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隨著排放規(guī)定的日益嚴(yán)苛以及燃油經(jīng)濟(jì)性的強(qiáng)制性需求所致,除了在動(dòng)力方面下功夫以外,給車輛盡可能減重也成為車企一項(xiàng)大任務(wù)。這里所說的減重并非偷工減料,用專業(yè)一點(diǎn)的話術(shù)來說就是輕量化。
汽車的輕量化,就是在保證汽車的強(qiáng)度和安全性能的前提下,盡可能地降低汽車的整備質(zhì)量,從而提高汽車的動(dòng)力性,減少燃料消耗,降低排氣污染。汽車整備質(zhì)量每減少100公斤,百公里油耗可降低0.3—0.6升。由于環(huán)保和節(jié)能的需要,汽車的輕量化已經(jīng)成為世界汽車發(fā)展的潮流。
在汽車輕量化方面,總結(jié)來說現(xiàn)在通常有采用的就是替換更輕的材質(zhì),這種方法最簡單而且最出效果,但更輕更堅(jiān)固的材質(zhì)會(huì)導(dǎo)致成本的上漲。所以車身結(jié)構(gòu)以及零部件的優(yōu)化,提升結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,減少材料的用量也算一種。
目前車企都在輕量化領(lǐng)域有著自己的研發(fā)和發(fā)展路徑的選擇,下面我就盤點(diǎn)一下在各領(lǐng)域最具代表性的幾家車企代表。
奧迪算是最早提倡全鋁車身概念,像旗艦產(chǎn)品奧迪A8,就是基于全鋁結(jié)構(gòu)打造的。不過,奧迪并沒有堅(jiān)持,新的奧迪A8明顯變得更重了。奔馳的全鋁車身設(shè)計(jì)與奧迪可謂是棋逢對(duì)手,國產(chǎn)的新一代奔馳E級(jí),要比海外版重,因?yàn)楸捡YE級(jí)將車門和引擎蓋由鋁材換成了鋼材。特斯拉就不用說了,它是新人,目前也只是處于嘗試全鋁結(jié)構(gòu)的階段,但只有捷豹路虎旗下的車型一直在堅(jiān)持這件事情。
以捷豹的全新一代XFL為例,它基于捷豹路虎最新模塊化智能全鋁車身結(jié)構(gòu)研發(fā)的新車。捷豹XFL采用全鋁車身結(jié)構(gòu)之后的減重效果十分明顯,1590KG的整備質(zhì)量基本和更低一級(jí)的B級(jí)車相當(dāng)。而競爭對(duì)手寶馬5系 、奔馳E級(jí)以及奧迪A6L,車重都在1750-1760kG左右。毫無疑問,捷豹XFL要比這些車型輕了至少160KG。
全鋁車身并不是簡單的用鋁材替代鋼材,還涉及到車身強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)方面的重新設(shè)計(jì)以及考量。并且鋁材并沒法像鋼材那樣采用點(diǎn)焊工藝就能解決拼接問題,而需要鉚接方式來代替點(diǎn)焊,并且配合膠合工藝,所以一個(gè)全鋁車身的使用涉及的環(huán)節(jié)非常復(fù)雜,需要企業(yè)有大量的鋁材應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),并將成本控制在合理范圍,難度非常之高。
目前捷豹路虎旗下車型都不同程度的使用了大量的鋁材,為了就是完善車輛的運(yùn)動(dòng)性能,為了做到更好的表現(xiàn),在底盤的也采用了大量鋁質(zhì)部件,除了降低重量以外,還能提升整個(gè)底盤的響應(yīng)和靈敏程度。
碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料英文全稱是Carbon Fiber Reinforced Polymer,其密度通常在1.7g每立方厘米左右,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于制造業(yè)常用的鋼材。在高達(dá)2200℃的環(huán)境下,CFPR依然能夠保留室溫強(qiáng)度,并且斷裂韌性、抗疲勞性、抗蠕變性伸拉強(qiáng)度和彈性模量都高于一般的碳素材。在民用轎車之前,CFPR早已經(jīng)被航空航天工業(yè)大量使用,從波音787客機(jī)到F-35隱形戰(zhàn)斗機(jī),碳纖維材料都是降低重量、減少熱膨脹系數(shù)的法寶。
