文/宋菲

    減重成為一種潮流

   “減肥”在女士中間是不變的潮流，然而近年來，“減重”在汽車圈子里也蔚然成風(fēng)。在近年新車上市的宣傳中，我們經(jīng)常會聽到這樣的描述，“新一代車型采用車身輕量化結(jié)構(gòu)，相比上一代車型減重XX公斤?！鄙踔?，計量單位會精確到克。

   世界鋁業(yè)協(xié)會的報告指出，現(xiàn)代汽車自身質(zhì)量同過去相比減輕了20%~26%。預(yù)計在未來的10年內(nèi)，轎車自身質(zhì)量還將繼續(xù)減輕20%。

   汽車輕量化材料市場的前景也是一片大好。據(jù)全球企業(yè)增長咨詢公司Frost＆Sullivan分析，到2017年，輕量化汽車材料市場有望達到953.4億美元。而且據(jù)了解，到2025年，采用全鋁車身的車型占比將達到30%，全球車身用鋁總量則達到870萬噸，車身用鋁行業(yè)將出現(xiàn)爆發(fā)式增長。

   進一步細化，從近10年間同車型的配置及重量變化趨勢可以發(fā)現(xiàn)，汽車輕量化早已悄然蔓延開來。我們選取德、日、美系的帕薩特、雅閣、君威3款車型，縱向?qū)Ρ绕涫状卧趪鴥?nèi)上市及隨后10年的車型配置表，發(fā)現(xiàn)新款車型比10年前的配置明顯豐富，但重量并沒有明顯提升，甚至還有所下降（表1~表3）。這在某種程度上可以認為是汽車輕量化設(shè)計的應(yīng)用在發(fā)揮作用。

   發(fā)展汽車輕量化的理由其實很好理解。同等動力配置下的汽車，汽車整備質(zhì)量越輕，動力性越好，油耗越低，也越環(huán)保，而節(jié)能減排應(yīng)該是大力推廣汽車輕量化的最主要原因之一。至于輕量化對其作用有多大，我們可以用數(shù)據(jù)說話。

   世界鋁業(yè)協(xié)會的報告指出，汽車的自重每減少10%，燃油消耗可降低6%~8%；大眾汽車的研究成果認為，汽車整備質(zhì)量每減少100kg，每百公里二氧化碳排放可減少8~11g，百公里油耗可降低0.3~0.5L。雖然說法不大一樣，但都說明輕量化對能源與環(huán)境的影響。

   我國工信部已經(jīng)發(fā)布了第三階段嚴格的油耗限值，2016年開始第四階段油耗限值還會更加嚴格，這無疑成為了各個車企祭出各類殺手锏進行輕量化設(shè)計的最大推動力。

    汽車輕≠安全性差

   汽車輕量化，顧名思義，就是把車身質(zhì)量減輕。不過這樣的理解往往過于片面，如果一味地追求質(zhì)量減輕，而將汽車的一身鋼鐵材質(zhì)換成塑料，安全性何以保障？因此，真正有意義的輕量化應(yīng)當是以保障車輛安全為前提的。即采用現(xiàn)代設(shè)計方法和有效的手段對車身進行優(yōu)化設(shè)計，或使用質(zhì)量更輕但能夠保證強度的新型材料，或是實現(xiàn)發(fā)動機等所有零部件的全面質(zhì)量減輕，以達到減重、降耗、環(huán)保、安全的綜合目標。

   記者對身邊的車主及準車主進行了一個小范圍調(diào)查，發(fā)現(xiàn)多數(shù)普通汽車消費者對汽車輕量化的認識還不夠，他們普遍會認為，車身重量減輕，鋼板會變薄，自然會影響安全性。

   然而，吉林大學(xué)汽車工程學(xué)院教授、汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟專家委主任王登峰，曾在汽車輕量化創(chuàng)新成果媒體溝通會上表示，輕量化技術(shù)與汽車產(chǎn)品的安全性并沒有直接關(guān)系。甚至在各種新的設(shè)計理念、新技術(shù)、新材料和新工藝的集成應(yīng)用下，完全可以實現(xiàn)安全性、輕量化水平的共同提升。

