汽车减轻自重不仅仅是轿车和轻型货车提高燃料效率的唯一解决方案,汽车动力系统工程,流体力学模型系数的改善和轮胎磨擦的减少和滞后损失的降低也是轿车和轻型货车提高燃料效率的另一种解决方案。
任何一种汽车自重减轻的观点必须具有明显的成本/利润比才能获得成功。而汽车用钢材、塑料和轻金属的材料供货商在美国、亚洲和欧洲都面临挑战。而根据有关的资料和数据,人们发现随着时间的推移,由于汽车性能和部件的增加,世界汽车市场的一个新的重要发展趋势是提高汽车的自重和体积,特别是需要更坚实有力的发动机和增加旅行车的空间和舒适程度。欧洲在这方面也不例外,欧洲汽车的代表是德国大众汽车公司的高尔夫系列轿车。从1974年第一代高尔夫系列轿车到1998年第四代高尔夫系列轿车,由于增加性能和部件,要求较坚实强有力的发动机,燃料经济性和安全性等都要在产品、利润和技术上全面平衡考虑,第4代高尔夫系列轿车比第一代高尔夫系列轿车增加重量达 315kg,底盘部件增重250kg,设备方面增重30kg,发动机15kg,减震部件15kg;安全和抗污染装置也增加了重量。汽车自重的增加对燃料消耗,温室效应,加速等方面都带来了负面影响。
1.汽车采用塑料减轻自重
最具有代表性的是大众汽车公司的第4代高尔夫系列轿车,美国Dow化学公司提供了纤维增加聚丙烯材料制成的汽车前部结构总成,采用了自己公司开发研制的粘结方案,包括空气管,散热器支撑,头灯灯座等部件,聚丙烯材料和冲压金属板之间的复合结构不需要等离子处理,不再需要金属卯接。比较试验在23℃,85℃和-40℃温度下进行,这种复合结构的高尔夫系列4型轿车前部总成的刚度增加为30%-100%。在各种驾驶条件抗震动性能有改善,重量减轻20%,成本也有相应降低。
欧洲汽车市场开发的另一种汽车减轻自重材料是热塑复合材料,用在门的结构上,作为预装功能部件,位置在轿车门里面,其采用注射成型复合材料车门,并已成功用在新型福特Friesta轿车上。
由于现代轿车增加功能而增加了重量(门调节器、锁、防盗装置、侧镜调节器、话筒、储存盒、照明、电线等)因此需要把它们连成一体使成本更节省,使用壁厚 2.0-3.0mm 30%长玻璃纤维增强聚丙烯材料(StaMax P)在轿车门上面重量仅为1kg,比同样结构的钢板材料轻 50%。
2.汽车采用铝和镁部件减轻自重
铝的先进性能越来越被欧洲汽车市场看重,欧洲铝市场年增长达到10%,镁铸造合金年平均增长为20%,新型可锻镁合金正在为镁挤压材,镁冲压板和锻件打开市场。
就欧洲的铝增强型汽车而言,奥迪A8的铝空间框架和车体技术的成功是一个典型,车体采用法国彼施澳公司特种抗压铝板制成,先进的奥迪空间框架是铝铸件,挤压材和冲压件的结合,新奥迪A8装备有V12 6.0L发动机,也可选用两台铝涡轮柴油发动机,汽车速度可以达到最大280km/h,从零速达到100km/h用时6.3 - 7.3s。
欧洲汽车平均用铝量现在已经达到每辆车 95kg,到 2015年达到每辆车用铝量200kg,更重要的发展是铝材的多样性和使用寿命。时至今日,欧洲汽车铝材的回收率达到95%是非常成功,再生铝比原铝节省能源95%。欧洲汽车工业对铝的使用取决于可锻铝和高纯铝的使用寿命长,1997年欧洲汽车工业用铝量(原铝和再生铝)为100万t,10年内欧洲汽车工业用铝量会达到230万t。
2001年对汽车工业镁压铸件的市场研究显示,和1991年相比有26%的增长,其中有85%-90%的镁压铸件用于汽车工业。2000年世界原镁的总需求量超过40万t。新型镁合金的引入造成了和铝合金AA380的竞争,同时新压铸技术,触变成形和回收技术也是汽车工业用镁量增加的重要原因。
3. 汽车采用钢材减轻自重
汽车工业用来减轻汽车自重的先进的高强度钢材主要用于汽车外壳和结构件,并和轻金属进行竞争。这种高强度钢材强度为300-800MPa,厚度可以更薄些,称作“轻型钢材”。
夹层钢板也是改善刚度减轻汽车自重的另一种材料选择,最近法国钢铁公司Usinor开发出来汽车工业用夹层钢板产品。其中一种夹层钢板为两层0.2-0.15mm厚钢板中间夹有一层25-45微米厚粘弹性聚合物芯板,这种夹层钢板具有减震,降低噪音和减轻重量的优点。依据震动频率和温度,噪音可以降低2-10分贝。
另一种夹层钢板为两层0.25mm厚钢板中间夹有一层0.4-0.8mm厚聚合物芯板,用于汽车车体自重减轻,比传统钢板减轻重量35%,并提高了挠性和扭力刚性。
摘自: 中国联合钢铁网