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汽车减肥 大势所趋 如何一减再减?

2020-07-20来源:F旺生活
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文 许鸿德

由于油电混合动力以及电动车的关键零组件居高不下,加以全球经济低迷拖累消费者的购买力,车厂的节能重心已经从各式先进科技转移至最基本的轻量化科技,即将问世的大改款VW Golf将採用新开发的MQB底盘系统、车重有可能较前一世代还要轻达100公斤之多,其他车厂也在不断探索高刚性工程塑胶的使用,让未来的汽车「更加轻盈」。从中国到欧盟总部比利时、再到全球最大单一汽车市场美国,各国政府都要求新车使用更少的汽油,最好是完全不使用汽油(电动能源)。美国国会2007年12月所通过的新CAF?标準旨在以「积极但负责」的方式提高规定标準;此项法案要求车辆在2015年达到35mpg的节能效能,亦即将目前燃料经济标準提高40%。据估算,提高CAFE标準将使美国2020年后日均石油消耗减少100多万桶。


汽车减肥 大势所趋 如何一减再减?若能在新车研发阶段降低车身重量降低100公斤,则车辆在都会行驶状况下每100公里可节省0.3至0.6公升燃油、同时减少7.5至12.5g/km的二氧化碳排放量。
汽车轻量化势不可挡

经历了2008年的高油价梦魇后,如何提昇燃油效率成为汽车製造商的首要课题。然而提昇效率并非只有「混合动力系统」这个唯一答案!仅仅减轻车身重量就能节省约5%的燃油,Mercedes车厂估计车体重量约佔车辆都会行驶油耗的23%左右,若能在新车研发阶段降低车身重量降低100公斤,则车辆在都会行驶状况下每100公里可节省0.3至0.6公升燃油、同时减少7.5至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%。根据钢铁生产厂商Arcelor-Mittal、Robert Bosch GmbH与谘询公司Arthur D. Little的分析得出一个发人深省的结论:仅仅减轻车身重量就能节省约5%的燃油,而欲透过这种方式提高油耗表现,只需在每部车上增加212欧元(约为280美元)的成本购买高强度钢材,比加装任何形式的混合动力系统成本都要更低。现有的省油科技包括可变气门与进气岐管、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煞车系统压力并提高引擎效能。随着环保和节能的需求不断提昇,「汽车轻量化」已成为全球汽车工业发展的潮流。


汽车减肥 大势所趋 如何一减再减?由于材料科技的进步,过去沉重的汽车零组件现在也可以非常轻盈。
VW集团MQB模组化底盘颠覆传统思维

虽然减轻空车重量有其迫切性,消费者却不想重蹈1980年代初期的覆辙、以牺牲汽车的舒适度和性能为代价,30年前车厂为了降低油耗、只能被迫大幅度地缩小汽车尺寸。如何减轻汽车的重量、扭转20年来让新车满载各种安全和舒适配备的大趋势,这已经成为高级与豪华车厂的首要挑战与未来生死存亡的关键!越来越多汽车专业人士相信「车重」将成为未来十年汽车产业变化最大的领域,日前全球化工巨头DuPont与《Wards Auto》杂誌联合举办面对700名美国汽车工程师的年度调查中,有超过三分之二的受访者认为从现在起到2025年之间,对汽车减重的需求将大幅上昇。有半数以上的受访工程人员(52%)认为,传统内燃式引擎还有改进的空间以提高燃油经济。DuPont公司全球汽车市场总监Chris Murphy在今年8月7日发表此研究结果时表示:「要实现提昇燃油效率的目标,汽车产业需要尽速研发并採用更高效率的新科技。」


汽车减肥 大势所趋 如何一减再减?新一代MQB模组化底盘还可为原厂省下20%的研发成本、30%的生产时间以及将近100公斤的原物料成本。

如何有效降低车重?VW集团已经有所成绩,今年8月21日VW在德国狼堡总部召开的记者会上指出其新开发的MQB模组化底盘将採用新材料和新的生产工艺,专供横置引擎使用的MQB平台(德文原文为Modularer Querbaukasten,英文为Modular Transverse Matrix)是该集团未来最重要的模组化平台之一。适用于小型至中型轿车,覆盖VW、Audi、Skoda与Seat等多品牌车型,在模组化结构上可调整轮距、悬吊系统与轴距以开发不同车型;并可在同一条生产线上生产不同的车型,从而大幅提高了生产灵活性并降低成本。

汽车减肥 大势所趋 如何一减再减?专供横置引擎使用的MQB平台是该集团未来最重要的模组化平台之一,可调整轮距、悬吊系统与轴距以开发不同车型。
MQB平台衍生的第一款车型Audi A3将比上一代减重超过80公斤,而採用相同平台的七代Golf减重幅度更将达到220磅(将近100公斤)!假使以目前的六代Golf 车型为基準,减重后的车重将由原本的1190公斤降低至1090公斤,以现行Golf车身尺码来看非常难得(尤其是新一代车型其车身长度与宽度还将增加),甚至已比目前的Polo车型还要轻盈,原厂表示这能够带来23%的燃油效率提昇。100公斤的减重将来自于电子系统(减轻6公斤)、引擎系统(减轻40公斤)、传动系统(减轻26公斤)以及车身主体架构(减轻37公斤)。

