說不完的汽車用鋁——全鋁乘用小汽車族譜

    近些年來,關于實現(xiàn)汽車輕量化的技術不斷涌現(xiàn).所謂汽車輕量化就是在保證車的強度和安全性的前提下,盡可能地減輕汽車的自身質量,進而提高車的動力特性,減少汽車行駛過程中的阻力,降低能耗,從而達到節(jié)能減排目的.

    美國能源部和歐共體的研究顯示,汽車自身質量降低10%,燃油效率可提高6%~8%;汽車質量每減少100kg,油耗可降低0.3L/100km~0.6L/100km.這里所說的汽車是指乘人小車.日本科學家曾做過試驗,在城市標準公路上行駛時,84%左右能耗消耗于車的自身質量.因此汽車輕量化已成為當前世界汽車發(fā)展的潮流.

    2013年中國汽車的平均能耗為7.5L/100km,國家規(guī)劃定下的節(jié)能減排目標為:2015年新車的能耗要下降到5.9L/100km,2020年達到4.5L/100km,比美國的標準還低一些.要實現(xiàn)這個標準,惟一的主要措施就是降低車的自身質量,采用輕量材料如鋁、鎂、鈦、復合材料代替鋼、鑄鐵制造零部件.歐洲汽車制造企業(yè)也正在推行"超輕型汽車工程",其目標是在現(xiàn)有價格基礎上將車的質量降低30%.

    鋁是最早成為鋼材替代品的汽車制造材料,早在1899年歐洲汽車企業(yè)就采用了鋁鑄造變速器殼體,距鋁的工業(yè)化生產法發(fā)明1886年僅13年,距鋁的工業(yè)化生產1888年僅11年.在現(xiàn)行的技術條件下鋁是性價比最好的可代替鋼與鑄鐵使汽車輕量化的材料,可使汽車自重減輕30%~40%.鋁現(xiàn)在已經成為汽車制造中用量僅次于鋼與鑄鐵的材料,在全鋁汽車中已躍居第二位.未來汽車行業(yè)鋁深加產品的應用,將占應用領域中最大比例,因此,乘人小車鋁的應用是推廣鋁在汽車應用的牛鼻子,它的單車用鋁量雖比重型卡車的低得多,但車的產量大,幾乎占全球汽車總產量的60%弱,欲推廣鋁在汽車中的應用,必須緊緊牽住這個牛鼻子.

    2014年全球汽車用鋁量:北美不但是總用量最多的,也是單車用量最大的,150kg/輛;歐洲第二,單車用鋁量145kg/輛;日本第三,單車用鋁量140kg/輛;中國雖是全球最大的汽車生產國,卻是單車用鋁最少的,僅110kg/輛.

    全鋁乘用車

    1. 全鋁乘用車家族的長子——Audi(奧迪)A8

    雖然早在1899年鋁就用于制造汽車發(fā)動機系統(tǒng)的零件,但全鋁汽車直到1994年才誕生,它是全鋁乘用車家族的長子,名為Audi A8.所謂全鋁車筆者給的定義是,在現(xiàn)有的技術條件下,凡是可用鋁合金制造的零部件全變成了鋁的.

    Audi A8乘用車1997年進入美國,它的構架是奧迪公司與美國鋁業(yè)公司10年的研發(fā)結果,板材、型材用了7種航空鋁合金,連接件是真空壓鑄的.與鋼車相比,Audi A8的質量下降40%,安全性、操作性、乘坐舒適性、燃油經濟性、剛性等都有相當大的提高,被譽為"21世紀的首款豪華轎車",將引領21世紀轎車發(fā)展潮流.

    Audi A8該車的擠壓鋁材骨架,根據奧迪空間構架(ASF,Audi Space Frame)理念設計的.該車鋁合金型材構架由真空壓鑄件連接,擠壓材是用高強度航空鋁合金生產的.

    2. 家族中的運動健將Ferrari 360 Modena

    1992年~1994年英國制造的美洲虎(杰戈娃)XJ 220型汽車是鋁密集型車,但還不是全鋁車.之后,設計組接到非常明確的新任務,設計質量更輕、剛度更大、操作更方便、內容空間更大,而價格又上升不多,這就是法拉利Ferrari 360 Modena,鋁在這款車上起了至關重要的作用,總用量為562.5kg,而車的總質量為1406.2kg,車的鋁化率40%.另一款鋁密集型轎車是克萊斯勒汽車公司(Chrysler)與美國鋁業(yè)公司聯(lián)手研發(fā)的"普利茅斯徘徊者(Plymouth Prowler)",不但采用了一些新的鋁材,而且還開發(fā)了一些新的工藝.

