论文部分内容阅读
随着各国政府与大众的环保意识逐渐上升，相关空污排放规定也越来越严格。为了在新法规与客户要求之间取得妥协，车厂只剩下唯一的选择：透过使用轻量化材料来大幅减重。过去铝合金材料由于刚性不足以及成本过高，大量采用铝合金材料仍是高级车的特权，但是在过去几年美国铝业公司的努力推动以及其Alcoa 951专利的突破，未来几年汽车产业使用的铝合金材料将会是目前的6倍之多！
欢迎进入铝合金材料普及时代，请看我们的分析。
减重是大势所趋
随着各国政府与大众的环保意识逐渐上升，相关空污排放规定也越来越严格。但由于潜在客户不愿牺牲对性能的坚持，为了在新法规与客户要求之间取得妥协，车厂只剩下唯一的选择：透过使用轻量化材料来大幅减重。就算对普通车主来说，汽车轻量化的优势亦不难理解：除了油耗必将随之降低、轻量化还能带来更好的操控性。由于车重减轻，起步时加速性能更好、刹车时的制动距离也更短。
从量化分析的角度来看，降低车重对于提升燃油效率的效果非常明显：在车辆空载情况下，约70%的油耗用在推动车身重量。Mercedes车厂估计车体重量约占车辆都市行驶油耗的23%左右，若能在新车研发阶段降低车身重量100公斤，则车辆在都市行驶状况下每100公里可节省0.3至0.6升燃油、同时减少7.5～12.5g/km的二氧化碳排放量，汽车重量每降低1%，油耗可降低0.7%。与之相比，透过减少（轮胎）滚动阻力10%，燃油效率可提高3%；若传动轴、变速箱等传动系统效率提高10%，燃油效率可提高7%。可见得提升燃油效率并非只有“混合动力系统”这个唯一答案！透过降低车重的方式事实上比加装任何形式的混合动力系统的成本都更低。现有的省油科技包括可变气门与进气歧管、涡轮增压和个别汽缸熄火等等，但都没有一种能达到5%的节油效果！降低车身重量还能减轻刹车系统运作压力并提高发动机效能。随着环保和节能的需求不断提升，汽车轻量化已成为全球汽车工业发展的潮流。
铝合金材料的优势与劣势
提到降低车重的方式，许多人脑海中第一个想到的是铝合金材料！其实汽车历史上已出现过不少全铝合金车身的车型，包括超级跑车Honda NSX与Audi车厂为了彰显技术实力的迷你车A2，目前在市面上销售的仍有Audi A8和Jaguar XJ采用全铝合金车身，最新的成员则是Tesla Model S。Jaguar XK可说将铝合金技术与轻量化发挥至极致：不仅车身零件总数从5189个降至2761个，车身刚性更一口气提升了48%，还大幅减肥140公斤（从1685公斤大幅减肥至1595公斤）！全新XK的马力输出仅比旧款小幅增加6匹而达到300匹马力，但减肥有成之后的马力/重量比，再加上悬挂系统的改良，换来的就是平易近人、更加灵巧的操控与驾驭感受。
然而除了Audi、Jaguar与Tesla车厂之外，过去对推出“全铝合金车款”有兴趣的车厂可谓寥寥无几，全铝合金车款的全球年度销量也始终在5万辆以下（占全球市占率不到0.1%）。BMW品牌旗下多数车型采用铝钢材料混用的车身结构，但首要原因是为了平衡车身前后配重以提升操控性。BMW 5系列即是钢制车身和铝制车首（主要在发动机盖）的结合体，而X5车型仅在车身前半部有少数铝合金零件，其整体结构仍为钢制。但仅仅是这种混合结构就使制造成本上升了25%，而这还不是让车厂头痛的唯一原因：铝受热后体积大幅膨胀的金属特性，使得铝制车用零件的制造难度大大增加，在焊接车身时必须使用特制夹钳、采用特殊制程才能将铝制零件固定在特定位置。包括GM集团在内的国际车厂，无法将铝合金广泛应用在旗下车型，主因就是考虑到处理铝制零件的特殊设备无法在遍布全球的组装厂与维修点广泛普及，不过若考虑到汽车的生命周期和资源回收性（铝的回收比例高于钢铁），铝优于钢仍是不争的事实。
