我們都知道在現(xiàn)如今愈來愈多的車企都在自己的發(fā)展目標(biāo)當(dāng)中提出了這樣的一個發(fā)展路線，那就是將汽車逐漸輕量化。然而汽車輕量化并不僅僅是我們大家傳統(tǒng)認(rèn)知上的汽車車身減重。當(dāng)然！車身的減重自然也是其中較為重要的一個環(huán)節(jié)。實際上汽車輕量化指的是在能夠保證車子質(zhì)量以及性能的情況下，來對車子的整體的重量來進(jìn)行減壓，從而讓車子變得更加輕便。如此一來車子無論是在行駛提速的時候，又或是對平時車子的油耗、性能都能夠得到大幅度的提升。
如今，在全民節(jié)能降耗的大背景之下，尤其受今年以來國六排放標(biāo)準(zhǔn)逐步推行的影響，汽車輕量化被賦予了更加重要的意義。
現(xiàn)實比我們想象中更嚴(yán)峻
從汽車行業(yè)當(dāng)前特點看，如果單純依靠設(shè)計的優(yōu)化已不能滿足環(huán)保上低耗與減排的要求，所以從行業(yè)發(fā)展趨勢上看，汽車車身的輕量化已成為未來發(fā)展的必經(jīng)之路。
相關(guān)研究表明，車身重量與排放有一定聯(lián)系。若燃油汽車質(zhì)量每下降10%，油耗將下降8%，排放將下降4%，車輛質(zhì)量每下降100kg，二氧化碳排放將減少5G/k。車重若每減輕25%，能使汽車加速的時間從原來的10s減少到6s，輕量化的汽車在較低的牽引負(fù)荷狀態(tài)下將會表現(xiàn)出同樣的或者更好的性能。
該觀點新能源汽車領(lǐng)域一樣適用。因為新能源車的電池與燃油比能量差距巨大，電池組重量一般會比燃油發(fā)動機(jī)重量高2倍以上，目前電動商用車的電池系統(tǒng)重量通常占車輛總重的 10%~15%，而乘用車占比高達(dá)20%~30%，這直接導(dǎo)致電動汽車相比傳統(tǒng)燃油車會增重30%~40%。但如果純電動汽車整車重量能降低10%，那么平均續(xù)航里程將會增加 5%~8%，同時損耗成本也可相應(yīng)下降。
所以，無論從傳統(tǒng)汽車的減排還是從新能源汽車增加續(xù)航的發(fā)展趨勢看，輕量化都是一個有效的手段。
然而車企雖然整天把輕量化掛在嘴邊，但是現(xiàn)實比我們想象中更嚴(yán)峻。這一點從國務(wù)院在2012年公布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012—2020年)》就能看出些問題。根據(jù)當(dāng)時的計劃，希望到2020年，生產(chǎn)的乘用車平均燃料消耗量降至5.0升/百公里，節(jié)能型乘用車燃料消耗量降至4.5升/百公里以下。但現(xiàn)在看來，當(dāng)時的目標(biāo)明顯太過樂觀。個中的原因與發(fā)動機(jī)技術(shù)升級不夠理想有關(guān)，但肯定和輕量化推進(jìn)不夠理想也有關(guān)系。
鎂合金是最佳解決方案嗎？
幾乎所有的企業(yè)在針對汽車輕量化的難題時，首先都會從車身框架的角度去試圖找到解決方案。因為車身框架所占的總量與面積比重最大，而且比較方便主機(jī)廠進(jìn)行車型賣點傳播。
目前看，鎂、鋁合金是汽車進(jìn)行輕量化的兩大理想材料。據(jù)美國鋁學(xué)會報告，如果汽車每使用0.45Kg鋁，可使車身減重1Kg。以白車身為例，如果將鋁合金代替鋼和高強(qiáng)度鋼，其車身重量為230kg，最高可減重40%。不過鎂合金在減重上性能更優(yōu)，由于其重量約為鋁合金的2/3，僅為153kg，其減重比例可超50%。
不僅體現(xiàn)在重量上，鎂合金還具備密度小，比強(qiáng)度、比剛度高，抗震、易回收和易加工等優(yōu)勢。對比等質(zhì)量且具有近似界面構(gòu)件的各金屬比剛度，鎂合金是鋼的18.9倍，鋁合金的兩倍有余，位列三大輕量化金屬的首位。
看起來，鎂合金材料或許是汽車輕量化最為直接的有效解決方式。但是目前世界鎂產(chǎn)量整體下降(我國產(chǎn)量最大，但受制于環(huán)保限產(chǎn))，用全鎂合金替代整個白車身不現(xiàn)實，但部分、逐步替代的思路仍然可行。
當(dāng)前鎂合金制造成本的逐步下降，而加工工藝也有所突破，使其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，需求也有增加，不過目前汽車市場仍是其保持增長的主要推動力。據(jù)2016年統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國的汽車平均用鎂量約3kg左右，相較于北美的汽車平均用鎂量在10kg相距甚遠(yuǎn)。目前我國汽車用鎂還主要停留在汽車方向盤領(lǐng)域，未來儀表盤支架、汽車輪轂、汽車大燈支架等潛在的滲透空間巨大。
