说不完的汽车用铝——全铝乘用小汽车族谱

    近些年来,关于实现汽车轻量化的技术不断涌现.所谓汽车轻量化就是在保证车的强度和安全性的前提下,尽可能地减轻汽车的自身质量,进而提高车的动力特性,减少汽车行驶过程中的阻力,降低能耗,从而达到节能减排目的.

    美国能源部和欧共体的研究显示,汽车自身质量降低10%,燃油效率可提高6%~8%;汽车质量每减少100kg,油耗可降低0.3L/100km~0.6L/100km.这里所说的汽车是指乘人小车.日本科学家曾做过试验,在城市标准公路上行驶时,84%左右能耗消耗于车的自身质量.因此汽车轻量化已成为当前世界汽车发展的潮流.

    2013年中国汽车的平均能耗为7.5L/100km,国家规划定下的节能减排目标为:2015年新车的能耗要下降到5.9L/100km,2020年达到4.5L/100km,比美国的标准还低一些.要实现这个标准,惟一的主要措施就是降低车的自身质量,采用轻量材料如铝、镁、钛、复合材料代替钢、铸铁制造零部件.欧洲汽车制造企业也正在推行"超轻型汽车工程",其目标是在现有价格基础上将车的质量降低30%.

    铝是最早成为钢材替代品的汽车制造材料,早在1899年欧洲汽车企业就采用了铝铸造变速器壳体,距铝的工业化生产法发明1886年仅13年,距铝的工业化生产1888年仅11年.在现行的技术条件下铝是性价比最好的可代替钢与铸铁使汽车轻量化的材料,可使汽车自重减轻30%~40%.铝现在已经成为汽车制造中用量仅次于钢与铸铁的材料,在全铝汽车中已跃居第二位.未来汽车行业铝深加产品的应用,将占应用领域中最大比例,因此,乘人小车铝的应用是推广铝在汽车应用的牛鼻子,它的单车用铝量虽比重型卡车的低得多,但车的产量大,几乎占全球汽车总产量的60%弱,欲推广铝在汽车中的应用,必须紧紧牵住这个牛鼻子.

    2014年全球汽车用铝量:北美不但是总用量最多的,也是单车用量最大的,150kg/辆;欧洲第二,单车用铝量145kg/辆;日本第三,单车用铝量140kg/辆;中国虽是全球最大的汽车生产国,却是单车用铝最少的,仅110kg/辆.

    全铝乘用车

    1. 全铝乘用车家族的长子——Audi(奥迪)A8

    虽然早在1899年铝就用于制造汽车发动机系统的零件,但全铝汽车直到1994年才诞生,它是全铝乘用车家族的长子,名为Audi A8.所谓全铝车笔者给的定义是,在现有的技术条件下,凡是可用铝合金制造的零部件全变成了铝的.

    Audi A8乘用车1997年进入美国,它的构架是奥迪公司与美国铝业公司10年的研发结果,板材、型材用了7种航空铝合金,连接件是真空压铸的.与钢车相比,Audi A8的质量下降40%,安全性、操作性、乘坐舒适性、燃油经济性、刚性等都有相当大的提高,被誉为"21世纪的首款豪华轿车",将引领21世纪轿车发展潮流.

    Audi A8该车的挤压铝材骨架,根据奥迪空间构架(ASF,Audi Space Frame)理念设计的.该车铝合金型材构架由真空压铸件连接,挤压材是用高强度航空铝合金生产的.

    2. 家族中的运动健将Ferrari 360 Modena

    1992年~1994年英国制造的美洲虎(杰戈娃)XJ 220型汽车是铝密集型车,但还不是全铝车.之后,设计组接到非常明确的新任务,设计质量更轻、刚度更大、操作更方便、内容空间更大,而价格又上升不多,这就是法拉利Ferrari 360 Modena,铝在这款车上起了至关重要的作用,总用量为562.5kg,而车的总质量为1406.2kg,车的铝化率40%.另一款铝密集型轿车是克莱斯勒汽车公司(Chrysler)与美国铝业公司联手研发的"普利茅斯徘徊者(Plymouth Prowler)",不但采用了一些新的铝材,而且还开发了一些新的工艺.