但成本是與制造難度是成為碳纖維被大量應(yīng)用的阻礙。我們現(xiàn)在在汽車上看到的碳纖維大部分都是以內(nèi)飾板、車頂、機(jī)蓋等部件形式出現(xiàn),并且采用這樣設(shè)計(jì)的車大部分都是高性能車,售價(jià)不菲。而能夠采用碳纖維座艙或者車身的基本都是頂級(jí)的超級(jí)跑車(比如邁凱輪旗下的跑車都是碳纖維座艙),民用級(jí)別也只有在寶馬i系列上看到了。
現(xiàn)在我們能夠在市場當(dāng)中買到最便宜的碳纖維車身的車型只有寶馬i3,它的最便宜的官方指導(dǎo)價(jià)格在42萬元,曾經(jīng)有終端優(yōu)惠后在30萬元以下,這對(duì)于一臺(tái)擁有碳纖維車身的車來說,能將成本控制到這個(gè)水平非常厲害,可見寶馬在碳纖維領(lǐng)域的造詣?dòng)卸嗌詈瘛?/span>
不過寶馬準(zhǔn)備在全新一代i3身上放棄碳纖維,采用鋁合金材質(zhì),造價(jià)成本高只是其中一個(gè)方面,最主要的問題是售后成本更高,修復(fù)只能采用更換這個(gè)方式。一旦車身結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損害,只能夠更換整體碳纖維車身部件總成,費(fèi)用太過驚人,購買i3的消費(fèi)者通常是承受不起的。所以寶馬在全新一代7系身上就采用了局部碳纖維的應(yīng)用,將碳纖維特性所來帶的優(yōu)勢用到刀刃上。
全新一代7系在鋼板制成的封閉截面的內(nèi)側(cè),插入了CFRP制作的芯材,提高剛性和強(qiáng)度,同時(shí)減輕了車體重量。全新一代7系整車重量較上一代車型減輕了130kg,車體骨架減輕約40kg,而且強(qiáng)化車身的抗扭剛性。
自福特汽車2008年在Mustang上采用基于大豆素材的座椅以來,10年光陰已然飛逝。福特方面表示,已經(jīng)在至少1850萬輛車上采用了這種生物材料。
2008年,油價(jià)暴漲的那一年,福特汽車開始用大豆提取物生產(chǎn)泡沫,主要用于汽車座墊、靠背和頭枕。10年間,福特的研究人員研發(fā)了一系列基于生物材質(zhì)的產(chǎn)品。比如用于隔熱絕緣的材質(zhì)有椰樹纖維、增強(qiáng)樹脂和斜紋粗棉布碎片,而制造車門框架和電池箱可以用洋麻,更加腦洞大開的材質(zhì)也已被納入研究范疇,這包括:收集到的二氧化碳;西紅柿籽; 蒲公英;竹子;海藻;龍舌蘭纖維!
像蒙迪歐的前后車門還運(yùn)用了洋麻纖維增強(qiáng)的材料,相比傳統(tǒng)材料可以使零件重量降低30%以上。除此之外,稻殼、椰子、棉花、大豆都能神奇的轉(zhuǎn)化為制造汽車的原材料,生物材料的應(yīng)用既能降低車輛制造成本,又符合時(shí)下對(duì)于環(huán)保的苛刻要求。
最后:從這3個(gè)車企的發(fā)展方向來看,碳纖維肯定是成為炙手可熱的材料,旨在大幅減輕車身重量。然而,由于其價(jià)格較高,應(yīng)用量并不大,碳纖維的出路可能就在那些售價(jià)超高的超級(jí)跑車上應(yīng)用更為合適。相反,鋁合金或許是個(gè)不錯(cuò)的出路,只要車企完善流水線以及工藝,能夠有效將鋁合金的成本壓低到一定程度獲得更好的輕量化表現(xiàn)。而福特采用的生物材料則是另辟蹊徑的路線,不僅材料環(huán)保,而且有些材料還能有效減重,確實(shí)是個(gè)新路徑,不過福特對(duì)于生物材料的宣傳并不到位,也有可能目前國產(chǎn)的福特并沒有采用相同的技術(shù)吧。未來還有那些出彩的輕量化技術(shù),讓我們拭目以待。