盤點(diǎn)實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的5種途徑

今天汽車賴以“生存”的汽油燃料提取自石油，它的儲(chǔ)量正在日益減少，但人們也未必會(huì)因此在燃油上花費(fèi)高價(jià)，因?yàn)榈?025年，汽車的平均燃效將達(dá)到50英里/加侖。

不過，汽車本身的油耗并不會(huì)自動(dòng)下降，這都是靠著工程師開發(fā)的新技術(shù)而實(shí)現(xiàn)。那么，提升汽車燃效或者說降低油耗的方式有哪些？目前看來，輕量化是最有效的手段之一，據(jù)悉，汽車每減輕10%的重量將降低油耗6-7%。

汽車行業(yè)在輕量化技術(shù)上的進(jìn)展也是有目共睹，從30年前一輛普通轎車的4500磅(2041千克)的平均重量降低至現(xiàn)在的3000磅(1361千克)左右?！拜p量化”只是一個(gè)寬泛的概念，它設(shè)計(jì)到結(jié)構(gòu)、材料、布局等等方面，本文將總結(jié)5項(xiàng)能夠讓汽車變得更輕的技術(shù)。

1、輪轂電機(jī)

汽車中最占重量的是什么部件？毋庸置疑，顯然是發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、活塞、曲軸等各種組件均由剛強(qiáng)度材料制成。它們需要經(jīng)受住發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的高壓與高溫。而其缺陷在于這些組件的重量非常大，一輛普通乘用車的發(fā)動(dòng)機(jī)至少重幾百磅。

當(dāng)汽車行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)能量由變速箱傳遞兩個(gè)或四個(gè)車輪上，實(shí)現(xiàn)這個(gè)過程則還需要傳動(dòng)軸以及更多的零部件，同樣會(huì)增加汽車的重量。

而若采用輪轂電機(jī)的布局，則可以省去動(dòng)力總成中的大部分組件，例如發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱。輪轂電機(jī)直接安裝在車輪內(nèi)部。米其林和汽車公司Venturi在2010年合作推出了一款Venturi Volage概念車，其中就采用了輪轂電機(jī)方案，米其林將其稱為主動(dòng)輪系統(tǒng)(Active Wheel System)。該系統(tǒng)的強(qiáng)大之處在于，車輪內(nèi)不僅有電機(jī)，甚至連電子制動(dòng)系統(tǒng)、主動(dòng)懸架系統(tǒng)也都包含在內(nèi)。

2、塑料材質(zhì)

塑料在我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見?，F(xiàn)在，研究者正在通過各種方法令塑料的應(yīng)用變得更廣泛，同時(shí)使其強(qiáng)度變得更高以在更極端的環(huán)境下適用。美國(guó)Polimotor研制的塑料發(fā)動(dòng)機(jī)材質(zhì)比傳統(tǒng)全金屬發(fā)動(dòng)機(jī)重量要輕30%。

除了發(fā)動(dòng)機(jī)以外，我們還能在汽車內(nèi)飾中見到它，例如車內(nèi)飾板、中控臺(tái)面板甚至是車外的前后保險(xiǎn)杠、側(cè)裙、側(cè)視鏡外罩等。

全世界每年約有250萬(wàn)噸的塑料水瓶被遺棄，現(xiàn)代QarmaQ概念車的車身則是從這些廢棄塑料瓶中進(jìn)行提取而得。將來某一天，當(dāng)你看到一輛由塑料制成的汽車時(shí)請(qǐng)不要驚訝。

3、碳纖維

碳纖維對(duì)于汽車行業(yè)來說并不陌生，它一開始應(yīng)用于航天飛機(jī)中，接著在賽車中應(yīng)用，令他們?cè)儋惖郎蠐碛懈`活的身姿。而現(xiàn)在，我們?cè)谝恍└叨似囍幸惨呀?jīng)能見到它們的身影，例如寶馬i3。

這類材料的強(qiáng)度與鋼材相同，但重量?jī)H為其一半，為鋁材的70%。其結(jié)構(gòu)與玻璃纖維類似，但強(qiáng)度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于后者。

那么為何我們目前僅能在極少數(shù)的車中看到這類材料呢？原因是成本過高，具體表現(xiàn)為生產(chǎn)周期長(zhǎng)、生產(chǎn)工藝復(fù)雜。

