新能源汽車技術(shù)規(guī)劃不能忽視車身輕量化

國內(nèi)油價近日全面破“8”，高油價時代，插電式混合動力、純電動車等可以“淡定”面對油價的新能源選擇，再次成為汽車業(yè)關(guān)注的焦點。值得關(guān)注的一個問題是，在我國目前對新能源汽車重點技術(shù)“抓手”的規(guī)劃中，對電機(jī)、電控、電池三大部分比較重視，然而在車身輕量化方面尚無大的突破，這急需引起各方注意，并盡早統(tǒng)籌規(guī)劃。

車身輕量化對于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車節(jié)約能源、減少廢氣排放十分重要。資料顯示，若整車重量降低10%，燃油效率可提高6%~8%;車輛每減重100公斤，二氧化碳排放可減少約5克/公里。

記者曾經(jīng)在2004年參觀柏林一家頂級豪華車的展廳。展廳負(fù)責(zé)人指著一輛當(dāng)時價格上百萬歐元的豪車車門告訴我，僅每個黃銅質(zhì)地的車門把手就有1.5公斤重，車內(nèi)的空調(diào)出風(fēng)口也是沉重的純金屬件。無疑，沉重的車門把手會帶來厚重的關(guān)門聲和穩(wěn)重的質(zhì)感，但是也會使車重上升、油耗增加。

以當(dāng)時的眼光看，這種不計車重、油耗帶來的豪華玩得就是“范兒”。然而，在汽車業(yè)越來越注重節(jié)能減排的今天和未來，這種“沉重的范兒”已經(jīng)越來越不適合消費(fèi)者理性的需求和各國日益嚴(yán)苛的排放法規(guī)。

前不久，記者在慕尼黑參觀了寶馬蘭茨胡特工廠。蘭茨胡特工廠作為電動交通和輕質(zhì)車身結(jié)構(gòu)的技術(shù)支持中心，在寶馬集團(tuán)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著重要的作用。該工廠的碳纖維強(qiáng)化塑料(CFRP)車間從事材料、工藝開發(fā)以及高科技超輕碳纖維強(qiáng)化塑料材料的制造。

實際上，碳纖維強(qiáng)化塑料在汽車零部件生產(chǎn)方面的應(yīng)用可以追溯到大約10年前。但是由于成本居高不下，僅僅在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)高性能車的車頂?shù)炔课皇褂?。而隨著電動汽車對車身輕量化提出更高的要求，以平衡增加的幾百公斤電池包的重量，碳纖維強(qiáng)化塑料逐漸有了從不起眼的配角變成主角的可能。它在整個車身上的使用將從根本上改變傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車對鋼板和鎂、鋁等輕質(zhì)金屬的依賴。

據(jù)寶馬負(fù)責(zé)CFRP項目的相關(guān)部門負(fù)責(zé)人介紹，常規(guī)材料難以與碳纖維強(qiáng)化塑料相比。這種特殊的復(fù)合材料結(jié)合了許多獨特的優(yōu)點，它由塑料基體(樹脂)包圍的碳纖維組成，堅固又非常輕巧，比鋼輕約50%，但表現(xiàn)出同等或更好的性能，而且這種材料還具有耐腐蝕性。

安全性方面，CFRP有著出眾的能量吸收能力，因此非常耐碰撞。它是車身制造中，在不影響安全性的前提下可以使用的最輕質(zhì)的材料。這種高強(qiáng)度的秘密在于碳纖維特殊的抗撕裂性能，使其在沿著纖維的方向上具有巨大的韌性。這一特殊性能意味著它可以調(diào)整到符合其負(fù)荷的最佳形態(tài)。正如在自然界中動物骨骼或植物只在需要的地方形成較厚的結(jié)構(gòu)，專家只需在需要重點防護(hù)的地方調(diào)整纖維的方向和用量，就能實現(xiàn)更好的安全保護(hù)。因此，碳纖維組件能夠精準(zhǔn)符合使用需求，并保持非常輕的重量。與車用鋼板不同，這種特殊材料還可以在某一個方向表現(xiàn)出與鋼板一樣的強(qiáng)度，另一個方向卻有很好的可彎曲性。

值得關(guān)注的是，在使用這種材料的過程中，寶馬已發(fā)展出將分離的生產(chǎn)廢料回收成工業(yè)等級質(zhì)量原材料的做法，這個系統(tǒng)在世界上尚屬首次使用，可以將相當(dāng)大比例的碳纖維廢料返回到生產(chǎn)中。通過特殊的提煉工藝，這種材料甚至可以被用來作為主要原料的替代品。

在CFRP材料領(lǐng)域，可持續(xù)發(fā)展措施不僅包括回收利用，還貫穿于整個生產(chǎn)過程當(dāng)中。位于美國華盛頓摩西湖的西格里碳素纖維汽車有限公司是SGL集團(tuán)與寶馬集團(tuán)的合資企業(yè)，這家工廠使用的電力完全來自可再生的能源水利資源。而在摩西湖生產(chǎn)的碳纖維在西格里公司位于德國Wackersdorf的分廠進(jìn)行加工，制造出輕質(zhì)碳纖維織物，這也是寶馬蘭茨胡特工廠制造CFRP組件的起點。而2013年，寶馬全新電動汽車i3碳纖維車身的組裝則會在萊比錫工廠完成。i家族電動車型將是首批實現(xiàn)量產(chǎn)的采用碳纖維車身的車型。

寶馬集團(tuán)董事長雷瑟夫博士近日在集團(tuán)年會上表示：“汽車工業(yè)正在經(jīng)歷一場技術(shù)變革。在這場變革當(dāng)中，我們要做先驅(qū)和推進(jìn)力量。因此，我們正在實施兩種看似不同卻又互補(bǔ)的方針：進(jìn)化和革命。我們把對高效內(nèi)燃機(jī)和混合動力的進(jìn)一步發(fā)展稱為進(jìn)化，把零排放個體交通出行與生產(chǎn)、創(chuàng)新材料的應(yīng)用、創(chuàng)新服務(wù)等稱為革命。”

記者認(rèn)為，展望未來的電動汽車時代，碳纖維車身技術(shù)不僅僅是一個小范圍應(yīng)用的材料，更是一種重要的車身輕量化的前瞻技術(shù)，也是將影響到未來汽車設(shè)計的前沿技術(shù)，將為車身材料的進(jìn)化帶來革命性的影響。下一步，需要觀察其在量產(chǎn)后應(yīng)用中的表現(xiàn)以及維修成本等，而其價格伴隨產(chǎn)量擴(kuò)大帶來的攤薄效應(yīng)到底有多大，將影響到這項前瞻技術(shù)的普及速度。