汽车减肥 大势所趋 如何一减再减?VW在五代Golf过渡至六代Golf完成了降低成本、在新一代车型完成了降低了车身重量。
过去8年VW集团的战略方针就是针对主流车型实施缩减成本计划,六代Golf的生产成本较其前身大幅削减约1,000欧元(约合1,600美元)。这款车型的研发过程一波三折,内部最早以「Golf 5.5代GP改款」为方针,之后由于新管理层的走马上任被赋予了「全新车型」的身份。五代Golf的生产成本在7,500至8,000欧元之间,削减1,000欧元生产成本(超过16%)绝不是件容易的事,解决方案是PQ36平台沿用PQ35平台的多数架构,同时后悬吊多连桿系统将予以简化(以降低成本)。新一代MQB模组化底盘还可为原厂省下20%的研发成本、30%的生产时间以及将近100公斤的原物料成本。未来MQB平台将衍生出超过40款各式车型,总销量将超过350万部,瑞士信贷集团分析师Stuart Pearson更相信该平台能够带来超过140亿欧元的节约效益。


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碳纤维与塑胶材料也将承担重任

未来满足广大用户的需求,VW在车身材料上倾向于採用高张力钢板,而不是採用铝合金或碳纤维等替代性高强度材料,相比之下BMW等其他竞争对手正着手为新电动车採用大量碳纤维等新材料。主因是金属车壳笨重而且价格昂贵、容易凹陷、烤漆也花费不少,在严重的车祸中,有时候金属外壳捲成笼子,意味着救援人员需要使用液压切割机才能把受伤的驾驶人救出。F1赛车使用碳纤维材料已超过25年,F1赛车车身全部都是使用蜂巢结构的铝合金、碳纤维与功夫龙製成,这就是它为什幺重量这幺轻却可以吸收在高速撞击时巨大冲击力的原因。整车车重仅700公斤不到,F1车身只能选择使用複合材料以「三明治夹层」的结构製成,主要材料包括了碳纤维、功夫龙(另一种纤维、通常是防弹衣或是NHL冰球球员头盔的主要材料)及蜂巢结构的铝合金。也就是看上了碳纤维材料的潜力,BMW联手合作伙伴SGL集团成立合资公司并在华盛顿州兴建一座造价1亿美元的碳纤维生产中心,其目的是供应新款电动车的零配件。Daimler集团也宣布与专精碳纤维複合材料研发与製造的日本Toray公司签订共同研发同意书,未来双方将合作开发CFRP碳纤维複合材质在Daimler集团旗下量产车系的实际运用。

汽车减肥 大势所趋 如何一减再减?未来MQB平台将衍生出超过40款各式车型,总销量将超过350万部,其中包括全新一代的Audi A3、全新一代Seat Leon以及未来VW品牌的SUV车型。
除了碳纤维材料之外,读者也不能忽视成本更低廉的塑胶材料!如今塑胶零配件佔一部汽车重量的14%左右。以高级车厂BMW为例,相比1990年的12%,其新车型中已经有17%的零件由塑胶製成的。BASF高分子材料部门执行长兼BASF汽车业务负责人Raimar Jahn的数据是塑胶零件在2010年已佔到车重的19%,Dow Automotive预测到2015年塑胶的使用量将比现在高出两到三倍。在新科技的帮助下,塑胶材料已非30年前的吴下阿蒙,越来越多厂牌的车款开始使用不同的塑胶材料来作为车辆外壳,热可塑型的塑胶材料(Thermoplastic)包括HPA材料(ABS与聚碳酸酯系的组成物)及HPB材料(变性聚丙烯),其中HPA的耐冲击性是钢板的两倍。过去传统塑胶仍有其性能限制,但随着汽车工程师的不断努力,许多过去我们认为不可能的部位未来也有望由塑胶材料取代!


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汽车减肥 大势所趋 如何一减再减? 
汽车减肥 大势所趋 如何一减再减?F1赛车使用碳纤维材料已超过25年,许多超跑也早已开始使用碳纤维车身。
汽车减肥 大势所趋 如何一减再减?BMW联手合作伙伴SGL集团成立合资公司并在华盛顿州兴建一座造价1亿美元的碳纤维生产中心,其目的是供应新款电动车的零配件。
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汽车减肥 大势所趋 如何一减再减?除了碳纤维材料之外,读者也不能忽视成本更低廉的塑胶材料!Tata Nano更是大量使用塑胶做为车身外壳材料。

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