雷克薩斯、寶馬、三菱等眾多車企如今都在進(jìn)行廣泛的研究，試圖找出降低碳纖維生產(chǎn)成本的方法，使其能夠真正令汽車受益。寶馬集團(tuán)多年前就在其車輛上應(yīng)用了復(fù)合材料和碳纖維織物。M系列車型的屋頂采用了赫氏公司的HexForce® NC2®碳纖維增強(qiáng)材料，擁有無卷曲產(chǎn)品專利制造技術(shù)，該技術(shù)使用單向帶滿足產(chǎn)品所需的強(qiáng)度和剛度。雷克薩斯的工程師將來自豐田汽車公司的傳統(tǒng)編織方式轉(zhuǎn)變?yōu)榫艿娜S碳纖維編織法，既有利于更精確的質(zhì)量控制，又為此項(xiàng)工程技術(shù)在未來產(chǎn)品中的應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4、小型化汽車電池

對(duì)于混合動(dòng)力甚至純電動(dòng)車來說，有什么辦法能夠?qū)ζ溥M(jìn)行減重呢？許多車企的做法是從提供驅(qū)動(dòng)能量的電池著手。最早的時(shí)候，人們利用鉛酸電池為電動(dòng)車供電，原因在于它的電極材料容易獲得，制造簡(jiǎn)便。隨著技術(shù)進(jìn)步，鎳氫電池誕生，它相比鉛酸電池來的更輕，并且容量也更大，在混動(dòng)車中有廣泛應(yīng)用。

而隨著燃效與環(huán)保法規(guī)收緊，車企希望通過電動(dòng)車來達(dá)到最新的標(biāo)準(zhǔn)，那么，即便鎳氫電池的大容量也已無法達(dá)標(biāo)。鎳氫電池的能量密度與相對(duì)應(yīng)重量的石化燃料能量密度無法比擬。

此時(shí)鋰電池的身影逐漸映入工程師的眼簾，其由于高能量密度的特性被視為更有潛力的電池種類。不過其缺點(diǎn)在于，長(zhǎng)時(shí)間暴露在高溫下容易起火甚至爆炸。雖然發(fā)生此類情景的概率不高，但在汽車這類產(chǎn)品中，一次起火事故足以阻礙其發(fā)展。

美國(guó)麻省理工學(xué)院的研究者正在試圖通過替換電極材料來提升鋰電池的穩(wěn)定性。從目前看來，鋰電池仍會(huì)在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)作為電動(dòng)車的首選動(dòng)力源。

5、線控系統(tǒng)

提到電氣化車輛(electric vehicle)，人們自然而然就會(huì)想到依靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪。而電氣化車輛的另一層含義在于傳統(tǒng)車內(nèi)機(jī)械系統(tǒng)被電子線束系統(tǒng)所替代，電子線束系統(tǒng)比傳統(tǒng)機(jī)械部件要輕的多。汽車行業(yè)提出的“x-by-wire”指的就是線控傳動(dòng)、線控制動(dòng)、線控轉(zhuǎn)向等系統(tǒng)的總稱。除了能夠減輕重量之外，線控系統(tǒng)的最大優(yōu)勢(shì)在于可以提升操控精確度。

線控技術(shù)最先用于戰(zhàn)斗機(jī)，一度成為了F16戰(zhàn)斗機(jī)的標(biāo)配。隨后逐漸沿用至商用飛機(jī)，最后也出現(xiàn)在了汽車上。

線控系統(tǒng)占據(jù)車內(nèi)的空間更小，意味著設(shè)計(jì)是有更多的設(shè)計(jì)自由度，車艙內(nèi)的空間也能更寬裕。

然而，并不是每個(gè)人都喜歡電氣化程度更高的系統(tǒng)，他們擔(dān)心汽車會(huì)像今天的電腦一樣發(fā)生軟件錯(cuò)誤。實(shí)際上，這樣的擔(dān)心是多余的，因?yàn)榧幢闶菣C(jī)械系統(tǒng)，它同樣有其特定的問題，例如磨損、腐蝕、斷裂等等。隨著時(shí)間的推移與應(yīng)用率的提高，人們最終會(huì)接受這項(xiàng)目前來說還有些“不靠譜”的技術(shù)。