據(jù)我國汽車輕量化技術(shù)路線規(guī)劃看，2020年、2025年和2030年中國單車用鎂量需要分別達(dá)到15kg、25kg和45kg。若2030年單車用鎂量需要達(dá)到45kg(2016年僅3kg)，2030年汽車用鎂量有望達(dá)到172萬噸。
我們用倒推的方法測算，白車身全鋁合金重量約為230kg，減重效果40%左右，則采用高強(qiáng)度鋼的白車身重量約為383.3kg(230/0.6)。單車用鎂量若為45kg，則占比為11.7%(45/383.3)，大于碳纖維用量。從產(chǎn)量看，全球鎂產(chǎn)量主要在我國，而由于環(huán)保限產(chǎn)，所以整體產(chǎn)量肯定小于鋁合金，因此白車身用料主要以鋁合金為主。
但從增長性看，2030年單車用鎂量較2016~2020年初步規(guī)劃將增長3倍(45/15)，而鋁合金用量增長不到2倍(350/190)。所以從增長幅度和占比看，汽車輕量化將大幅帶動鎂合金及相關(guān)鎂金屬產(chǎn)業(yè)快速增長。機(jī)會較為確定。
鋁合金的優(yōu)缺點也很明顯
說完了鎂合金，我們再來談?wù)勪X合金。鋁合金是一種在各行各業(yè)都廣泛使用的基礎(chǔ)材料。即便在汽車制造業(yè)，鋁合金也不光是應(yīng)用在車身設(shè)計上，在一些關(guān)鍵零部件像發(fā)動機(jī)、底盤都在大量采用鋁合金部件。雖然鋁合金在絕對重量上與鎂合金相比不占優(yōu)勢，但是鋁合金使用場景的廣泛性比鎂合金更突出。
2018款奧迪A8放棄了全鋁車身
汽車行業(yè)對于全鋁車身的研發(fā)，最早竟然可以追溯到80年代。來自歐美日等很多汽車廠家都與鋁業(yè)公司合作研發(fā)，大家都想在鋁車身結(jié)構(gòu)上有所突破，但是這其中的困難似乎比預(yù)料的還要多。到了1995年的時候，奧迪率先實現(xiàn)了鋁車身的批量生產(chǎn)，但是好景不長，由于成本的因素，沒能堅持下去。
汽車制造業(yè)發(fā)展到今天，鋁合金材料車身的應(yīng)用比例雖然是不斷的提高，但是有勇氣采用全鋁合金材料造車身的還是鳳毛麟角。比較有名的捷豹全鋁車身來到中國也是變成了鋼鋁混合，賓利添越作為天價豪車當(dāng)然是消費得起全鋁合金，但是車身一旦出現(xiàn)撞擊就無法常規(guī)修復(fù)。鋁合金車身技術(shù)的不斷發(fā)展，雖然成本有所降低，但距離全面推廣普及還是十萬八千里。
而全鋁車身最大的問題就在于“成本居高不下”。所以我們才看到只有賓利添越這種級別的豪車才敢大膽地使用全鋁車身。造車新勢力領(lǐng)頭羊蔚來旗下的純電動SUV ES8也采用了全鋁車身，售價在45萬以上。對于這些高價位的車型來說，全鋁車身除了輕之外，能夠提高車輛的抗腐蝕的能力，同時可以設(shè)計出更加好看和平滑的車輛曲線，實現(xiàn)更高的車身剛性和抗扭性能。
在安全的系數(shù)上面也得到進(jìn)一步的提高，再者對于車輛而言，采用全鋁的車身，也可以作為自身的一大銷售的亮點，提高自身的市場競爭力度，目前市場上面采用全鋁的車身車輛還是比較少的，對于這樣的車輛而言自然在宣傳和銷售上面能夠達(dá)到耳目一新的感覺，同時也能夠提高自身的市場的競爭力。
不過，全鋁車身的缺點也十分明顯。車輛發(fā)生碰撞后，也會帶來更加費時和昂貴的維修成本，車身凹坑通過傳統(tǒng)的打膩子噴漆來修復(fù)及其輕微的傷，我們也無法把較大的凹陷敲擊平整。因為鋁合金材質(zhì)的彈性小，生產(chǎn)的時候是在受熱過程中發(fā)生形變定型的，但是卻很難二次定型，凹坑敲擊后會由于金屬的延展性而變得面積擴(kuò)散，幾乎無法修復(fù)。由于鋁板的厚度比鋼板厚，強(qiáng)行進(jìn)行修復(fù)會導(dǎo)致鋁合金表面漲裂。對于鋁合金件受損，只能將變形部位切割，整體更換，這對于豪華車來說簡直就是滅頂之災(zāi)，轉(zhuǎn)手出售的時候肯定會當(dāng)成事故車了。
若把全鋁車身作為未來汽車輕量化的發(fā)展路徑，筆者認(rèn)為這過于理想化。輕量化的目的不是為了犧牲安全性，反而是要在保障安全性的基礎(chǔ)上實現(xiàn)輕量化。從這個角度上來說，鋁合金或者鎂合金材料才是未來汽車車身輕量化發(fā)展的必經(jīng)之路。這既能保證標(biāo)準(zhǔn)之上的使用安全，又能在一定程度上減輕車身重量。