中国企业逐渐仿效欧美竞争对手
越来越多量产车型开始大量使用铝合金材料！之前Ford车厂发表了一款轻量化Mondeo概念车型：得益于铝合金材料的增加，该款概念车的重量较普通车型降低25%。而在今年初底特律车展上，Ford车厂还推出了2015年式F-150小货卡车型：该车车身97%采用铝材料（成为历史上第一款铝合金车身小货卡），较之前同款钢制车身的车型减重320公斤，燃油效率更提升30%。F-150一直是Ford车厂旗下的经典小货卡，多年高踞美国市场十大畅销车榜首，2014年更以超过76.3万辆的销量占据美国小货卡市场40%市占率。在全新年式F-150车型问世数月之后的今天，还有报导称GM集团亦在推动将铝材料更多用在下一代小货卡车型设计之内，Chrysler车厂则于去年5月份宣布其较小型的Jeep品牌车型牧马人（Wrangler）可能大量使用铝材料。
在应对节能与环保议题上，包括美国、日本等国家以及欧洲的主要汽车制造商都在全力推动“汽车轻量化”的目标：欧洲汽车制造商正在进行“超轻型汽车”计划（争取减轻车重30%）；美国政府主导的PNGV计划（新一代汽车合作计划）由政府每年投入2亿美元，目的也是家庭轿车的减重。中国汽车工程学会也已联合十多家有代表性的中国车厂、钢铁企业以及学术研究单位成立了“汽车轻量化技术战略联盟”，并定下明确的目标：推动中国汽车产品平均车重降低8%至10%。
看到欧美车厂的积极态度，相信不少读者也关心中国市场是否会追上这波“铝合金”风潮？有鉴于铝合金材料的应用需要产业上下游完整配套，对于中国汽车制造业者来说，想要迎来较大规模的铝应用恐怕还要再等一段时间，预估会分为两个阶段进行：第一个阶段将以国外在中国的合资品牌车企为主；第二个阶段或将在10年之后发生，主要包括中国本土车厂与自主品牌。由于未来燃油经济性和排量标准更为严格，中国汽车制造商为了满足前述规定，最终都将大规模采用铝合金材料，因为唯有新材料的应用与导入，才能帮助汽车制造商在不牺牲内饰空间和汽车性能的前提下，达成更高燃油效率的目标。
欢迎进入铝合金材料普及时代，请看我们的分析。
减重是大势所趋
随着各国政府与大众的环保意识逐渐上升，相关空污排放规定也越来越严格。但由于潜在客户不愿牺牲对性能的坚持，为了在新法规与客户要求之间取得妥协，车厂只剩下唯一的选择：透过使用轻量化材料来大幅减重。就算对普通车主来说，汽车轻量化的优势亦不难理解：除了油耗必将随之降低、轻量化还能带来更好的操控性。由于车重减轻，起步时加速性能更好、刹车时的制动距离也更短。
从量化分析的角度来看，降低车重对于提升燃油效率的效果非常明显：在车辆空载情况下，约70%的油耗用在推动车身重量。Mercedes车厂估计车体重量约占车辆都市行驶油耗的23%左右，若能在新车研发阶段降低车身重量100公斤，则车辆在都市行驶状况下每100公里可节省0.3至0.6升燃油、同时减少7.5～12.5g/km的二氧化碳排放量，汽车重量每降低1%，油耗可降低0.7%。与之相比，透过减少（轮胎）滚动阻力10%，燃油效率可提高3%；若传动轴、变速箱等传动系统效率提高10%，燃油效率可提高7%。可见得提升燃油效率并非只有“混合动力系统”这个唯一答案！透过降低车重的方式事实上比加装任何形式的混合动力系统的成本都更低。现有的省油科技包括可变气门与进气歧管、涡轮增压和个别汽缸熄火等等，但都没有一种能达到5%的节油效果！降低车身重量还能减轻刹车系统运作压力并提高发动机效能。随着环保和节能的需求不断提升，汽车轻量化已成为全球汽车工业发展的潮流。
铝合金材料的优势与劣势
