隨著排放法規(guī)的愈發(fā)嚴(yán)苛及提升燃油經(jīng)濟(jì)性的迫切需求，全球多家知名車企紛紛研發(fā)新工藝及新材料，旨在實(shí)現(xiàn)輕量化，為車企節(jié)省成本?；仡?017年，瑞達(dá)小編對全球8大車企的輕量化技術(shù)及工藝內(nèi)容進(jìn)行了整理，詳見下文：

福特

　　關(guān)鍵詞：生物材料、技術(shù)挑戰(zhàn)

　　福特采用生物材料

　　福特于上世紀(jì)20年代起就致力于生物材料，當(dāng)時亨利·福特采用了麥草(wheat straw)。在上世紀(jì)40年代，福特又采用大豆、大麻(hemp)及其他天然材料，將其制成塑料。福特采用了大豆材質(zhì)的泡沫、密封件、墊圈、蓖麻材質(zhì)的泡沫、塑料及天然纖維增強(qiáng)材料，上述材料的平均用量為20-40磅/車。

　　福特面臨的挑戰(zhàn)

　　其中一項(xiàng)挑戰(zhàn)是：務(wù)必確保生物材料擁有良好的光潔度(surface finish)，然而用戶卻希望在材料表面能看到更多的天然纖維。

　　其他的問題還包括：氣味、濕度敏感性(moisture sensitivity)、降解、耐風(fēng)化強(qiáng)度(resistance to weathering)及耐惡劣環(huán)境，經(jīng)濟(jì)性也是一項(xiàng)重要因素。

　　對于聚乳酸(polylactic acid)或聚羥基脂肪酸酯(PHA)共聚合物，材料研發(fā)部的研究人員Alper Kiziltas表示：“這類材料不耐用，若將其用于汽車應(yīng)用，尚無法實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性。此外，其密度要高于聚丙烯(polypropylene)材料。”

　　著眼于海洋內(nèi)的塑料廢棄物

　　福特研究員的科研人員表示，海洋內(nèi)廢棄物也是一大問題。研發(fā)人員表示應(yīng)收集海洋內(nèi)的塑料廢棄物。

　　其他研發(fā)趨勢還包括：車輛內(nèi)飾中的抗生素添加劑(antimicrobial additives)，確保共享車輛的用戶不會沾染到上一位駕駛員可能攜帶的病菌。

FCA

　　關(guān)鍵詞：輕量化、預(yù)處理工藝、隔絕噪音

　　輕量化

　　在Surcar上，F(xiàn)CA材料工程漆部門的Roberto Selvestrel將與漢高Transplant OEM業(yè)務(wù)的銷售總監(jiān)Manfred Holzmueller將共同探討為新款Giulia采用新款金屬處理系統(tǒng)后的效果，這有利于促進(jìn)車身工藝、工藝與材料工程、工藝材料供應(yīng)商之間的合作。

　　新款Giulia的車身輕了90 kg，這是該車身材料使用了輕金屬、新工藝材料及新的涂裝技術(shù)。為實(shí)現(xiàn)減重并提升車輛的性能，F(xiàn)CA采用了鋁材，其材料的重量占比達(dá)到了45%。公司采用突破性的整車聲學(xué)包系統(tǒng)(acoustic package)，提升了乘客的舒適度，減輕了車身重量。

　　預(yù)處理工藝

　　兩步式磷酸鹽處理金屬預(yù)處理工藝(Bonderite two-step metal pretreatment process)是由漢高研發(fā)的，用于多金屬車身，其鋁含量所占比重極高(高達(dá)80%)，抗腐蝕性能超強(qiáng)，同時還能降低投資額及加工成本。第一步：在浸涂工藝中采用磷酸鋅對金屬進(jìn)行處理;第二步：在沖洗后采用對鋁采進(jìn)行處理。磷酸鹽處理時油泥的生成量將降低30%-50%，消耗的化學(xué)物質(zhì)也較少，因表面粗糙而導(dǎo)致的返工量也將減少。此外，由于操作溫度較低，還能起到節(jié)能作用。

　　隔絕噪音

　　阿爾法·羅密歐Giulia還受益于漢高泰羅松(Henkel Teroson)旗下的高膨脹車柱填充物(high expansion pillar fillers)。當(dāng)車身被送入電泳漆烘干室(e-coat oven)后，高溫將致使模塑件膨脹至原始體積的十倍多，完全填滿并密封車內(nèi)空腔。在車輛運(yùn)動時，可防止空氣進(jìn)入該空腔內(nèi)，起到消除風(fēng)噪(wind noise)的作用。

