汽车轻量化设计

2010年 06 月 03 日 12:01 腾讯汽车 贺球我要评论( 3) 字号：T|T

“低碳”经济如今成为全球最热话题，随着上海世博会出行普通采用纯电 动、混合动力、 燃料电池等新能源汽车以及新能源汽车补贴的实施， 汽车行 业也燃起了一股“低碳”经济热潮。 不过大家关注汽车行业低碳经济的时候， 往 往首先想到的就是新能源汽车， 事实上，只要有利于减少排放和污染的技术都可 以称之为低碳技术。 今天我们就来讲讲汽车行业的另类“低碳”经济——全球汽 车轻量化设计风潮。

汽车轻量化是不折不扣的“低碳”经济

汽车轻量化， 并非没有技术含量的简单降低汽车重量， 事实上诸如碳纤维代 表着当今最先进的汽车技术。汽车轻量化是在保证汽车强度和安全性能的前提

下，尽可能地降低汽车的整备质量， 从而提高汽车的动力利用率， 减少燃料消耗， 降低排气污染。 汽车轻量化对于节约能源、 减少废气排放十分重要。 权威研究显 示，若汽车整车重量降低 10%，燃油效率可提高 6%—8%；汽车整备质量每减少 100 公斤，百公里 油耗 可降低 0.3 —0.6 升；汽车重量降低 1%，油耗可降低 0.7%。 而在驾驶方面，汽车轻量化后其加速性能也将得到提高， 而在碰撞时由于惯性小， 制动距离也将减少。此外，车辆每减轻 100 公斤，二氧化碳排放可减少约 5 克/ 公里。可见汽车轻量化的节能环保效益觉不亚于汽车发动机技术节油技术。

当前，由于环保和节能的需要， 汽车轻量化已成为世界汽车发展的潮流。 实 施汽车轻量化的主要材料有碳纤维、铝合金、镁合金、钛合金、工程塑料、复合 材料和高强度钢等， 主要用来改造和替代车身材料。 汽车轻量化大致可以分为三 类：车身轻量化、发动机轻量化、底盘轻量化。其目的均是在保证性能的前提下

通过使用更轻材料降低车重， 从而实现节能环保功能。 将车身轻量化运用到极致 的当属大量使用碳纤维的 F1 赛车，不过由于追求速度和激情，燃油消耗依然严 重再次不做介绍，但可以肯定的是如果 F1 赛车不采取轻量化车身，其燃油消耗 将更为惊人。

全球最为著名的民用车身轻量化的车型主要有 A8L当然还有被中国人民逐渐淡忘的 莲花 跑车。

奥迪 、捷豹、莲花引领车身轻量化设计

铝制车身与钢板车身相比重量大约可减轻 40%，可明显降低能耗，碳纤维的 效果则更为突出。 而且轻量化车身的回收利用率也较高。 因此车身的轻量化对提 高能源利用率和环保具有重大意义。

捷豹 XJ 及 XJL 和奥迪 A8 及

捷豹 XJ 采用了铝制车身

在豪华车领域捷豹 XJ 和奥迪 A8从来都是车身轻量化的践行者，奥迪 A8首 创了 ASF铝合金空间桁架车身轻量化技术， 因成为世界上首辆全铝合金车身的产 量型轿车，奥迪 A8一战成名。以国际上最新一代的奥迪 A8为例，其采用 ASF （AudiSpaceFrame）铝合金空间桁架车身结构，其整体结构刚性则提升 25％，

但车辆结构因大量采用铝合金材质而节省 6.5 公斤。奥迪宣称其新 A8的四驱版 本的重量低于同级的奔驰 S 级和宝马 7 系的后驱版，而比同样是四驱的 S 级或者 7 系至少要轻上 100-200 公斤。ASF组件大多以铝制成，不仅帮助奥迪减轻车身

重量，也保证了良好的吸能和制动的效果。 与此同时， 这些铝制零件还可以大规 模回收再利用。

捷豹 XJ 首创的铆钉固定全铝合金承载式车身轻量化技术同样是其在豪华车 中留有一席之地。以全新捷豹 XJ 为例采用先进航空制造技术的铆接胶合铝合金 车身结构在保持了超凡的刚度和安全性同时车身重量轻于其他竞争车型。比如， 同样配备 V 型8 缸发动机的竞争车型，德国戴姆勒公司的 5.5L 排量“梅赛德 斯· 奔驰 S550”重 1950kg，宝马公司的 4.4L 排量“750i ”重 2040kg。而新款 XJ 为 1850kg，比竞争车型轻 100kg 以上。