    美洲虎XJ220型車1994年的售價 $706000,底盤為粘結蜂窩結構,車身為全鋁,還用了不少其他鋁合金零部件,從而車的剛度大為提高,質量顯著下降.

    3. 全球首款轎車XE及奧迪TT

    全球首款轎車型跑車XE是英車捷豹旗下運動型轎車系列的最新成員——全新XE不但于2014年接受歐、美消費者的預定,而且于2015年初向中國消費者提供了三款車型,搭載2.0L渦輪增壓發(fā)動機的XE R-Sport(低功率及高功率)以及搭載3.0L V6機械增壓發(fā)動機的XE S,售價分別為478000元、528000元和688000元.

    XE轎跑車身75%以上采用鋁材,以鋁制之身,鑄不摧之韌,是同級別車型中唯一使用高密度鋁材單體殼式車身結構的車型,也是有史以來最具燃油經濟性的捷豹車型.在動力方面,XE型轎跑由2.0L渦輪增壓發(fā)動機(低功率及高功率)以及3.0L V6機械增壓發(fā)動機分別149kW、179kW、254kW的最大功率.XE系列車除了在英國生產外,還將在中國的常熟工廠生產.

    新款奧迪"TT"轎跑繼"奧迪A3(Audi A3)"、"大眾高爾夫(Volkswagen Golf)"等之后采用了大眾集團的新一代平臺"MQB",采用鋁合金后,車身大幅減輕.

    車身結構與上代車型一樣,繼續(xù)采用鋁合金及鋼板的"ASF"(Audi Space Frame,奧迪空間框架),門檻梁及車頂縱梁使用鋁合金沖壓,前蓋、車門及后備箱蓋也是用鋁合金沖制的.

    在TT轎跑中,乘客的保護結構仍是鋼質的,對需要保護強度的構件是用低合金化高強度鋼板沖制的,因而質量下降了.配備2.0L直噴渦輪發(fā)動機.與上一代的2.0TFSI轎跑相比,新一代轎跑由于采用了鋁合金使質量減輕了50kg.

    4. 全鋁車身凱迪拉克CT6

    通用汽車公司的凱迪拉克全新旗艦車型CT6采用全鋁車身.它的自身質量與CTS其他車型接近,但車身比后者的大,其名字CT6來自于"Cadillac Tourer6"(凱迪拉克旅行者6).據稱,在CT6之后,還將生產CT9,它的定位將高于奔馳S級車.

    5. 捷豹F-TYPE Coupe智能全鋁架構車

    英國捷豹公司新近推出的F-TYPE Coupe型車,是一款智能型的高性能雙座硬頂跑車,全鋁架構,具有相當高的靈活性,實現(xiàn)模塊化設計,是一類全新的中型豪華運動轎車,它的亮點是:高度智能化,全鋁車身打造和輕量化架構.

    6. 勞斯萊斯新款鋁合金SUV

    英國勞斯萊斯汽車公司的新款SUV車型(sport utility vehicle,運動型多用途車)是基于一個全新的鋁合金平臺打造的類似于幻影所采用的鋁合金空間構架,是這一車型領域的全球旗艦車型,它的車身長度與幻影型車的幾乎相等,并且具備非常現(xiàn)代化的前臉造型,售價242萬元~270萬元,頂配車型的價格卻高達485萬元左右.此款新SUV車的主發(fā)動機為幻影所采用的6.8LV12的發(fā)展版.

    7. 用鋁量最多的F-150型皮卡

    美國福特汽車公司生產皮卡車(Pickup)是世界上產量最大的一款汽車.皮卡(pickup,PU)是一種客貨兩用車,采用轎車駕駛室,貨箱系敞篷式,后檔板可放下,操作及車身長度與轎車相仿,裝載質量不大于0.75t.

    福特汽車公司2015款F-150 pickup車型的車身材料的97%為鋁材,較前一版本的鋼制車身的減重320kg,燃油效率提升30%.F-150一直是福特旗下的經典皮卡,多年高居美國十大暢銷車榜首,2013年的銷量超過76.3萬輛,占美國皮卡市場份額的40%.全鋁F-150皮卡不僅外觀亮麗、輕盈,而且僅比鋼車價格高150美元.全鋁F-150 pickup的推出,是鋁材首次用于制造全尺寸皮卡的絕大部分零部件.高盛公司認為,福特新款F-150 pickup車身采用鋁材只是行業(yè)大量用鋁的序幕,僅是汽車制造業(yè)用材變化的"冰山一角".至2014年年底,F-150 pickup的預計量已超過40萬輛,2015年進入常態(tài)生產后,鋁的消費量可達600kt/a,成為全球用鋁最多的一款汽車.F-150 pickup的鋁車身質量約317kg.

