汽车轻量化无碍安全健康减重

    文/宋菲

    减重成为一种潮流

   “减肥”在女士中间是不变的潮流，然而近年来，“减重”在汽车圈子里也蔚然成风。在近年新车上市的宣传中，我们经常会听到这样的描述，“新一代车型采用车身轻量化结构，相比上一代车型减重XX公斤。”甚至，计量单位会精确到克。

   世界铝业协会的报告指出，现代汽车自身质量同过去相比减轻了20%~26%。预计在未来的10年内，轿车自身质量还将继续减轻20%。

   汽车轻量化材料市场的前景也是一片大好。据全球企业增长咨询公司Frost＆Sullivan分析，到2017年，轻量化汽车材料市场有望达到953.4亿美元。而且据了解，到2025年，采用全铝车身的车型占比将达到30%，全球车身用铝总量则达到870万吨，车身用铝行业将出现爆发式增长。

   进一步细化，从近10年间同车型的配置及重量变化趋势可以发现，汽车轻量化早已悄然蔓延开来。我们选取德、日、美系的帕萨特、雅阁、君威3款车型，纵向对比其首次在国内上市及随后10年的车型配置表，发现新款车型比10年前的配置明显丰富，但重量并没有明显提升，甚至还有所下降（表1~表3）。这在某种程度上可以认为是汽车轻量化设计的应用在发挥作用。

   发展汽车轻量化的理由其实很好理解。同等动力配置下的汽车，汽车整备质量越轻，动力性越好，油耗越低，也越环保，而节能减排应该是大力推广汽车轻量化的最主要原因之一。至于轻量化对其作用有多大，我们可以用数据说话。

   世界铝业协会的报告指出，汽车的自重每减少10%，燃油消耗可降低6%~8%；大众汽车的研究成果认为，汽车整备质量每减少100kg，每百公里二氧化碳排放可减少8~11g，百公里油耗可降低0.3~0.5L。虽然说法不大一样，但都说明轻量化对能源与环境的影响。

   我国工信部已经发布了第三阶段严格的油耗限值，2016年开始第四阶段油耗限值还会更加严格，这无疑成为了各个车企祭出各类杀手锏进行轻量化设计的最大推动力。

    汽车轻≠安全性差

   汽车轻量化，顾名思义，就是把车身质量减轻。不过这样的理解往往过于片面，如果一味地追求质量减轻，而将汽车的一身钢铁材质换成塑料，安全性何以保障？因此，真正有意义的轻量化应当是以保障车辆安全为前提的。即采用现代设计方法和有效的手段对车身进行优化设计，或使用质量更轻但能够保证强度的新型材料，或是实现发动机等所有零部件的全面质量减轻，以达到减重、降耗、环保、安全的综合目标。

   记者对身边的车主及准车主进行了一个小范围调查，发现多数普通汽车消费者对汽车轻量化的认识还不够，他们普遍会认为，车身重量减轻，钢板会变薄，自然会影响安全性。

   然而，吉林大学汽车工程学院教授、汽车轻量化技术创新战略联盟专家委主任王登峰，曾在汽车轻量化创新成果媒体沟通会上表示，轻量化技术与汽车产品的安全性并没有直接关系。甚至在各种新的设计理念、新技术、新材料和新工艺的集成应用下，完全可以实现安全性、轻量化水平的共同提升。

   对这一观点的一个有力证据是，通过对2007年~2013年上半年的105款车型的轻量化水平与安全星级的分析，碰撞星级与整车轻量化指数和名义密度的数据关系十分分散，这可以说明车辆的轻量化与安全性并非矛盾的对立体。

   从汽车发展历史上看，的确也未看到汽车轻量化对安全性有直接负面的影响。据了解，五六十年前，轿车平均重量在2500~3000kg，而如今的轿车平均重量是1500kg，重量虽大幅下降，却鲜有人会认为现代汽车的安全性不如几十年前。当然，促使汽车安全性提升的因素有很多，比如驾驶者安全意识提升、安全配置愈加丰富等等，但就汽车产品而言，却还是可以从某种程度上说明，汽车变轻了，并不等同于安全性变差了。

   此外，美国公路安全保险协会最近公布的2015年顶级安全认证车型的奖获名单也进一步证明，在汽车轻量化发展的大趋势下，汽车安全性在今年仍有所突破。在安全评选标准更加严格的情况下，不同类别的71款车型在经过25%小重叠面碰撞、40%正面偏置碰撞、侧面碰撞、车顶强度测试以及座椅鞭打实验这5个测试项目后，获得了较安全认证车型和顶级安全认证车型称号。获奖的71款车型比去年的39款增加了82.05%，顶级安全认证车型也比去年增加了11款。

    轻量化材料要“软硬兼施”

   普通消费者对于汽车轻量化安全的判断，其实很大程度上基于他们对于汽车安全性的感性认识。这种观念是，汽车是一个金属外壳，人是壳中之躯，车将人包裹起来，壳越重越坚固，安全性就越高。这也就不难理解为什么很多国内消费者选车时喜欢重重关一下门，若听到沉闷的“砰”的一声，便很满意；或是用手敲敲车身，听上去钢板越厚实越好。

   我们暂且不论这个观点是否正确，不过可以肯定的一点是，轻量化材料更加轻薄，却并非意味着车身刚性因此而减弱。国家汽车轻量化技术创新战略联盟副秘书长王智文曾表示，“即使汽车上使用很轻的材料，如果采用高强度加工工艺，也能达到很轻但弹性非常好的效果，满足安全性。”

   然而，也不能在车身的每一寸都追求高强度，“鸡蛋试验”就能说明这个道理。实验将一只鸡蛋固定在一个车头为金属的小车上，以一定速度撞向另一块固定的木桩。车直接碰到木桩后停住，车没有任何损坏，但车上的鸡蛋却破碎了。第二次试验，鸡蛋固定方式和撞向木桩的速度都不变，但把车头的金属换成了同样大小的海绵，结果碰撞时海绵被压瘪，鸡蛋却相安无事。该实验可以说明，柔软的海绵重量较轻、刚性不高，但发生撞击时恰恰能起到吸收能量的效果。

   目前比较流行的轻量化材料有多种，它们各有各的特点，有些强度很高，有些兼顾柔美。比如高强度钢，作为传统材料在汽车轻量化的使用中是主力。理论上相对于传统340Mpa的材料，600Mpa级钢种的减重潜能约为20%，800Mpa级钢种的减重潜能可达到30%以上，高强度与安全性受到广泛关注。而工程塑料这种轻量化材料，在拥有类似的金属硬度、强度的基础上，就兼有柔美之性能，弹性变形的特性能吸收大量碰撞能量。

   在应用这些轻量化材料时，为了确保汽车轻量化以后的安全性，需要“软硬兼施”，综合利用。也就是说，在需要吸能的地方要做得“软”一些，在一些需要加强的位置要做得“硬”一些，总之，最好的材料要用在最合适的地方。

    《产品可靠性报告》2015年7月刊