    美洲虎XJ220型车1994年的售价 $706000,底盘为粘结蜂窝结构,车身为全铝,还用了不少其他铝合金零部件,从而车的刚度大为提高,质量显著下降.

    3. 全球首款轿车XE及奥迪TT

    全球首款轿车型跑车XE是英车捷豹旗下运动型轿车系列的最新成员——全新XE不但于2014年接受欧、美消费者的预定,而且于2015年初向中国消费者提供了三款车型,搭载2.0L涡轮增压发动机的XE R-Sport(低功率及高功率)以及搭载3.0L V6机械增压发动机的XE S,售价分别为478000元、528000元和688000元.

    XE轿跑车身75%以上采用铝材,以铝制之身,铸不摧之韧,是同级别车型中唯一使用高密度铝材单体壳式车身结构的车型,也是有史以来最具燃油经济性的捷豹车型.在动力方面,XE型轿跑由2.0L涡轮增压发动机(低功率及高功率)以及3.0L V6机械增压发动机分别149kW、179kW、254kW的最大功率.XE系列车除了在英国生产外,还将在中国的常熟工厂生产.

    新款奥迪"TT"轿跑继"奥迪A3(Audi A3)"、"大众高尔夫(Volkswagen Golf)"等之后采用了大众集团的新一代平台"MQB",采用铝合金后,车身大幅减轻.

    车身结构与上代车型一样,继续采用铝合金及钢板的"ASF"(Audi Space Frame,奥迪空间框架),门槛梁及车顶纵梁使用铝合金冲压,前盖、车门及后备箱盖也是用铝合金冲制的.

    在TT轿跑中,乘客的保护结构仍是钢质的,对需要保护强度的构件是用低合金化高强度钢板冲制的,因而质量下降了.配备2.0L直喷涡轮发动机.与上一代的2.0TFSI轿跑相比,新一代轿跑由于采用了铝合金使质量减轻了50kg.

    4. 全铝车身凯迪拉克CT6

    通用汽车公司的凯迪拉克全新旗舰车型CT6采用全铝车身.它的自身质量与CTS其他车型接近,但车身比后者的大,其名字CT6来自于"Cadillac Tourer6"(凯迪拉克旅行者6).据称,在CT6之后,还将生产CT9,它的定位将高于奔驰S级车.

    5. 捷豹F-TYPE Coupe智能全铝架构车

    英国捷豹公司新近推出的F-TYPE Coupe型车,是一款智能型的高性能双座硬顶跑车,全铝架构,具有相当高的灵活性,实现模块化设计,是一类全新的中型豪华运动轿车,它的亮点是:高度智能化,全铝车身打造和轻量化架构.

    6. 劳斯莱斯新款铝合金SUV

    英国劳斯莱斯汽车公司的新款SUV车型(sport utility vehicle,运动型多用途车)是基于一个全新的铝合金平台打造的类似于幻影所采用的铝合金空间构架,是这一车型领域的全球旗舰车型,它的车身长度与幻影型车的几乎相等,并且具备非常现代化的前脸造型,售价242万元~270万元,顶配车型的价格却高达485万元左右.此款新SUV车的主发动机为幻影所采用的6.8LV12的发展版.

    7. 用铝量最多的F-150型皮卡

    美国福特汽车公司生产皮卡车(Pickup)是世界上产量最大的一款汽车.皮卡(pickup,PU)是一种客货两用车,采用轿车驾驶室,货箱系敞篷式,后档板可放下,操作及车身长度与轿车相仿,装载质量不大于0.75t.

    福特汽车公司2015款F-150 pickup车型的车身材料的97%为铝材,较前一版本的钢制车身的减重320kg,燃油效率提升30%.F-150一直是福特旗下的经典皮卡,多年高居美国十大畅销车榜首,2013年的销量超过76.3万辆,占美国皮卡市场份额的40%.全铝F-150皮卡不仅外观亮丽、轻盈,而且仅比钢车价格高150美元.全铝F-150 pickup的推出,是铝材首次用于制造全尺寸皮卡的绝大部分零部件.高盛公司认为,福特新款F-150 pickup车身采用铝材只是行业大量用铝的序幕,仅是汽车制造业用材变化的"冰山一角".至2014年年底,F-150 pickup的预计量已超过40万辆,2015年进入常态生产后,铝的消费量可达600kt/a,成为全球用铝最多的一款汽车.F-150 pickup的铝车身质量约317kg.