　　該款產(chǎn)品也是由漢高公司研發(fā)的，旨在降低因車身外殼震動而導(dǎo)致乘客艙(passenger compartment)而產(chǎn)生的噪聲。FCA采用了阻尼性能測試(damping properties)，在進(jìn)行大量測試后，該產(chǎn)品的損耗因素在各類候選材料中排名最高。Giulia車型上的泰羅松AL7154的總重量比標(biāo)準(zhǔn)油泥墊輕了10%，后者被用于提供隔音效果。

通用

　　關(guān)鍵詞：低碳鋼、鋁合金、點(diǎn)焊技術(shù)、鎂材、碳纖維

　　通用正竭力將輕量化材料與創(chuàng)新制造工藝相結(jié)合，并將其應(yīng)用到旗下新款乘用車及卡車中。為此，通用多管齊下，引入新的裝配線材料、鼓勵工程師團(tuán)隊(duì)提出創(chuàng)新方案并應(yīng)用到車輛制造中。

　　低碳鋼

　　該材料一度成為轎車及輕卡的標(biāo)配原材料。因?yàn)槠鋬r(jià)格較低廉、易于焊接、易于彎曲成形(bend to shape)、金屬耐疲勞度也較高。然而，該類材料也存在許多瑕疵，例如：耐腐蝕性受限、分量較重。盡管上漆及電鍍兩項(xiàng)工藝幾乎可以消除其在耐腐性性方面的不足，但卻無法減輕低碳鋼的重量。

　　鋁合金

　　這是通用首選的輕量化材料，易加工、經(jīng)久耐用，其耐腐蝕性要強(qiáng)于低碳鋼。通用采用鋁板(sheet aluminum)制造車身鈑金件、采用擠制鋁材(extruded aluminum)制造車架滑軌(extruded aluminum)、采用復(fù)雜精細(xì)的鋁鑄件替換由數(shù)十個小零件組成的較大單元組，這樣既減輕重量，又降低其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，還提升了材料的剛度及碰撞性能(crash performance)。鋁材還被專門用于制造雪佛蘭C7 Corvette及雪佛蘭Malibu。新款凱迪拉克CT6則用鋁材取代低碳鋼，使該款全尺寸豪華轎車的重量比寶馬5系轎車要輕許多。

　　為此，通用采用了先進(jìn)的點(diǎn)焊技術(shù)，使熔點(diǎn)不同的材料能夠緊密的粘合在一起。車企將輕質(zhì)鋁皮(aluminum skin)與結(jié)實(shí)耐用的鋼架組合在一起，使兩種材料實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，在提升強(qiáng)度的情況下減輕車重。

　　鎂材

　　通用還在車輛的制造過程中使用了鎂，因?yàn)樵摬牧显谒薪饘僦蟹至孔钶p。與鋁材相較，分量輕了33%，其強(qiáng)度及耐腐蝕性卻大幅提高。然而，鎂的熔點(diǎn)較低，強(qiáng)度表現(xiàn)也并非很出色(與鋼材相較)，進(jìn)而限制了該材料的應(yīng)用。

　　碳纖維

　　通用正致力于一項(xiàng)碳纖維車輪項(xiàng)目，承諾實(shí)現(xiàn)車輛減重40磅。車輪的重量被認(rèn)為是“旋轉(zhuǎn)質(zhì)量及非懸掛重量(rotating and unsprung mass)”，這意味著每降低一盎司的重量，將大幅提升車輛的能效及駕駛動態(tài)性。

　　據(jù)一名消息人士表示，碳纖維有望成為應(yīng)用于皮卡車廂中的混合材料的一部分，其中包括鋁。通用于2011年宣布與帝人集團(tuán)(Teijin Ltd.)聯(lián)合研發(fā)碳纖維增強(qiáng)熱塑性塑料(carbon fiber-reinforced thermoplastic)。通用皮卡車廂將首次使用該碳纖維增強(qiáng)熱塑性塑料。

捷豹

　　關(guān)鍵詞：輕量化、懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)及材質(zhì)

　　捷豹2018款E-PACE的輕量化表現(xiàn)

　　該款車型的發(fā)動機(jī)罩、前護(hù)板(front fenders)、車頂及艙蓋式后背門(tailgate)采用全鋁材質(zhì)打造，相較于鋼制發(fā)動機(jī)罩，其發(fā)動機(jī)罩為該款捷豹車型減重22磅，而前護(hù)板為車身減重6.6磅。除提升燃油里程(gas mileage)，該款輕量化的鋁質(zhì)發(fā)動機(jī)罩還降低了車輛的重心，提升了車輛的操控能力與穩(wěn)定性。”而鋁質(zhì)艙蓋式后背門則實(shí)現(xiàn)減重33磅。

