浅析车身轻量化材料的新技术.docx

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浅析车身轻量化材料的新技术

车身轻量化材料的新技术

1概述

防止地球温室效应的C02（燃耗）排放限制日益规范、石油价格高涨带来的汽油价格上涨，使低燃耗轻量化技术开发已成为当前汽车研发的首要课题。

另外，随着石油、矿产材料及贵金属等资源价格上涨，原材料价格也随之迅速上升，因此各汽车制造商也需要通过节约各类原材料的使用量，实现汽车轻量化。

为进一步加强车辆轻量化进程，各汽车制造商开始重新修订既定的进展政策。

钢材约占汽车原材料7成比重，尽管在过去几十年内，树脂、铝/镁等轻量化材料的使用比重不断增大，但钢铁的使用量仍占绝对优势。

在汽车各类零部件中，车身外板轻量化最见效，因此各制造商一直试图降低车身外板重量，并自2007年以后开始在车身外板上加大铝板和树脂板的使用量。

在铝材料使用方面，宝马（BMW）X5/X6、通用（GM）SUV混合动力车、Lambda平台车（CUV）等以及在美上市的全尺寸等较大型号车型的发动机罩均使用铝材料，其中大部分铝材料是由Novelis（原Alcan）提供。

此外，日产采纳Alcoa技术，生产GT-R的铝车门，可能今后Alcoa技术也可能广泛应用到其他公司车型上。

在树脂板方面，宝马、悍马（Hummer）、三菱汽车和标致雪铁龙（PSA）等制造商均使用树脂板做挡泥板。

例如，Smart自90年代以来一直以树脂板代替钢板，2007年以后，业界开始聚焦代替后面及侧面板玻璃的聚碳酸酯树脂。

不管是作为钢材替代品依旧作为板玻璃替代品，SABICInnovativePlastics（2007年被沙特阿拉伯SABIC收购后，公司名称由GEPlastics变更为当前名称）产品均被多家汽车制造商广泛应用。

钢板替代品树脂NorvylGTX在第l代Smart上被应用，而板玻璃替代品LexanGLX则是由GEPlastics与Bayer的合资公司EXATEC开发的表面涂层技术进行生产，并相继被应用在通用汽车车顶及本田欧洲版Civic的后窗上。

此外，SABICInnovativePlastics还与现代汽车和路虎（LandRover）合作开发概念车，今后新车也可能采纳上述新树脂材料。

一直以来，各类车型均通过使用奥迪ASF（全铝空间框架）及捷豹（Jaguar）铝车身方法实现车身轻量化，但上述方法还未推广到量产车型领域。

除铝材料外，奥迪在2007年上市的新款TT上还使用了铝和钢铁混合材料车身，此类车身重量比纯钢铁车身轻48%。

随着汽车制造商车身轻量化步伐的日益推进，越来越多的车型开始采纳铝和树脂等轻量化材料。

但此类材料仅限于高燃耗大型SUV和运动车型上使用。

局限性要紧是因为随着原材料成本及石油价格上涨，树脂和铝的价格也将随之上升。

今后替代材料成本也将增加，降本必将成为轻量化技术进展的关键。

在上述情况下，轻量化实现的可能性最大的是国际钢铁协会IISl于2007年12月公布的第三代高强度钢的研发方案。

该方案以日本、美国、欧洲、印度、中国及俄罗斯等世界性钢铁生产制造商加盟的WorldAutoSteel为主体，开发汽车钢板技术FutureSteelVehicle。

此外，随着丰田在2007年东京车展公布超轻量车l/X，日本国内也掀起了碳纤维强化塑料的研发热潮。

只是，日本企业尽管在碳纤维强化塑料的研发技术上占据优势，但却面临着比树脂和铝更大的降本问题。

2钢铁产业界开发可实现35%轻量化的第三代高强度钢

·钢铁产业界认识到新钢铁产品技术有利于汽车轻量化，已开始新一代技术研究。

——美国钢铁产业界团体AISI（AmericanIronandSreelInstitute）认为，在降低燃耗实现轻量化方面，AHSS（AdvancedHIighStrengthSteel/高强度钢）至少可减重25%。

假如采纳目前正在开发的第三代AHSS，则车辆有望减重35%。

——AISl从制造工程的生命周期考虑，钢铁产生的温室气体排量低于铝、镁、碳纤维强化塑料等其他材料。

·为开发新技术，国际钢铁协会IlSI（InternationalIronandSteelInstitute）于2007年12月将启动FSV（FutureSteelVehicle）。

——FSV作为全球研究开发合作组织，是继ULSAB、ULSAC、ULSAS及ULSAB-AVC后，第5项汽车钢材技术开发项目。

该项目由llSI下属汽车部门WorldAutoSteel负责。

——项目共包括第1（工程调查）、第2（概念设计）、第3（公开作业）三个时期。

第1时期将由德国EDAGEngineering和DesignAG合作开展，可能2008年完成。

*ULSAB=UltraLightSteelAutoBody

C=chassis

S=suspention

AVC=AdvancedVehicleConcept。

*WorldAutoSteel加盟企业

AreelorMittal、Baoshan（宝山）、Corus-Tata、现代制铁、JFE、神户制钢、新日铁、Nucor、POSC0、Severstal、住友金属工业、ThyssenKruppStahl、USIMINAS、USSteel、voestalpineStahl。