    在推出F-150 pickup的同时,福特内部人士透露,福特内部人士透露,福特Explorer(探险者)和Expedition(远征)两款车型将追随2015款福特F-150 pickup的脚步,采用全铝车身,福特新车所有的计划都是朝着全铝车身的规划前进,下一代福特Explorer将于2019年或2020年投产.福特公司一直在孜孜不倦地寻找提高燃油效率减少二氧化碳排放的措施与途径,这意味着新车型将采用更符合空气动力学的造型和更有效的发动机与变速器.

    F-150 pickup在2015年底特律车展上一亮相,在美国市场的最大竞争对手通用汽车公司(GM Auto)就红了眼,立马宣布将在下一代的雪佛莱Silverado与GMC Sierra车上尽可能多地采用铝合金材料,以求在燃油使用效率和车身刚性上寻找最佳的平衡点.F-150 pickup由于铝合金的大量采用,在油耗、刹车、加速和承载能力达到了有史以来表现最为平衡的车型,成为汽车工业的最佳典范.

    早些时候通用汽车公司与美国铝业公司、诺贝丽斯铝业公司签订了合作协议.以期望在今后的新车换代研发上能够立足于轻量化和环保的设计理念.

    参展2015北美国际汽车展的铝合金密集车

    2015北美国际汽车展于2015年2月在美国底特律举行,现将有代表性的铝密集汽车与全铝汽车简介于下.

    1. Infiniti Q60概念车

    英菲尼迪(Infiniti)汽车公司总部在中国香港特区,组建于1989年,在日本、美国、中国都建有汽车制造厂,在英国的厂于2015年投产,在墨西哥的可于2017年建成,在全世界50多个国家与地区设有销售网点.在展会上亮相的Infiniti Q60概念车的车身是用铝材与碳纤维打造的,是一款坚韧的强有力的新型双门单排座轿车(coupe),内部装设豪华,装有双涡轮V6发动机,7档自动变速,最大功率336kW.

    喷涂以特殊颜色的Infiniti运动车名为"阿克蒂克铝",似用一整块铝车削成的,前后灯光均为LED,银光熠熠,高贵华丽.Infiniti Q60车可于2016年批量生产.看来,Infiniti Q60概念车在性能、造型、外观等等方面已比德国车胜出一筹.

    2. 奥迪全新2016 Q7——最轻的7座SUV

    在车展上首次亮相的奥迪全新2016 Q7是一款运动车是利用大众集团新MLB Evo平台打造的,极具SUV色彩,既保留奥迪公司的优秀传统,又比上版本车轻了许多,其底盘脊骨是用超高强度钢冲压成形的,铝合金零部件占了相当大的比例.前、后部与悬挂系统的许多零件都是用铝合金铸件、挤压型材与壁板加工的,门、前保险杠、发动机盖、天窗等全是铝合金的.

    2016 Q7车装有3.0L丰田直接点火装置(TDI)发动机,由于铝合金材料的大量应用,使车的质量减轻了325kg,达到了1995kg,是高级7座位多用途跑车(SUV)中最轻的.

    3. 杰戈娃(美洲虎)F-Pace

    在2015底特律车展上展示的Jaguar(杰弋娃)F-Pace多用途跑车是杰戈娃汽车公司的首款全新的铝密集型车,将于2016年批量生产.新版Jaguar F-Pace是原型概念车Jaguar C-X17的改进型,2013年在法兰克福车展上展出.

    Jaguar F-Pace是一种介于多用途跑车(SUV)与高级轿车(Saloon)之间的车,许多零部件都是用平轧铝材、挤压材、锻件、铸件与压铸件制造的,有些零部件还经过阳极氧化处理,呈完美的黑色色调,看起来十分优雅柔和.