    在推出F-150 pickup的同時,福特內部人士透露,福特內部人士透露,福特Explorer(探險者)和Expedition(遠征)兩款車型將追隨2015款福特F-150 pickup的腳步,采用全鋁車身,福特新車所有的計劃都是朝著全鋁車身的規(guī)劃前進,下一代福特Explorer將于2019年或2020年投產.福特公司一直在孜孜不倦地尋找提高燃油效率減少二氧化碳排放的措施與途徑,這意味著新車型將采用更符合空氣動力學的造型和更有效的發(fā)動機與變速器.

    F-150 pickup在2015年底特律車展上一亮相,在美國市場的最大競爭對手通用汽車公司(GM Auto)就紅了眼,立馬宣布將在下一代的雪佛萊Silverado與GMC Sierra車上盡可能多地采用鋁合金材料,以求在燃油使用效率和車身剛性上尋找最佳的平衡點.F-150 pickup由于鋁合金的大量采用,在油耗、剎車、加速和承載能力達到了有史以來表現(xiàn)最為平衡的車型,成為汽車工業(yè)的最佳典范.

    早些時候通用汽車公司與美國鋁業(yè)公司、諾貝麗斯鋁業(yè)公司簽訂了合作協(xié)議.以期望在今后的新車換代研發(fā)上能夠立足于輕量化和環(huán)保的設計理念.

    參展2015北美國際汽車展的鋁合金密集車

    2015北美國際汽車展于2015年2月在美國底特律舉行,現(xiàn)將有代表性的鋁密集汽車與全鋁汽車簡介于下.

    1. Infiniti Q60概念車

    英菲尼迪(Infiniti)汽車公司總部在中國香港特區(qū),組建于1989年,在日本、美國、中國都建有汽車制造廠,在英國的廠于2015年投產,在墨西哥的可于2017年建成,在全世界50多個國家與地區(qū)設有銷售網點.在展會上亮相的Infiniti Q60概念車的車身是用鋁材與碳纖維打造的,是一款堅韌的強有力的新型雙門單排座轎車(coupe),內部裝設豪華,裝有雙渦輪V6發(fā)動機,7檔自動變速,最大功率336kW.

    噴涂以特殊顏色的Infiniti運動車名為"阿克蒂克鋁",似用一整塊鋁車削成的,前后燈光均為LED,銀光熠熠,高貴華麗.Infiniti Q60車可于2016年批量生產.看來,Infiniti Q60概念車在性能、造型、外觀等等方面已比德國車勝出一籌.

    2. 奧迪全新2016 Q7——最輕的7座SUV

    在車展上首次亮相的奧迪全新2016 Q7是一款運動車是利用大眾集團新MLB Evo平臺打造的,極具SUV色彩,既保留奧迪公司的優(yōu)秀傳統(tǒng),又比上版本車輕了許多,其底盤脊骨是用超高強度鋼沖壓成形的,鋁合金零部件占了相當大的比例.前、后部與懸掛系統(tǒng)的許多零件都是用鋁合金鑄件、擠壓型材與壁板加工的,門、前保險杠、發(fā)動機蓋、天窗等全是鋁合金的.

    2016 Q7車裝有3.0L豐田直接點火裝置(TDI)發(fā)動機,由于鋁合金材料的大量應用,使車的質量減輕了325kg,達到了1995kg,是高級7座位多用途跑車(SUV)中最輕的.

    3. 杰戈娃(美洲虎)F-Pace

    在2015底特律車展上展示的Jaguar(杰弋娃)F-Pace多用途跑車是杰戈娃汽車公司的首款全新的鋁密集型車,將于2016年批量生產.新版Jaguar F-Pace是原型概念車Jaguar C-X17的改進型,2013年在法蘭克福車展上展出.

    Jaguar F-Pace是一種介于多用途跑車(SUV)與高級轎車(Saloon)之間的車,許多零部件都是用平軋鋁材、擠壓材、鍛件、鑄件與壓鑄件制造的,有些零部件還經過陽極氧化處理,呈完美的黑色色調,看起來十分優(yōu)雅柔和.