   對這一觀點的一個有力證據(jù)是，通過對2007年~2013年上半年的105款車型的輕量化水平與安全星級的分析，碰撞星級與整車輕量化指數(shù)和名義密度的數(shù)據(jù)關(guān)系十分分散，這可以說明車輛的輕量化與安全性并非矛盾的對立體。

   從汽車發(fā)展歷史上看，的確也未看到汽車輕量化對安全性有直接負面的影響。據(jù)了解，五六十年前，轎車平均重量在2500~3000kg，而如今的轎車平均重量是1500kg，重量雖大幅下降，卻鮮有人會認為現(xiàn)代汽車的安全性不如幾十年前。當然，促使汽車安全性提升的因素有很多，比如駕駛者安全意識提升、安全配置愈加豐富等等，但就汽車產(chǎn)品而言，卻還是可以從某種程度上說明，汽車變輕了，并不等同于安全性變差了。

   此外，美國公路安全保險協(xié)會最近公布的2015年頂級安全認證車型的獎獲名單也進一步證明，在汽車輕量化發(fā)展的大趨勢下，汽車安全性在今年仍有所突破。在安全評選標準更加嚴格的情況下，不同類別的71款車型在經(jīng)過25%小重疊面碰撞、40%正面偏置碰撞、側(cè)面碰撞、車頂強度測試以及座椅鞭打?qū)嶒炦@5個測試項目后，獲得了較安全認證車型和頂級安全認證車型稱號。獲獎的71款車型比去年的39款增加了82.05%，頂級安全認證車型也比去年增加了11款。

    輕量化材料要“軟硬兼施”

   普通消費者對于汽車輕量化安全的判斷，其實很大程度上基于他們對于汽車安全性的感性認識。這種觀念是，汽車是一個金屬外殼，人是殼中之軀，車將人包裹起來，殼越重越堅固，安全性就越高。這也就不難理解為什么很多國內(nèi)消費者選車時喜歡重重關(guān)一下門，若聽到沉悶的“砰”的一聲，便很滿意；或是用手敲敲車身，聽上去鋼板越厚實越好。

   我們暫且不論這個觀點是否正確，不過可以肯定的一點是，輕量化材料更加輕薄，卻并非意味著車身剛性因此而減弱。國家汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟副秘書長王智文曾表示，“即使汽車上使用很輕的材料，如果采用高強度加工工藝，也能達到很輕但彈性非常好的效果，滿足安全性。”

   然而，也不能在車身的每一寸都追求高強度，“雞蛋試驗”就能說明這個道理。實驗將一只雞蛋固定在一個車頭為金屬的小車上，以一定速度撞向另一塊固定的木樁。車直接碰到木樁后停住，車沒有任何損壞，但車上的雞蛋卻破碎了。第二次試驗，雞蛋固定方式和撞向木樁的速度都不變，但把車頭的金屬換成了同樣大小的海綿，結(jié)果碰撞時海綿被壓癟，雞蛋卻相安無事。該實驗可以說明，柔軟的海綿重量較輕、剛性不高，但發(fā)生撞擊時恰恰能起到吸收能量的效果。

   目前比較流行的輕量化材料有多種，它們各有各的特點，有些強度很高，有些兼顧柔美。比如高強度鋼，作為傳統(tǒng)材料在汽車輕量化的使用中是主力。理論上相對于傳統(tǒng)340Mpa的材料，600Mpa級鋼種的減重潛能約為20%，800Mpa級鋼種的減重潛能可達到30%以上，高強度與安全性受到廣泛關(guān)注。而工程塑料這種輕量化材料，在擁有類似的金屬硬度、強度的基礎(chǔ)上，就兼有柔美之性能，彈性變形的特性能吸收大量碰撞能量。

   在應(yīng)用這些輕量化材料時，為了確保汽車輕量化以后的安全性，需要“軟硬兼施”，綜合利用。也就是說，在需要吸能的地方要做得“軟”一些，在一些需要加強的位置要做得“硬”一些，總之，最好的材料要用在最合適的地方。

    《產(chǎn)品可靠性報告》2015年7月刊