汽车电动化智能化革命没铝寸步难行

    随着全球汽车排放法规日益严苛,实现车辆轻量化的目标对于一众跨国车企而言仍是头等大事.众所周知,油耗、二氧化碳排放量与车身重量成正比,而铝的重量只有钢重量的1/3.为了达到汽车减重的目的,车企纷纷将目光转向铝材,希望以此提高汽车的燃油经济性、降低二氧化碳排放量.当前,以自动驾驶和电动汽车为主要方向的新技术革命正在席卷汽车业,这将进一步推动全球车用铝材需求增长.

    近日,全球知名铝材生产商诺贝丽斯预测,由于中国电动汽车产量不断攀升,今年亚洲汽车业铝材需求将增长20%——25%.铝材在安全性、耐久性、灵活性、环保性等方面的综合优势,获得越来越多汽车业内人士和消费者的认可.但与此同时,铝材成本高、强度低和焊接性能差等缺点也不容忽视.如何善用铝材来推进汽车电动化和智能化的发展,仍是摆在众多汽车制造商面前的一道难题.

    铝材助电动汽车减重

    近日,德国零部件供应商大陆集团公布了一项最新研究成果,一款专门为电动汽车研发的新概念车轮.大陆集团对车轮及轮轴进行全新设计,其中轮胎外圈采用的就是铝质行星齿轮架,采用螺栓连接方式将该设备牢牢地固定到轮毂上,刹车盘也采用了铝材.大陆集团表示,该设计通过减轻轮胎重量,优化了电动汽车的制动,同时消除了可能遭受腐蚀的传统制动转子的不良制动性能.与此同时,该设计也有利于降低汽车的维护成本,延长汽车的使用寿命.

    当前,新能源汽车的快速发展,将大大带动车用铝材的需求.与传统燃油汽车相比,在有限电池容量的前提下,为了最大程度地增加续驶里程,解决电动汽车的轻量化问题显得更为迫切.对于电动汽车而言,消费者最大的诉求就是保证续驶里程.在单体电池容量不变的情况下,增加续驶里程就必须安装更多电池,而电池是电动汽车最主要的成本之一,安装更多电池不仅会显著增加成本,而且车身重量增加也会消耗更多电能.因此,让电动汽车"瘦身"的紧迫性远大于传统燃油汽车,而使用铝材可以有效减轻车身整体重量.

    铝合金在新能源汽车中应用可以提升效率、降低油耗和节能减排,因此,全铝车身是新能源汽车轻量化的发展方向之一.特斯拉旗下代表车型——Model S采用了全铝车身.今年上半年,特斯拉Model S荣膺美国市场最受欢迎的豪华车型,销量碾压奔驰、宝马.除了其充满科技感的设计和构造,Model S最引人注目的特点之一就是采用了铝合金作为车身框架材料,使得整体车身重量大幅降低,同时为消费者带来了更好的驾驶体验.

    采用铝材作为车身材料,可以有效减轻车身重量,并降低制造成本.欧洲铝业协会的一项研究表明,以大众高尔夫电动版为例,在相同续驶里程的情况下,铝制版车身携带的电池重量小于钢制版,全铝车身比钢制车身需要的电池容量减少了9%.虽然全铝车身成本较高,但由于车身减重节约的电池成本比采用全铝车身而增加的成本还要多,平均下来每辆铝制电动车比传统钢制电动车便宜635欧元.

    自动驾驶不畏铝价高

    未来,自动驾驶汽车将发挥着越来越重要的作用.行业机构预测,到2035年,全球具备不同自动驾驶水平的汽车总量将达到3000万辆.业内专家指出,自动驾驶汽车数量的快速增长也将带动铝材消费的大幅提升.据美国密歇根大学近日发布的一项研究报告,未来,由自动驾驶汽车承担的总行驶里程预计将增长75%以上,这势必要求自动驾驶汽车采用更加节能和轻量化的产品设计,以提升能源效率.

    目前,由于成本较高,铝材还无法在汽车业实现大规模应用.但自动驾驶车辆的价格不菲,车企可以在自动驾驶汽车上使用铝材,再将成本分摊给终端用户.未来,自动驾驶汽车行驶的里程将大大超过普通家用车辆,而且由于人为因素导致的事故发生率较低,未来大量应用铝材的自动驾驶汽车很可能会被提供汽车共享服务的运营商及出租车公司所采用.而且,自动驾驶汽车能够昼夜不停地提供服务.因此,自动驾驶汽车可以采用更多铝材以实现车辆的轻量化,进而提升铝材在汽车业的应用.

    今年7月,首款具备3级自动驾驶水平的量产车奥迪新A8正式发布,这款"解放驾驶员双手"的产品,采用的就是铝制车身,用实践证明了铝材是自动驾驶汽车不可或缺的"好伙伴".对于车企而言,在自动驾驶和电动汽车中采用大量铝材,有助于抵消锂离子电池的整体成本.随着电动汽车以及自动驾驶汽车的进一步发展,未来铝材也将得到更广泛的应用.

    成本仍是一大拦路虎

    据法国达科研究机构最近发布的一份调研报告,未来十年,铝材在汽车行业中的应用将激增42%,但增幅明显低于之前的预期.该机构分析师迪克·舒尔茨表示:"未来,铝材在汽车材料中的占比可能不会有现在这么高.以福特F150为例,虽然该车在采用铝材后减重700磅,但制造成本却增加了1000美元."他认为,为了平衡成本,未来福特F-150可能会倾向于增加其他材料的使用,铝材用量将会减少.

    的确,上一代奥迪A8的车身采用了92%的铝合金,但新一代产品却使用了铝合金、高强度钢、镁合金以及碳纤维复合材料来打造车身,铝合金的比例降至58%.对此,奥迪德国轻量化设计中心工程部经理亚历山大·科比尔克表示,现在法规提高了对电池保护的强度要求,因此加入高强度、热成型的钢材势在必行.与上一代产品相比,新一代奥迪A8的扭转刚度提升了24%.而且,钢材的隔音特性更好,能有效降低车内噪声.换言之,全铝车身目前仍存在强度低、扭转刚度不足以及隔音效果差等缺点,难以满足汽车安全及舒适性能的高标准和高要求.

    此外,全铝车身的维修和养护费用也比较高.丰田汽车负责采购和供应商的副总裁罗伯特·杨坦言,在日本汽车制造商眼中,为了提升产品的燃油经济性,采用较轻的铝材代替钢材也许是必要的.但在面临铝材和钢材之间的抉择时,他们仍需要在成本、可靠性、涂料相容性、强度和质量等方面进行权衡.