　　該款車型設(shè)計(jì)先進(jìn)，采用了鉚接/粘合工藝、對某些選定結(jié)縫采用激光焊(laser welding)，進(jìn)一步優(yōu)化了車重及品質(zhì)。

　　捷豹2018款E-PACE懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)及材質(zhì)

　　前轉(zhuǎn)向節(jié)(front knuckle)采用了輕量化的空心鑄鋁組件，旨在提升翹曲度(camber)，盡可能降低操縱失靈。E-PACE的前副車架經(jīng)過特殊調(diào)準(zhǔn)，該結(jié)構(gòu)硬度高。

　　懸架襯套(suspension bushing)及橫向平衡桿(anti-roll bar)質(zhì)地堅(jiān)固，可提升轉(zhuǎn)向響應(yīng)速度，確保在低傾斜角下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向控制。

　　捷豹的工程師們采用了大量的輕量化鋁質(zhì)懸架組件，在提升的硬度的同時降低非簧載質(zhì)量(unsprung mass)，有助于實(shí)現(xiàn)車輛的動態(tài)性能。后懸架安全在輕質(zhì)、堅(jiān)固的鋼質(zhì)副車架上，優(yōu)化轉(zhuǎn)向響應(yīng)速度，并進(jìn)行了工藝細(xì)化。

寶馬

　　關(guān)鍵詞：碳纖維、成本過高

　　據(jù)外媒報(bào)道，寶馬工程師Florian Schek在美國汽車研究中心(Center for Automotive Research)舉辦的管理簡報(bào)研討會(Management Briefings Seminars)上表示，碳纖維材料由于價(jià)格極為高昂，成本難以降低，在汽車上的應(yīng)用將不太樂觀。碳纖維材料應(yīng)用的主要挑戰(zhàn)在于其成本過高，且該項(xiàng)技術(shù)的難度也較大，其用途十分有限，僅被用于一級方程式賽車、價(jià)格高昂的超豪華車型的車身及底盤。

　　寶馬明確表示，下一代寶馬5系車輛將不會再使用碳纖維，但寶馬i3、寶馬i8及寶馬7系尚未放棄該材質(zhì)。他表示大約在2020年，寶馬旗下車輛將大量采用碳纖維。寶馬的i3和i8的整個車身件均采用了碳纖維，而寶馬7系的白車身則采用多種復(fù)合材料，涉及碳纖維板、強(qiáng)化鋼質(zhì)及鋁質(zhì)元件。

奧迪

　　關(guān)鍵詞：碳纖維白車身、載荷工況、超快速樹脂傳遞模塑

　　碳纖維白車身

　　奧迪將MSS作為一款工具，旨在將先進(jìn)的碳纖維復(fù)材應(yīng)用到白車身(body-in-white，BIW)中，從而減輕車重并提升車輛的性能。隨著車輛電氣化的不斷推進(jìn)，奧迪更堅(jiān)定了這一構(gòu)想。奧迪輕量化設(shè)計(jì)中心碳纖維復(fù)材(CFRP)技術(shù)研發(fā)專員David Roquette表示，第一代奧迪R8車型采用了鋁材，但奧迪決定在第二代R8中采用MSS項(xiàng)目所研發(fā)的碳纖維復(fù)材。

　　據(jù)Roquette透露，2016款R8 Spyder和Coupé車型的后壁均采用了碳纖維復(fù)材，從而大幅提升了扭應(yīng)力(torsional stress)及車輛的剛度(vehicle stiffness)，還實(shí)現(xiàn)車身減重。

　　奧迪的設(shè)計(jì)工程師們將單向碳纖維織物加強(qiáng)件(woven carbon fiber fabric reinforcements)與快速硫化環(huán)氧樹脂體系(fast-cure epoxy resin system)相結(jié)合。奧迪采用泡沫夾層，其旨在減少各結(jié)構(gòu)件、B柱填充物、強(qiáng)化件(consolidate part)中碳纖維的用量，同時提升其強(qiáng)度及剛度。奧迪希望采用樹脂傳遞模塑(resin transfer molding，RTM)工藝，向被碳纖維包裹的泡沫材料中注入環(huán)氧樹脂。在對復(fù)材泡沫芯材進(jìn)行加工時，無需進(jìn)行機(jī)加工及研磨。此外，據(jù)Diebold稱，聚甲基丙烯酰亞胺(PMI)材料擁有均質(zhì)芯材結(jié)構(gòu)(homogenous cell structure)，可耐受液壓靜力(hydrostatic testing)試驗(yàn)。

