盘点实现汽车轻量化的5种途径

盖世汽车网 综合报道

今天汽车赖以“生存”的汽油燃料提取自石油,它的储量正在日益减少,但人们也未必会因此在燃油上花费高价,因为到2025年,汽车的平均燃效将达到50英里/加仑。

不过,汽车本身的油耗并不会自动下降,这都是靠着工程师开发的新技术而实现。那么,提升汽车燃效或者说降低油耗的方式有哪些?目前看来,轻量化是最有效的手段之一,据悉,汽车每减轻10%的重量将降低油耗6-7%。

汽车行业在轻量化技术上的进展也是有目共睹,从30年前一辆普通轿车的4500磅(2041千克)的平均重量降低至现在的3000磅(1361千克)左右。“轻量化”只是一个宽泛的概念,它设计到结构、材料、布局等等方面,本文将总结5项能够让汽车变得更轻的技术。

1、轮毂电机

汽车中最占重量的是什么部件?毋庸置疑,显然是发动机。发动机缸体、活塞、曲轴等各种组件均由刚强度材料制成。它们需要经受住发动机运行时的高压与高温。而其缺陷在于这些组件的重量非常大,一辆普通乘用车的发动机至少重几百磅。

当汽车行驶时,发动机的转动能量由变速箱传递两个或四个车轮上,实现这个过程则还需要传动轴以及更多的零部件,同样会增加汽车的重量。

而若采用轮毂电机的布局,则可以省去动力总成中的大部分组件,例如发动机与变速箱。轮毂电机直接安装在车轮内部。米其林和汽车公司Venturi在2010年合作推出了一款Venturi Volage概念车,其中就采用了轮毂电机方案,米其林将其称为主动轮系统(Active Wheel System)。该系统的强大之处在于,车轮内不仅有电机,甚至连电子制动系统、主动悬架系统也都包含在内。

2、塑料材质

塑料在我们日常生活中随处可见。现在,研究者正在通过各种方法令塑料的应用变得更广泛,同时使其强度变得更高以在更极端的环境下适用。美国Polimotor研制的塑料发动机材质比传统全金属发动机重量要轻30%。

除了发动机以外,我们还能在汽车内饰中见到它,例如车内饰板、中控台面板甚至是车外的前后保险杠、侧裙、侧视镜外罩等。

全世界每年约有250万吨的塑料水瓶被遗弃,现代QarmaQ概念车的车身则是从这些废弃塑料瓶中进行提取而得。将来某一天,当你看到一辆由塑料制成的汽车时请不要惊讶。

3、碳纤维

碳纤维对于汽车行业来说并不陌生,它一开始应用于航天飞机中,接着在赛车中应用,令他们再赛道上拥有更灵活的身姿。而现在,我们在一些高端汽车中也已经能见到它们的身影,例如宝马i3。

这类材料的强度与钢材相同,但重量仅为其一半,为铝材的70%。其结构与玻璃纤维类似,但强度却远远高于后者。

那么为何我们目前仅能在极少数的车中看到这类材料呢?原因是成本过高,具体表现为生产周期长、生产工艺复杂。

雷克萨斯、宝马、三菱等众多车企如今都在进行广泛的研究,试图找出降低碳纤维生产成本的方法,使其能够真正令汽车受益。宝马集团多年前就在其车辆上应用了复合材料和碳纤维织物。M系列车型的屋顶采用了赫氏公司的HexForce® NC2®碳纤维增强材料,拥有无卷曲产品专利制造技术,该技术使用单向带满足产品所需的强度和刚度。雷克萨斯的工程师将来自丰田汽车公司的传统编织方式转变为精密的三维碳纤维编织法,既有利于更精确的质量控制,又为此项工程技术在未来产品中的应用打下了坚实基础。

4、小型化汽车电池

对于混合动力甚至纯电动车来说,有什么办法能够对其进行减重呢?许多车企的做法是从提供驱动能量的电池着手。最早的时候,人们利用铅酸电池为电动车供电,原因在于它的电极材料容易获得,制造简便。随着技术进步,镍氢电池诞生,它相比铅酸电池来的更轻,并且容量也更大,在混动车中有广泛应用。

而随着燃效与环保法规收紧,车企希望通过电动车来达到最新的标准,那么,即便镍氢电池的大容量也已无法达标。镍氢电池的能量密度与相对应重量的石化燃料能量密度无法比拟。

此时锂电池的身影逐渐映入工程师的眼帘,其由于高能量密度的特性被视为更有潜力的电池种类。不过其缺点在于,长时间暴露在高温下容易起火甚至爆炸。虽然发生此类情景的概率不高,但在汽车这类产品中,一次起火事故足以阻碍其发展。

美国麻省理工学院的研究者正在试图通过替换电极材料来提升锂电池的稳定性。从目前看来,锂电池仍会在很长一段时间内作为电动车的首选动力源。

5、线控系统

提到电气化车辆(electric vehicle),人们自然而然就会想到依靠电机驱动车轮。而电气化车辆的另一层含义在于传统车内机械系统被电子线束系统所替代,电子线束系统比传统机械部件要轻的多。汽车行业提出的“x-by-wire”指的就是线控传动、线控制动、线控转向等系统的总称。除了能够减轻重量之外,线控系统的最大优势在于可以提升操控精确度。

线控技术最先用于战斗机,一度成为了F16战斗机的标配。随后逐渐沿用至商用飞机,最后也出现在了汽车上。

线控系统占据车内的空间更小,意味着设计是有更多的设计自由度,车舱内的空间也能更宽裕。

然而,并不是每个人都喜欢电气化程度更高的系统,他们担心汽车会像今天的电脑一样发生软件错误。实际上,这样的担心是多余的,因为即便是机械系统,它同样有其特定的问题,例如磨损、腐蚀、断裂等等。随着时间的推移与应用率的提高,人们最终会接受这项目前来说还有些“不靠谱”的技术。

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