有时候我们会在汽车领域里面发现一个很有意思的现实,那就是如果你希望汽车在移动的时候能够更少的对环境造成影响,那么最好的方式就是尽可能少的移动较少的质量的物体。如果换一句话来说,就是说,我们要让交通工具的重量尽可能的轻质化,越轻越好。当然了,我们所谓的汽车轻量化,是指要在保证汽车的强度和安全性能的前提下,尽可能多地降低汽车的整备质量,从而提高汽车的动力性,减少燃料消耗以降低排气污染。
汽车轻量化的好处多多。研究显示,若汽车整车重量降低10%,燃油效率可提高6%-8%;汽车整备质量每减少100公斤,百公里油耗可降低0.3-0.6升,汽车重量降低1%,油耗可降低0.7%。此外,车辆每减重100公斤,二氧化碳的排放量可减少约5克每公里,因此,汽车轻量化对于节约能源、减少废气排放十分重要。在驾驶方面,轻量化以后,汽车的整体加速性将会得到显著提高,操控的灵敏性随之变高,车辆控制的稳定性、噪音、振动等方面也均有改善。
轻量化的手段无非就是对汽车总体结构进行分析和优化,实现对汽车零部件的精简、整体化和轻质化。结构合理设计主要包括以下三个方面:一是通过结构优化设计,减小车身骨架及车身钢板的质量,对车身强度和刚度进行校核,确保汽车在满足性能的前提下减轻自重。二是通过结构的小型化促进汽车轻量化,主要通过其主要功能部件在同等使用性能不变的情况下缩小尺寸。三是采取运动结构方式的变化来达到目的,比如采用轿车发动机前置前驱和超轻悬架结构等,使结构更紧凑,或采取发动机后置后驱的方式,达到使整车局部变小,实现轻量化的目标。
对于第一个要点,汽车制造商们都在为之努力。例如奥迪以及捷豹之类的著名车商都在这方面是比较擅长的,尤其是在利用金属铝进行量产方面。轻量化的最主要手段就是轻质材料的大量应用,如铝、镁、陶瓷、塑料、碳纤维复合材料等。机体是发动机中单件质量最大的零件,一般都超过发动机质量的1/4,甚至接近1/3。与铸铁发动机相比,全铝合金发动机可以轻一半的重量。后来是铝镁合金在汽车上的广泛使用,镁合金的密度为1.8克每立方厘米,是铝合金的2/3,不足钢的1/4。早在1938年,大众就第一次对甲壳虫轿车的变速器壳体使用镁合金材料,现已广泛应用于车身、发动机、变速器、悬架等部件。丰田的1ZZ-FE发动机,使用塑料进气管、不锈钢制的排气管等各种轻量化零件,被丰田宣布为世界上同排量中最轻的一款,只有96公斤。后来,丰田的"1/X"混合动力车车身骨架通过采用重量更轻、刚性更强的CFRP(即碳纤维复合材料),车体重量仅为420kg,这款车曾创造出百公里耗油2.7升的超低燃耗纪录。不过我们现在必须要面对的一个现实就是,在这场战斗之中,我们现在比较出色的前锋,也就是质量十分轻盈的碳纤维,和没有能成为我们的主力战斗力量。其实,碳纤维是一种力学性能优异的新材料,它的比重不到钢的1/4,抗拉强度却达到钢的7-9倍,以其制造的汽车可以节约燃油30%。碳纤维最初只应用于军事、航空航天等高科技领域,随着近年来碳纤维行业的逐步发展,才慢慢向汽车以及其他民用领域扩展。