2008年5月,笔者参观了澳大利亚布里斯卡车展,最大的感受是:航空制造业的制造原则以克为单位降低重量,在专用车行业得到了具体应用.
展会上参观车辆的轻量化设计制造技术及工艺给笔者留下了深刻印象,像Oz Autoquip公司、IVECO公司的侧帘厢式车,Wwstern Star公司的侧帘汽车列车,Red Australia公司的铝质车厢及轻量化发动机,Tatra公司的铝合金上装系统,VoLvo公司的轻量化底盘等,这些产品代表了全球最新的技术水平和技术发展趋势。
汽车轻量化
汽车轻量化是当今世界汽车创新工程的技术发展方向,是21世纪世界汽车技术创新的前沿和热点。世界各国的汽车企业围绕节能、节材、环保、降低成本以及提高动力性、经济性、可靠性、安全性和舒适性等等基本性能,开展了新技术、新材料、新工艺、新产品的研究开发工作,其核心就是汽车轻量化。
汽车轻量化验室作为汽车创新工程的核心部分,涵盖了汽车结构设计技术、材料科学技术、制造工艺技术、质量检测技术和失效分析技术等五个方面,五大技术所组成的创新工程,是一个经脉贯通、互为依存、互相促进的有机整体,国家应该高度重视。
汽车轻量化的意义主要有以下几个方面:
1、 降低燃烧消耗,增加汽车有效载荷,节省牵引动力,降低汽车运行费用。
2、 减少车辆对道路的损失,减少道路维护工作量。
3、 提高车辆的启动加速度及制动减速度,提高汽车的运行速度及曲线通过速度。
国外汽车轻量化的现状
自上世纪70年代以来,随着材料技术和制造技术的进步,汽车自身重量在逐年减少,以美国为例,上世纪80年代初,中型轿车的平均质量为1520KG;90年代初下降至1475KG;90年代下降至1230KG;1985~1995年期间,轿车质量平均每年减少0.9%。20世纪末和本世纪初世界各国先后出现过百公里油耗3L的汽车,这类汽车的质量基本处在750~850KG之间,比现今同类车轻50%。1998年德国大众推出路波3L TDI,汽车自身质量只有800KG。奥迪公司最近开发全铝型轿车AuDi A2,汽车自身质量只有895~990KG。商用车的自身质量也在减少,以意大利依柯维商用车为例,2004年其驾驶室的质量已降为960KG,减少40%。
与航空制造业一样,目前载货车上应用较多的轻量化材料有铝合金、镁合金、高强度钢、塑料及复合材料等。各大汽车公司都已经将采用这些轻量化材料的多少作为衡量汽车生产技术和新材料开发水平是否领先的重要标志。
铝合金:与钢相比,铝合金具有质量轻、耐腐蚀性好、易于加工等特点,但成本较高,是近20年来在载货汽车上使用最多的轻量化材料。
镁合金:与钢铁相比,镁合金密度小,易于加工,压铸经济,其最大的特点是阻尼减振性和抗凹性好。镁合金在上世纪40年代就被一些公司采用。镁合金在应用上比铝合金发展慢,主要原因是其铸造性差、后处理工艺复杂、成本较高。当前世界上每辆汽车的镁合金平均用量仅2.3KG。随着研制材料技术水平的提高,目前每年正以15%~20%的速度递增。
塑料及复合材料:汽车塑料制品一般分为内饰件、外饰件和功能件等,目前世界主要汽车用塑料件的内饰化已基本完成。玻璃纤维增强塑料等新产品已随着新技术的成熟而逐步扩大应用,主要用于车身内装件和功能件。
高钢度钢:在轻量化材料中,与铝合金、塑料相比,高强度钢具有以下特点。价格低,基本上可以利用原有生产线;其弹性模量高、刚性好、耐冲击性好及较高的疲劳强度,有些高强度钢的抗拉强度为普通钢的2~3倍;耐腐性差。
中国轻量化的迫切性
最近几年,汽车燃油消耗在我国石油消耗中所占比例日益增大,有资料显示,目前我国进口的原油的近30%被汽车消耗掉,而今后汽车消耗原油量的比例将升至50%。
汽车燃油消耗量增多主要有以下两方面的原因:一是我国经济持续发展,带动了汽车消费和保有量的大幅攀升;二是由于我国汽车技术水平相对落后,单车燃油消耗明显高于国外,目前生产汽车的平均耗油量大约为国外汽车高20%~30%,而摆在我们面前的现实部题是,我国石油资源和产量有限,无法满足国内的能源消耗,近几年我国石油进口量逐年增多,对外依存度已超过40%,因此提高汽车的燃油经济性,从总体上控制汽车的燃油消耗,保护国家资源具有很重要的意义。
发动机的功率主要消耗在克服汽车行驶阻力上,汽车行驶阻力由空气阻力、滚动阻力、加速阻力与爬坡阻力组成。除空气阻力主要与车身状况、迎风面积有关系,与整车质量无关外,滚动阻力、加速阻力和爬坡阻力均与整车的总质量有关系,所以减轻自重,是减少上述三种阴力的重要方法,也是降低油消耗的重要措施。
根据国外的有关资料,车辆减轻自重10%,可降低油耗5%~8%,对于载货车来说,减轻自重还提高了有效载荷的质量,即增加了装载利用系数,可提高运输效率,在降低运输成本,这相对来说也是降低了燃油费用。推广汽车轻量化是我国汽车工业发展的当务之急,对解决我国能源短缺,道路超载、运输效率低下具有很重要的意义。