莲花跑车可谓当今汽车轻量化的最为杰出的代表， 以莲花 2010ExigeCup260 为例，该车采用来自 Toyota （丰田）的 1.8 升机械增压发动机，最大马力 260 马力，搭配 6 速手排变速箱，其百公里加速却只需 4.1 秒达到超级跑车的性能。 其秘密就在于车身的轻量化。莲花 2010ExigeCup260在顶、尾门、中控台、后扰

流尾翼等部位使用碳纤维材质。 同时也使用了铝合金机械增压管路、 轻量化锻造 铝圏、轻量化飞轮和轻量化电池等轻量化材料， 这让 2010ExigeCup260的重量仅 有 0kg。但是莲花并没有失去其操控稳定性能， 2010ExigeCup260通过将后底 盘刚性增加了 30％，前 308mm后 282mm的大刹车碟盘，比 2009ExigeCup260的 尾翼寛 181mm高46mm，在160km/h时可提供 42kg下压力的大型扰流尾翼， 让Exige 车型原本已经非常出色的操控和转向能力获得更进一步的提升。

在国内则不得不提及以车身轻量化技术著称的马自达 6 和睿翼，两款轿车的 安全和操控性能多不错， 但由于采用了高强度钢结构， 其车身重量相比同级别车 型轻 50-100 公斤，从而带来较好的燃油经济性。

宝马、奥迪引领发动机和底盘轻量化

发动机和底盘的轻量化， 一般都是采用铝合金或镁铝合金结构代替笨重的铸 铁发动机部件和普通钢制悬架部件， 从而实行更强强度和更轻的质量。 以这一代 宝马 530 的前悬挂和直列 6 缸引擎为例， 铝合金材料的大量运用， 有效的控制了 二者的自重，从而帮助设计师实现了降低 12%单位油耗的既定目标。

发动机材质通常采用三种方式： 缸体缸盖全铸铁、 缸体铸铁缸盖铝合金以及 缸体缸盖全铝合金。目前缸盖采用铝合金的发动机动机较多， 但缸体仍然是铸铁。 全铝合金的发动机并不算多。如国内新天籁搭载著名的 VQ系列发动机就采用了 缸体和缸盖全铝合金材质，可称为轻级别的轻量化发动机技术。

宝马经典的直列 6 缸、V8发动机都是轻量化发动机的杰出代表。宝马发动 机轻量化技术则可称为高级别的轻量化技术， 目前宝马大部分车型上的发动机都 采用了其独创的镁铝合金材料技术， 典型的并是其直列六缸发动机。 当然装载在 其 M3系列的 V8 发动机，更是运用了 F1 发动机的轻量化技术，由硅铝合金压铸 而成的曲轴，及硅晶的汽缸衬垫等轻量化零件，将发动机的重量压低至 202 千克，甚至比以前的直 6 发动机还减轻了 15 公斤。

底盘轻量化主要是铝合金材质的控制臂代替传统的钢材质控制臂。 以全新宝 马 Z4 跑车为例，其前悬挂采用的铝合金材质的双控制臂结构，重量比普通的钢 制车桥轻了约 30%，既能保证强度，又能提升车轮回弹速度。奥迪汽车底盘的轻 量化则以采用轻质的锻造铝合金悬架而著称， 从奥迪 TT、R8到 A8几乎进口的奥 迪车都采用轻质铝合金悬架。

编后语： 轻量化不仅意味着车架和钢板重量的减轻， 也包括了发动机、 传统 系统、驱动系统以及油箱等每一个可能降低重量的部分。 轻量化到底能带来多大 效果，根据奥迪方面的研究，现在，一辆采用轻量化科技的奥迪 A5，比普通 A5 可减轻重量 350 公斤，意味着每百公里可以降低油耗约 1 升。足见汽车轻量化设 计是不折不扣的“低碳”经济。

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