提到降低车重的方式，许多人脑海中第一个想到的是铝合金材料！其实汽车历史上已出现过不少全铝合金车身的车型，包括超级跑车Honda NSX与Audi车厂为了彰显技术实力的迷你车A2，目前在市面上销售的仍有Audi A8和Jaguar XJ采用全铝合金车身，最新的成员则是Tesla Model S。Jaguar XK可说将铝合金技术与轻量化发挥至极致：不仅车身零件总数从5189个降至2761个，车身刚性更一口气提升了48%，还大幅减肥140公斤（从1685公斤大幅减肥至1595公斤）！全新XK的马力输出仅比旧款小幅增加6匹而达到300匹马力，但减肥有成之后的马力/重量比，再加上悬挂系统的改良，换来的就是平易近人、更加灵巧的操控与驾驭感受。
然而除了Audi、Jaguar与Tesla车厂之外，过去对推出“全铝合金车款”有兴趣的车厂可谓寥寥无几，全铝合金车款的全球年度销量也始终在5万辆以下（占全球市占率不到0.1%）。BMW品牌旗下多数车型采用铝钢材料混用的车身结构，但首要原因是为了平衡车身前后配重以提升操控性。BMW 5系列即是钢制车身和铝制车首（主要在发动机盖）的结合体，而X5车型仅在车身前半部有少数铝合金零件，其整体结构仍为钢制。但仅仅是这种混合结构就使制造成本上升了25%，而这还不是让车厂头痛的唯一原因：铝受热后体积大幅膨胀的金属特性，使得铝制车用零件的制造难度大大增加，在焊接车身时必须使用特制夹钳、采用特殊制程才能将铝制零件固定在特定位置。包括GM集团在内的国际车厂，无法将铝合金广泛应用在旗下车型，主因就是考虑到处理铝制零件的特殊设备无法在遍布全球的组装厂与维修点广泛普及，不过若考虑到汽车的生命周期和资源回收性（铝的回收比例高于钢铁），铝优于钢仍是不争的事实。
中国企业逐渐仿效欧美竞争对手
越来越多量产车型开始大量使用铝合金材料！之前Ford车厂发表了一款轻量化Mondeo概念车型：得益于铝合金材料的增加，该款概念车的重量较普通车型降低25%。而在今年初底特律车展上，Ford车厂还推出了2015年式F-150小货卡车型：该车车身97%采用铝材料（成为历史上第一款铝合金车身小货卡），较之前同款钢制车身的车型减重320公斤，燃油效率更提升30%。F-150一直是Ford车厂旗下的经典小货卡，多年高踞美国市场十大畅销车榜首，2014年更以超过76.3万辆的销量占据美国小货卡市场40%市占率。在全新年式F-150车型问世数月之后的今天，还有报导称GM集团亦在推动将铝材料更多用在下一代小货卡车型设计之内，Chrysler车厂则于去年5月份宣布其较小型的Jeep品牌车型牧马人（Wrangler）可能大量使用铝材料。
在应对节能与环保议题上，包括美国、日本等国家以及欧洲的主要汽车制造商都在全力推动“汽车轻量化”的目标：欧洲汽车制造商正在进行“超轻型汽车”计划（争取减轻车重30%）；美国政府主导的PNGV计划（新一代汽车合作计划）由政府每年投入2亿美元，目的也是家庭轿车的减重。中国汽车工程学会也已联合十多家有代表性的中国车厂、钢铁企业以及学术研究单位成立了“汽车轻量化技术战略联盟”，并定下明确的目标：推动中国汽车产品平均车重降低8%至10%。
看到欧美车厂的积极态度，相信不少读者也关心中国市场是否会追上这波“铝合金”风潮？有鉴于铝合金材料的应用需要产业上下游完整配套，对于中国汽车制造业者来说，想要迎来较大规模的铝应用恐怕还要再等一段时间，预估会分为两个阶段进行：第一个阶段将以国外在中国的合资品牌车企为主；第二个阶段或将在10年之后发生，主要包括中国本土车厂与自主品牌。由于未来燃油经济性和排量标准更为严格，中国汽车制造商为了满足前述规定，最终都将大规模采用铝合金材料，因为唯有新材料的应用与导入，才能帮助汽车制造商在不牺牲内饰空间和汽车性能的前提下，达成更高燃油效率的目标。