走在減重的“鋁”程上 歡迎進(jìn)入鋁合金材料普及時代

隨著各國政府與大眾的環(huán)保意識逐漸上升，相關(guān)空污排放規(guī)定也越來越嚴(yán)格。為了在新法規(guī)與客戶要求之間取得妥協(xié)，車廠只剩下唯一的選擇：透過使用輕量化材料來大幅減重。過去鋁合金材料由于剛性不足以及成本過高，大量采用鋁合金材料仍是高級車的特權(quán)，但是在過去幾年美國鋁業(yè)公司的努力推動以及其Alcoa 951專利的突破，未來幾年汽車產(chǎn)業(yè)使用的鋁合金材料將會是目前的6倍之多！

歡迎進(jìn)入鋁合金材料普及時代，請看我們的分析。

減重是大勢所趨

隨著各國政府與大眾的環(huán)保意識逐漸上升，相關(guān)空污排放規(guī)定也越來越嚴(yán)格。但由于潛在客戶不愿犧牲對性能的堅持，為了在新法規(guī)與客戶要求之間取得妥協(xié)，車廠只剩下唯一的選擇：透過使用輕量化材料來大幅減重。就算對普通車主來說，汽車輕量化的優(yōu)勢亦不難理解：除了油耗必將隨之降低、輕量化還能帶來更好的操控性。由于車重減輕，起步時加速性能更好、剎車時的制動距離也更短。

從量化分析的角度來看，降低車重對于提升燃油效率的效果非常明顯：在車輛空載情況下，約70%的油耗用在推動車身重量。Mercedes車廠估計車體重量約占車輛都市行駛油耗的23%左右，若能在新車研發(fā)階段降低車身重量100公斤，則車輛在都市行駛狀況下每100公里可節(jié)省0.3至0.6升燃油、同時減少7.5～12.5g/km的二氧化碳排放量，汽車重量每降低1%，油耗可降低0.7%。與之相比，透過減少（輪胎）滾動阻力10%，燃油效率可提高3%；若傳動軸、變速箱等傳動系統(tǒng)效率提高10%，燃油效率可提高7%。可見得提升燃油效率并非只有“混合動力系統(tǒng)”這個唯一答案！透過降低車重的方式事實上比加裝任何形式的混合動力系統(tǒng)的成本都更低。現(xiàn)有的省油科技包括可變氣門與進(jìn)氣歧管、渦輪增壓和個別汽缸熄火等等，但都沒有一種能達(dá)到5%的節(jié)油效果！降低車身重量還能減輕剎車系統(tǒng)運作壓力并提高發(fā)動機效能。隨著環(huán)保和節(jié)能的需求不斷提升，汽車輕量化已成為全球汽車工業(yè)發(fā)展的潮流。

鋁合金材料的優(yōu)勢與劣勢

提到降低車重的方式，許多人腦海中第一個想到的是鋁合金材料！其實汽車歷史上已出現(xiàn)過不少全鋁合金車身的車型，包括超級跑車Honda NSX與Audi車廠為了彰顯技術(shù)實力的迷你車A2，目前在市面上銷售的仍有Audi A8和Jaguar XJ采用全鋁合金車身，最新的成員則是Tesla Model S。Jaguar XK可說將鋁合金技術(shù)與輕量化發(fā)揮至極致：不僅車身零件總數(shù)從5189個降至2761個，車身剛性更一口氣提升了48%，還大幅減肥140公斤（從1685公斤大幅減肥至1595公斤）！全新XK的馬力輸出僅比舊款小幅增加6匹而達(dá)到300匹馬力，但減肥有成之后的馬力/重量比，再加上懸掛系統(tǒng)的改良，換來的就是平易近人、更加靈巧的操控與駕馭感受。