（依照IISI/WorldAutoSteel及AISI公布资料制作）

●丰田公布碳素纤维车身的1/X（2007年10月）

·丰田于2007年10月在东京汽车展上公布碳素纤维车身的环保概念车1/X

——1/XPrius与Prius拥有相同的车内空间，燃耗约比Prius节约2倍，重量达420kg（约为Prius的1/3）。

车架采纳轻量且高刚性材料的碳素纤维强化塑料，确保碰撞安全性的同时，立柱之间有较大的视野空间。

（依照丰田公布资料制作）

3SABICIP车身外板用树脂的开发

·SABICInnovativePlastics（原GEPlastics，本部：

美国马萨诸塞州）宣布与多家汽车制造商合作，开发采纳树脂材料车身外板的概念车。

——LandRoverLRX：

LandRover于2008年1月在NAIAS（北美国际汽车展）上公布两款概念车LRX。

全景天窗、侧窗及后窗均采纳SABICIP的LexanGLXtEXATEC*表面涂层技术。

——现代QuarmaQ：

现代汽车于2007年3月在Geneve车展上公布CUV的高技术版展览车（DEMOCAR）QuarmaQ。

该款车广泛采纳先进树脂材料，减重60kg。

——OpelFlextreme/ChevroletVolt：

GM在2007年公布两款概念车。

采纳VolaxIQ、XenoyiQ、NextGenLexanGLX。

*EXATEC是原GEPlastics和BayerMaterialScience于1998年对半出资成立的合资公司。

开发车用玻璃（树脂替代玻璃）技术和用于PC（聚碳酸酯）的表面涂层技术。

到2007年往常，GEPlastics（当时）已成为其全资子公司。

（依照SABICInnovativePlastics公布资料制作）

树脂：

轻量化车体外板的应用动向

供应商

汽车

采纳日期

备注

SABICIP/

（GEPlastics）

悍马（Hummer）H3

2006

在挡泥板上采纳NorylGTX树脂。

三菱DelicaD：

5

2007

替代钢铁实现车身轻量化，前方挡泥板采纳NorylGTX树脂。

本田Civic

（欧洲市场）

2006

本田在新Civic（欧洲市场）的后窗上采纳SABIC开发的树脂LexanGLX。

LexanGLX是SABIC开发的替代玻璃用聚碳酸酯树脂。

OpelCorsa

2007

开发2007年上市新款Corsa采纳的全景天窗。

使用SABICIP开发的LexanFXDl23树脂。

Opel是继2005年推出的Zafira后，又一款全景天窗车型。

SABICIP/Visteon

标致（Peugeot）

307三厢车

（中国市场）

2008

使用SABICInnovativePlastics的NorylGTX树脂挡泥板也将装配在中国上市车型标致307上。

尽管标致雪铁龙（PSA）7年前已在欧洲推出了采纳该树脂挡泥板车型，但在中国市场推出采纳此类产品尚属首次。

开发之际，得到PlasticOmnium协助，由与Visteon的合资公司——DFV（DongfengVisteonAutomotiveTrimSystems）负责本地生产，向DPCA（东风雪铁龙）供货。

SABICIP宣称，通过使用聚苯醚（PPE）和聚酰胺（PA）混合而成的NorylGTX材料，最大可减重50%。

Plastic

Omniuin

宝马X5

2007

2007年车型改款时，采纳与PlasticOmnium共同开发的树脂制挡泥板组件。

挡泥板组件是用热塑料（PP-EPDM）将车轮罩、空气引导装置、前大灯、GPS、安全气囊感应器、空气冷却器、机油冷却器安装在挡泥板上构成。

美国实行适时供应。

首款X5使用ThyssenKruppBudd生产的铁制品。

（依照各公司公布资料及各种报道制作）

4奥迪通过铝铁混合实现车身轻量化

·为实现新TT车身轻量化，奥迪开发出铝和铁最佳比率的混合材料车身。

白色车身重206kg，比纯铁车身轻48%。

——206kg包括铝140kg和铁66kg。

铝制品中包括板材63kg、铸造零部件45kg、压型32kg。

——TT整车重量的69%是铝制品。

——底板后部、门及后备箱盖采纳铁素材。

·奥迪轻量车身开发体制

——奥迪l994年在Neekersulm工厂配备轻量铝材料的研究设施。

形成AudiA8的ASF（AluminiumSpaceFrame）设计理念。

A2和A8采纳ASF技术。

——2003年更名为ALZ（AluminiumandLightweightDesignCentre），进行高张力钢材、拼焊板、纤维强化塑料及镁等全部轻量化材料的研究。

奥迪车辆重量每减轻l00kg，燃耗可节约0.3L/l00km，CO2排放可减少7.5～12.5g/km。

5铝轻量化车体外板的应用

铝轻量化车体外板的应用

供应商

汽车

采纳日期

备注

Novelis*加拿大、印度系）

梅赛德斯-奔驰（M-Benz）C级

2007

向梅赛德斯-奔驰C级供货。

为此，在瑞士Sierre设有压延机装备。

宝马（BMW）X5/X6

2007

供应发动机罩用铝板。

同时也向宝马3、5、7系列及Z4供货。

GMYukon/Tahoe的Hybrid版

2007

供应发动机罩及升降门用铝板。

Yukon/TahoeHybrid比差不多款减重400磅。

铝板减重可抵消替代驱动增重。

DodgeTown＆Country，GrCaravan

2007

供应发动机罩铝板坯料。

通用凯迪拉克（GMCadillac）CTS

2007

向2008MY**凯迪拉克CTS供应发动机罩用铝片。

GMCAcadia/BuickEnclave

2007

自2008MY开始供应发动机罩用铝片。

奥迪R8

2007

除奥迪R8外，还向奥迪TT、Q7、A6供应铝片。

铝及轻量材料的研究机构——德国Neckersulm的ALZ（AudiLightweightDesignCentre）负责奥迪车身轻量材料的研究项目。

Alcoa

（美国）

日产GT-R

LamborghiniMurcielago

保时捷（Porsche）Cayenne

ShelbyAuto（FordMustang）

2007

不详

不详

不详

供应采纳AVDC（AdvancedVacuumD