了汽車輕量化技術(shù)的誕生。在當(dāng)時，使用鋁、鎂、塑料等輕量化材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化、先進(jìn)制造工藝可使汽車的整備質(zhì)量有著顯著下降而不影響汽車的安全性能。
科普一下，鋼的密度是7.8，而鋁的密度是2.7，密度越高則質(zhì)量大。所以，如果車身使用高強度鋼替代普通鋼材能減重約11%，而采用鋁合金則能減重約40%。第四代路虎攬勝首次引入全鋁車身技術(shù)，憑此比第三代車型輕了39%，成功減重350kg。
使用鋁合金材質(zhì)雖然可令車身重量下降，但并沒有降低安全性，反而是提升了。同等強度的鋼板與鋁合金厚度比為1:1.4，而重量比僅為1:0.5。只要算一下就知道，僅需一半重量的鋁合金便能達(dá)到鋼的同等強度。所以，一般全鋁車身用的鋁合金板件要比普通低碳鋼厚0.2-0.5mm，通過增加厚度能實現(xiàn)比高強度鋼更高的車身鋼性和抗扭性能，但整體質(zhì)量還是要比鋼質(zhì)輕。
此外，根據(jù)慣性定律，物體的慣性與其質(zhì)量是直接相關(guān)。因此，輕量化技術(shù)減輕車輛的整備質(zhì)量，從而減少慣性。這樣，車輛的運動狀態(tài)更容易發(fā)生改變，同時其加速性能與制動性能均會提升。
舉個例子，Lotus旗下的Lotus Elise Cup250整備質(zhì)量僅有884KG，搭載一臺可輸出246匹馬力的1.8T發(fā)動機配備6速手動波箱，可在3.9秒內(nèi)完成破百。而同樣搭載1.8T發(fā)動機的雷諾Alpine A110，更配備7速濕式雙離合變速箱，能爆發(fā)出304匹馬力，但在1100KG的整備質(zhì)量下，破百需要4.5秒。由此可見，實現(xiàn)輕量化技術(shù)比壓榨發(fā)動機馬力更有助提升車輛的性能。
此外，根據(jù)歐洲鋁協(xié)研究數(shù)據(jù)表明，若汽車的整備質(zhì)量降低10%，除了可以使燃油效率可提供6-8%，0-60km/h加速時間提升8%以外，也可減少大約8%的尾氣排放以及減少5%的剎車距離。所以，使用輕量化技術(shù)對汽車市場的發(fā)展有重大意義。
怎樣實現(xiàn)輕量化
在現(xiàn)今的汽車市場上，輕量化材料是車企實現(xiàn)汽車輕量化的常用方法。眾所周知，碳纖維、鋁合金熱成型鋼在質(zhì)量上都比傳統(tǒng)的普通鋼要輕，而且強度與韌度性都顯優(yōu)勢，以碳纖維為例，其強度是鋼的7-9倍，而且比鋼輕50%。因此，近年來，車企會在汽車的承載白車身、發(fā)動機蓋、懸掛等地方換用這些輕量化材質(zhì)。
新一代寶馬7系的白車身就是采用了鋼、鋁合金以及碳纖維復(fù)合材料三種材質(zhì)來打造車身，相對于上一代車型，車身重量減少了130公斤。此外，在懸掛系統(tǒng)、制動系統(tǒng)的配件上換用鋁合金材質(zhì)。以全新BMW 740 Li為例，相比上一代車型，百公里綜合油耗降低16.7%。
雖然輕量化材料是車企實現(xiàn)汽車輕量化的常用方法，但并不是唯一。除此之外，在不影響性能和耐用性為前提下，利用輕量化結(jié)構(gòu)也能實現(xiàn)汽車輕量化。
以全新科魯茲為例，借助CAE軟件的計算與實車測試，在設(shè)計時去掉那些不起作用反而增重的材料，如在發(fā)動機蓋上、車架上等運用減重孔、短凸緣、圓齒凸緣等技術(shù)減重，使科魯茲較上代減重120公斤，百公里油耗降至5.7L。
除此之外，先進(jìn)的工藝也能達(dá)到輕量化的效果。就拿常見的輪轂和懸架擺臂來說，其制造工藝對重量有著極大影響。例如鍛造輪圈由于其材料更加致密的原因，輪輻結(jié)構(gòu)更細(xì)更薄，重量自然就減下來了。
另外，車身和其他部件的連接工藝也會對車重產(chǎn)生影響。現(xiàn)今大部分車輛都會采用激光焊接的工藝來焊接車身，減少車身上柳丁的使用。這樣，沒有柳丁的外加重量，一體化的車身既美觀又能做到輕量化，而且是自動化的焊接，提高生產(chǎn)效益，車企何樂而不為。
除了以上幾種主流的輕量化方式，汽車工程師為了實現(xiàn)汽車輕量化還在其他方面進(jìn)行專研。
大勢所趨
在過往，這些輕量化技術(shù)只用于F1、勒芒耐力賽等大型比賽的車型上，為應(yīng)對賽車協(xié)會的要求。直到1994年，奧迪把鋁制車身用于A8上，令汽車輕量化技術(shù)在量產(chǎn)車型上得到普及。而現(xiàn)在，不管是豪華品牌還是合資品牌，都在使用輕量化技術(shù)。
近年來，大眾不斷為旗下朗逸、寶來、途觀等熱銷車型引入MQB平臺。而MQB平臺則是汽車輕量化技術(shù)的一個載體，里面包含了輕量化材質(zhì)、結(jié)構(gòu)以及工藝，令MQB平臺車型比上代車型整車減重40—60kg。雖然比起碳纖維這樣更高一級的輕量化技術(shù)，大眾MQB平臺的輕量化有點微不住道，但可知，輕量化技術(shù)在我們身邊無處不在。
此外，隨著國家不斷調(diào)整排放標(biāo)準(zhǔn)，最苛刻的國六排放標(biāo)準(zhǔn)將在2019年7月開始在重點城市提前實施國六排放標(biāo)準(zhǔn)，在2023年7月全國輕型車強制執(zhí)行。而現(xiàn)今，無論是小型SUV還是中大型SUV，基本都是采用了鋁合金材質(zhì)的發(fā)動機缸體與缸蓋來進(jìn)行輕量化，但都不能應(yīng)對國六排放標(biāo)準(zhǔn)。在首批達(dá)到國六排放標(biāo)準(zhǔn)的機動車的環(huán)保信息中，第一批僅三款SUV車型能達(dá)標(biāo)。因此，除了不斷提升發(fā)動機技術(shù)之外，把汽車輕量化技術(shù)再往更深一步走也是有效應(yīng)對途徑之一。
汽車輕量化技術(shù)不止在傳統(tǒng)燃油車上有著重要地位，在新能源汽車上也是如此。如今的特斯拉model S、蔚來ES8、榮威 marvel x等中高端新能源汽車無不例外是使用全鋁車身來提高續(xù)航里程。可這樣還是不夠，因為電池的質(zhì)量與續(xù)航是個矛盾體。如果增加電池的量來提升續(xù)航里程，那隨著而來的重量也會影響續(xù)航里程。
以捷豹I-PACE為例，僅是電池系統(tǒng)的重量就高達(dá)613kg，快占普通中型SUV的整備質(zhì)量的一半。與其增加電池來提升新能源汽車的續(xù)航里程，不如把輕量化技術(shù)進(jìn)行到底，在新能源汽車上盡可能使用，從而增加續(xù)航里程。因此，輕量化技術(shù)在新能源汽車發(fā)展中有著重要地位。