然而除了Audi、Jaguar與Tesla車廠之外，過去對推出“全鋁合金車款”有興趣的車廠可謂寥寥無幾，全鋁合金車款的全球年度銷量也始終在5萬輛以下（占全球市占率不到0.1%）。BMW品牌旗下多數(shù)車型采用鋁鋼材料混用的車身結(jié)構(gòu)，但首要原因是為了平衡車身前后配重以提升操控性。BMW 5系列即是鋼制車身和鋁制車首（主要在發(fā)動機蓋）的結(jié)合體，而X5車型僅在車身前半部有少數(shù)鋁合金零件，其整體結(jié)構(gòu)仍為鋼制。但僅僅是這種混合結(jié)構(gòu)就使制造成本上升了25%，而這還不是讓車廠頭痛的唯一原因：鋁受熱后體積大幅膨脹的金屬特性，使得鋁制車用零件的制造難度大大增加，在焊接車身時必須使用特制夾鉗、采用特殊制程才能將鋁制零件固定在特定位置。包括GM集團在內(nèi)的國際車廠，無法將鋁合金廣泛應(yīng)用在旗下車型，主因就是考慮到處理鋁制零件的特殊設(shè)備無法在遍布全球的組裝廠與維修點廣泛普及，不過若考慮到汽車的生命周期和資源回收性（鋁的回收比例高于鋼鐵），鋁優(yōu)于鋼仍是不爭的事實。

中國企業(yè)逐漸仿效歐美競爭對手

越來越多量產(chǎn)車型開始大量使用鋁合金材料！之前Ford車廠發(fā)表了一款輕量化Mondeo概念車型：得益于鋁合金材料的增加，該款概念車的重量較普通車型降低25%。而在今年初底特律車展上，F(xiàn)ord車廠還推出了2015年式F-150小貨卡車型：該車車身97%采用鋁材料（成為歷史上第一款鋁合金車身小貨卡），較之前同款鋼制車身的車型減重320公斤，燃油效率更提升30%。F-150一直是Ford車廠旗下的經(jīng)典小貨卡，多年高踞美國市場十大暢銷車榜首，2014年更以超過76.3萬輛的銷量占據(jù)美國小貨卡市場40%市占率。在全新年式F-150車型問世數(shù)月之后的今天，還有報導(dǎo)稱GM集團亦在推動將鋁材料更多用在下一代小貨卡車型設(shè)計之內(nèi)，Chrysler車廠則于去年5月份宣布其較小型的Jeep品牌車型牧馬人（Wrangler）可能大量使用鋁材料。

在應(yīng)對節(jié)能與環(huán)保議題上，包括美國、日本等國家以及歐洲的主要汽車制造商都在全力推動“汽車輕量化”的目標(biāo)：歐洲汽車制造商正在進(jìn)行“超輕型汽車”計劃（爭取減輕車重30%）；美國政府主導(dǎo)的PNGV計劃（新一代汽車合作計劃）由政府每年投入2億美元，目的也是家庭轎車的減重。中國汽車工程學(xué)會也已聯(lián)合十多家有代表性的中國車廠、鋼鐵企業(yè)以及學(xué)術(shù)研究單位成立了“汽車輕量化技術(shù)戰(zhàn)略聯(lián)盟”，并定下明確的目標(biāo)：推動中國汽車產(chǎn)品平均車重降低8%至10%。

看到歐美車廠的積極態(tài)度，相信不少讀者也關(guān)心中國市場是否會追上這波“鋁合金”風(fēng)潮？有鑒于鋁合金材料的應(yīng)用需要產(chǎn)業(yè)上下游完整配套，對于中國汽車制造業(yè)者來說，想要迎來較大規(guī)模的鋁應(yīng)用恐怕還要再等一段時間，預(yù)估會分為兩個階段進(jìn)行：第一個階段將以國外在中國的合資品牌車企為主；第二個階段或?qū)⒃?0年之后發(fā)生，主要包括中國本土車廠與自主品牌。由于未來燃油經(jīng)濟性和排量標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格，中國汽車制造商為了滿足前述規(guī)定，最終都將大規(guī)模采用鋁合金材料，因為唯有新材料的應(yīng)用與導(dǎo)入，才能幫助汽車制造商在不犧牲內(nèi)飾空間和汽車性能的前提下，達(dá)成更高燃油效率的目標(biāo)。