　　超快速樹脂傳遞模塑的研發(fā)之路

　　RTM工藝的精整(refinement)，奧迪期望利用新工藝將各類材料融合到一起。最終，奧迪決定將該項(xiàng)工作移交給了一家一級供應(yīng)商，由其負(fù)責(zé)相關(guān)的生產(chǎn)工作。雙方對RTM工藝中的(fine-tune)了注塑壓力、壓縮力(compression force)及模具間隙進(jìn)行了精準(zhǔn)調(diào)整(微調(diào))，從而進(jìn)一步優(yōu)化了該模塑工藝。

　　對于奧迪R8 Spyder的夾層結(jié)構(gòu)(sandwich structures)，注塑壓力不超過40 bar，最大模塑間隙可達(dá)0.6毫米，最大壓縮力可達(dá)500 MT，而模具溫度不得超過123℃。憑借該項(xiàng)新工藝，注塑時間可縮短至15秒，而整體生產(chǎn)周期時間可控制在5分鐘以內(nèi)。

　　新工藝向制造商的推廣應(yīng)用之路

　　等到奧迪材料及工藝的自主研發(fā)取得成果，并將其成果轉(zhuǎn)交給負(fù)責(zé)實(shí)際生產(chǎn)的兩大歐洲復(fù)材供應(yīng)商時，對方也對覺得該合作所涉及的技術(shù)與產(chǎn)品均存在不確定性。為此，奧迪為供應(yīng)商提供了相關(guān)的技術(shù)展示，告知其新技術(shù)的應(yīng)用方法。最終，奧迪說服了供應(yīng)商，由后者負(fù)責(zé)這類零部件的生產(chǎn)，供應(yīng)商為此也承擔(dān)了許多風(fēng)險(xiǎn)。作為一家車企的供應(yīng)商，要做到這一點(diǎn)確實(shí)很不容易。

　　成本居高制約制造 奧迪繼續(xù)探索新工藝

　　2017年，奧迪引入了一款四座豪華車奧迪A8，該款車型采用了碳纖維復(fù)材后壁及后窗臺板(upper rear shelf)，上述兩款部件都采用了碳纖維復(fù)材，也都采用了超快速RTM工藝。如今，公司將目光放在產(chǎn)品的方方面面，不僅僅是碳纖維的價(jià)格問題，還有RTM工藝的生產(chǎn)速度。此外，還要考慮樹脂價(jià)格、粘合劑價(jià)格，整個材料鏈的價(jià)格。為此，我們務(wù)必采用全新的理念。

馬自達(dá)

　　關(guān)鍵詞：座椅、車身、底盤

　　據(jù)外媒報(bào)道，馬自達(dá)正在研發(fā)新一代汽車平臺，其重點(diǎn)關(guān)注以下三個方向：1. 座椅：可隨車輛的簧上質(zhì)量(sprung mass)而移動;2. 車身：在動力傳遞時可實(shí)現(xiàn)最小延遲(minimal delay);3. 底盤：可減緩簧下質(zhì)量(unsprung masses)的輸入。馬自達(dá)采用扭力梁式(torsion beam)懸架系統(tǒng)替換了上一代多連桿式后懸架系統(tǒng)。當(dāng)該平臺與Skyactiv-X火花控制壓燃汽油發(fā)動機(jī)搭配后，下一代馬自達(dá)3或?qū)⒊蔀橐豢钊苄蛙囆汀?/p>

　　座椅

　　馬自達(dá)座椅質(zhì)地更硬，可確保壓縮軸(compression axis)平穩(wěn)，使骨盆和上升保持自然的肢體活動，使乘客的頭部更平穩(wěn)。為此，對這類核心區(qū)域的座架(seat frame)進(jìn)行了強(qiáng)化，使得骨盆橫向側(cè)位移(lateral pelvic displacement)的最大降幅達(dá)到了83%，進(jìn)而提升舒適度，并感受細(xì)微的不同。當(dāng)在座椅上做好后，身體將得到支撐，“甩頭(head toss)”的情況將大幅減少。若乘坐的車輛減震性能不好，您的頭部勢必會出現(xiàn)晃動或搖擺，我相信甩頭絕對是一項(xiàng)惱人的搭乘體驗(yàn)。

　　車身設(shè)計(jì)

