研究數據顯示,大約70%的燃油是由車身重量消耗的。如果車輛重量減少10%,燃油效率可以提高6%至8%;車輛重量減少1%可以減少0.7%的燃油消耗;
汽車每減重100公斤,每100公里的油耗就可以減少0.3至0.6升。在全球節能減排的氛圍中,減輕汽車重量已成為一種趨勢,尤其是對于霧霾日益猖獗的國內環境而言。
然而,汽車輕量化已經被提倡了很多年,但實際效果并不令人滿意。據了解,近五年來,消費者結構升級導致車型規模化趨勢突出,平均車重不降反增100公斤。此外,根據2012年的統計數據,中國乘用車的平均重量為1295公斤,略高于日本,低于歐盟。然而,百公里油耗為7.4升,遠高于日本的5.0升/100公里和歐盟的5.3升/100公里。
這些無疑為日益緊迫的節能減排政策,特別是被反復提及的油耗限制標準,增添了一塊“攔心石”。為了促進目標的實現,政策劍勢必會頻繁出現,汽車瘦身計劃可能需要在原有基礎上增加。
未能通過節油考試將以減產為代價
在節能減排方面,歐盟出臺了環境法規,要求2012年二氧化碳排放目標為每公里130克,超過目標每輛車將被罰款20歐元。如果到2015年不能達到標準,每輛超過標準的車輛將被處以95歐元的罰款。
中國在這方面的政策也越來越嚴格。根據國務院2012年發布的《節能與新能源汽車產業發展規劃》,到2015年,當年生產的乘用車平均油耗已降至6.9L/100km,節能乘用車油耗降至5.9L/100km以下。
為了實現這一目標,今年10月中旬,工業和信息化部等五部委發布了關于加強乘用車企業平均油耗管理的通知。對不符合標準的企業,將采取公示、《整車生產企業及產品公告》限制新產品應用、限制擴大產能投資、加強通關審核、進口檢驗和生產一致性驗證等措施。據中國汽車工業協會常務副會長兼秘書長董揚介紹,“國家能源部門目前正在研究將燃油效率評估與汽車總量控制聯系起來。未來,如果汽車公司能夠節省20%的燃油產品,他們可以額外生產20%的車型。如果燃油效率評估不通過,將以減少汽車產量為代價
此外,工業和信息化部裝備工業司司長佘偉珍表示,“2016-2020年乘用車燃料消耗量標準”審批稿已經完成,計劃今年年底發布。這一目標直接將油耗標準定為每100公里5升。
這些政策幾乎是嚴格的,迫使企業在實施節能計劃方面投入更多的能源。根據工信部的最新公告,2013年,111家乘用車公司的平均油耗為7.33L/100km。短期內達到標準對每一家車企來說都是一個挑戰,但也是一條必須跨越的紅線。“輕量級”作為最快、最直接的戰術,將面臨進一步的升級和挑戰。
材料升級有助于推動汽車公司“瘦身”
在行業專家看來,汽車輕量化可以通過四個方面實現:設計輕量化、使用輕量化材料代替鋼材、改進制造工藝、增加現有材料的強度以減輕材料重量。目前,鋁合金、鎂合金、增強塑料、玻璃纖維、碳纖維復合材料等新材料不斷創新升級,被車企廣泛用于瘦身計劃。
以上海大眾推出的全新明銳為例,通過輕量化設計、輕量化材料和輕量化工藝,車身重量可減輕90公斤……
s其中,在動力系統中,輕型氣缸體的重量比典型氣缸體輕7至10公斤。去年量產的寶馬i3由塑料外殼材料和鋁合金底盤材料制成,與傳統同類車型相比,重量減輕了250-350公斤。
然而,從材料應用的角度來看,鋁合金技術得到了廣泛的應用。早在1990年,銷售的日本本田NSX汽車就采用了全鋁承載式車身,比冷軋鋼板制成的同一車身輕200公斤,引起了全世界的關注。目前已逐步覆蓋車身、車架、制動盤、發動機缸體、氣缸蓋、活塞、進氣歧管、搖臂等部位。鋁合金作為一種用于大規模量產的輕質材料是理想的,但它也有自己的缺點,如工藝復雜和后續維護成本高。與鋁板件相比,鎂合金車身件的成本高出三到四倍。此外,由于其金屬板的獨特性質,與傳統鋼板相比,修復過程可能存在一些差異。
說到碳纖維復合材料,碳纖維車身目前在超級跑車中更常見,其昂貴的價格總是讓民用汽車遠離它們。事實上,碳纖維材料本身并不昂貴,但只有將碳纖維加工成適合車輛行駛和碰撞的成品,其價值才在于此。目前,許多制造商正在加緊研發以促進成本降低,但這需要一個漫長的過程。
與鋁鎂合金相比,工程塑料與碳纖維相比具有更輕的重量和更低的成本;
近年來,隨著其硬度、強度和拉伸性能的不斷提高,安全性得到了進一步保障,成為汽車公司在減重方面關注的焦點。據了解,目前德國、美國和日本等國的汽車塑料使用量已達到10%至15%,有些甚至達到20%以上。
用塑料代替鋼,給汽車更多的成型空間
如上所述,工程塑料性能的提高擴大了其在汽車中的覆蓋范圍,從最初的內飾部件逐漸擴展到尾門、車窗、車架,甚至全塑料汽車的展示。其迅速崛起的原因不僅與重量減輕有關,還與其生產和維護成本低、可塑性強等優勢密切相關,這些優勢為汽車成型過程創造了更多的空間和價值。
以尾門為例,領先的汽車外部部件供應商Yanfeng Pio表示,與同等尺寸的鋼相比,塑料尾門可以減輕20%至30%的重量。
此外,塑料尾門在設計上具有更大的自由度。由于外板采用一體式注塑成型,可以克服鈑金沖壓角度的限制,使車輛的整體設計更流暢、更具動感。值得一提的是,注塑可以將一些小型裝配結構集成在單個零件上,取代了將各種金屬緊固件焊接在鈑金零件上的原有功能,減少了零件數量,降低了工裝設備的總投資成本。除此之外,還有塑料尾門模塊。它可以將所有線速度和功能部件預裝在粘合的塑料尾門上,形成塑料尾門模塊產品,然后直接組裝到整車上,類似于即插即用的概念。
塑料尾門作為塑料部件的另一個重要優勢是其在低速碰撞后的自動恢復功能。這是因為外部面板使用低模量的熱塑性材料。當尾門在后部遇到低速碰撞時,當外力消除時,凹入的外面板區域可以自動恢復,無需進一步維修,并滿足歐洲降低保費的保險測試要求。這一特點在停車位擁擠的大城市尤為重要。
在整體經濟成本方面,歐洲已經計算出,當產量較低時,塑料尾門的整體投資將低于金屬板尾門和鋁尾門。當日產量小于600臺時,塑料尾門解決方案的整體投資將節省高達50%。
重量減輕,但性能提高。目前,尾門和前保險杠等部件已由塑料材料制成,車窗、車門、發動機罩和車架等更高級別安全性能部件的塑化過程正在加快。隨著技術的進步,塑料正在突破人們固有的認為塑料太薄的觀念,承擔更多的安全責任。當然,汽車塑化并不全是為了輕量化,但這是至關重要的一步。輕量化并不是節能減排的唯一途徑,但它是目前最重要、最快的途徑。節能考試即將到來,是時候加速減肥了!
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