　　馬自達(dá)在現(xiàn)款馬自達(dá)3的基礎(chǔ)上做了大量的改動。車身的打造通常會采用三個矩形構(gòu)架(rectangular frames)設(shè)計(jì)——其分別跨越前艙壁(across the front bulkhead)、跨越B柱(across the B-pillar)、位于后艙壁。馬自達(dá)為最新款底盤設(shè)計(jì)了全方位的環(huán)形結(jié)構(gòu)，在前后減震器剛性支承(rigid front and rear damper mount)間構(gòu)建斜向能量路徑(diagonal energy paths)，將最新款車身從前端減震器到后減震器的屈曲(flexion)傳輸速度提升了近三成。

　　除提升車身剛度(body stiffness)外，馬自達(dá)還致力于降噪，其在車身結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌入了16個減震彈性體，可避免多余的振動，保留熱能。這類減震節(jié)點(diǎn)及減震結(jié)合處(damping nodes and bonds)有助于降低噪聲信號變動的速率，前者會使人不太愉快。從設(shè)計(jì)角度看，可從聲音變動的振幅或頻率來進(jìn)行調(diào)整，這樣乘客所能感知到的刺耳聲音將減少。

　　使簧下質(zhì)量定時控制平順化

　　馬自達(dá)從車輪、輪胎、制動器等方面入手。首先，公司為輪胎配置了一塊質(zhì)地較軟的側(cè)壁，降低前/后輪行程，然后又采用了新款襯套設(shè)計(jì)，提升前懸架臂意味著馬自達(dá)可更為精細(xì)地調(diào)控簧下質(zhì)量的定時控制。馬自達(dá)采用扭力梁式(torsion beam)懸架系統(tǒng)替換了上一代多連桿式后懸架系統(tǒng)。當(dāng)被問及原因時，車輛研發(fā)部的總經(jīng)理Hiroyuki Matsumoto表示：“該結(jié)構(gòu)更為簡單，易于調(diào)節(jié)。”

　　顯然，在未來兩年內(nèi)，還將對馬自達(dá)下一代平臺進(jìn)行調(diào)整。其他方面也有可圈可點(diǎn)之處。電輔助轉(zhuǎn)向的運(yùn)營聲音較輕，其電制動系統(tǒng)也表現(xiàn)也很有意思，還需要對制動模塊進(jìn)行些許調(diào)整。當(dāng)該平臺與Skyactiv-X火花控制壓燃汽油發(fā)動機(jī)搭配后，下一代馬自達(dá)3或?qū)⒊蔀橐豢钊苄蛙囆汀?/p>

蘭博基尼

　　關(guān)鍵詞：碳纖維、鋼材、鋁材

　　福特采用生物材料

　　據(jù)外媒報(bào)道，蘭博基尼于本周一(2017年12月4日)宣布，公司推出了蘭博基尼Urus，車身重量低于5000磅，采用鋼、鋁兩種材料，是一款“超級SUV”。蘭博基尼公司于本周一強(qiáng)調(diào)，該款車型“融合了鋁材及鋼材。”得益于其輕量化設(shè)計(jì)，蘭博基尼Urus車車重為4850磅。該款車型的車身也采用了輕量化設(shè)計(jì)，選用了鋁、鋼兩種金屬材料。該款SUV擁有無框車窗，無C柱后車窗則采用玻璃材質(zhì)。

　　前橋配置了鋁質(zhì)副車架，而后橋則配置了鋁鋼并合構(gòu)造單元(aluminum and steel hybrid construction cell)

　　底盤高度是可控的，作為Urus的標(biāo)配——Easyload Assist可調(diào)低Urus車型的后橋高度。

　　該款車輛售價(jià)為20萬美元，這一點(diǎn)不足為奇，因?yàn)樵撥囆痛钶d的駕駛輔助系統(tǒng)，只處于2級自動駕駛水平，并非奧迪A8這類三級自動駕駛車輛。

　　蘭博基尼正與休斯敦衛(wèi)理公會研究所(Houston Methodist Research Institute)合作研發(fā)生物工程碳纖維復(fù)合材料。蘭博基尼還與美國機(jī)構(gòu)開展合作，研究碳纖維鑄造件，該實(shí)驗(yàn)室位于西雅圖附近。而在不遠(yuǎn)處的華盛頓州摩西湖市，有一家公司正在為寶馬i8和i3的車身鈑金件及其他零部件生產(chǎn)碳纖維材料。

瑞達(dá)小結(jié)

　　上述車企在進(jìn)行輕量化進(jìn)程時，碳纖維和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。相反，許多車企紛紛從工藝及合金材料著手，在提升汽車部件強(qiáng)度的同時減輕車重。鋼、鋁等合金材料及熱塑工藝、結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計(jì)也成諸多車企輕量化戰(zhàn)略中的重要組成部分。