夏天到了,大家最喜欢做的事也就莫过于能吃上一压西瓜,解渴消暑都是极好的。可是最近就发生了一件让人“心疼”的事件,一辆装有西瓜的货车在高速公路上,发生刮擦事故,导致货车上的西瓜散落一路,被碾碎成渣,事故现场一片狼藉,那么问题来了,根据西瓜外皮的厚度和密度来看,一些过往车辆本身是量轻化性质的,能否压碎西瓜呢?我们一起来了解一下。

2.5吨西瓜碾成渣 论汽车量轻化的重力平衡碾压度

对于量产车,轻量化是有一个前提条件的,那就是要建立在汽车整体品质、性能、造价不变或者更优的基础上。也就是说,虽然减配可以减轻车重提升性能。

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轻量化可以非常有效地提高整车性能,它是所有超跑和赛车的必修课程,但是对于平民量产车,通过减配来减重的方法是行不通的。尤其在充分竞争的市场环境下,各家车企都在针锋相对地拼配置,如果别出心裁来个减配,那只会被别人误会是利欲熏心。

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对于量产车,轻量化是有一个前提条件的,那就是要建立在汽车整体品质、性能、造价不变或者更优的基础上。也就是说,虽然减配可以减轻车重提升性能,但真正的轻量化不是减配,而是在原来的性能目标基础上进行优化,通过从材料、工艺、结构上面的重新设计,实现更加轻盈的整车重量。

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所以,轻量化不等于减配,它更像是汽车的一种自身修为,在各种外界条件的限制下,实现内部矛盾的自我化解。至于需要通过什么样的方式来实现轻量化,上一段已经提及了,可以从三个点切入,分别是材料、工艺和结构。

【轻量化材料】

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这个方面大家多少都知道点,好的材料会更轻更强,铁的换铝的,铝的换碳纤维的,基本按照这个套路进行升级。但请大家记住一点,汽车不是航天飞机,它们被造出来是要卖钱盈利的,成本永远是量产车绕不开的生产要素,好材料不是想用就能用的,都是要花银子的!

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但反过来说,假如一种材料逐渐被量产车广泛使用,那么其至少满足了以下几点:生产规模化,成本可控,有加工一致性,综合性能优于被替代材料。这些,都需要基础制造工业的不断进步来推动,过程虽然漫长,但却意义重大。

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近些年,高强度钢在汽车制造领域中的大规模地使用就是一个成功的例子。汽车工程师针对车身结构不同部位的受力条件和安全要求的不同,对钢材进行差异化的选择。该结实的地方用高强度的钢材,如A柱、B柱和纵梁等位置,它们的强度贡献了事故中乘员舱的抗溃缩的能力,而其他地方可以选用成本较低的钢材起到基本的结构功能。
 

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现在,一台车的钢材通常会被分作5~6个等级,这样才能做到更好的物尽其用。好的钢材固然会更贵,但是反过来也节省了材料,关键还有油耗这个大爷脸色好看了不少,这一增一减一成全,做的其实就是一件优化资源配置的事情。

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据统计,对不同的钢材进行精细化的使用,可以让白车身的重量下降25%左右,同时还能让车身的刚度和强度都有不少程度的提升。而白车身一般会占到整备质量的四分之一,按照1.6吨的车算就是100kg的轻量化潜力,所以白车身这部分的改进空间早就成为了兵家的必争之地。

【轻量化工艺】

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好的工艺可以让材料更加节省,同时也让加工变得更加简单便捷。就拿激光焊接对比点焊来说,最直接的贡献就是少掉了两道翻边,不仅减轻了重量,还能做到外形上的美观。

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在国内司空见惯的后备箱宽镀铬条,大多数人会理解为用来增加豪华氛围的,但是更要紧的功能其实是焊接翻边的遮羞板。不好意思,我好像不小心说漏了个内幕!

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锻造轮毂和铸造轮毂也是两种工艺,玩改装的朋友都知道锻造轮毂会更好,因为锻造轮毂的金属铝是在高压条件下成型的,材料更加致密,轮毂的辐条可以加工的更细,轮毂的重量自然就可以做的更轻。

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轮毂是簧下质量,这方面的轻量化对汽车的性能会有质的影响,坊间素有“簧下一斤,簧上十五”的说法,但光从轮毂是个旋转件来说,两倍的轻量化功效至少是有的。只可惜锻造轮毂的工艺太贵了,买菜车标配不起。

【轻量化结构】

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这点或许没有前两点的直观,大多数的设计细节都被盖在车身内外饰之下,看不见也摸不着,但是需要工程师们投入的心血却是最多的。
 

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和以前用硫酸纸绘图相比,现在的汽车工程师借助CAD(计算机辅助设计)、CAE(计算机辅助工程)软件,已经可以很方便地在计算机中对汽车进行零件设计和实验模拟了。

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再也不用反复“造样车拿去撞,不行!回炉重新设计”这样子重复而愚蠢地工作了,绝大多数的结构设计问题在电脑软件上都可以被发现和规避。但是,怎么做的更轻,那是另一个深度。

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所谓更轻的结构,其实就是把不需要的材料从结构上拿掉,重要位置上材料的使用得恰到好处,这和使用不同强度的钢材有着异曲同工之妙,只是需要选择和设计的内容会更多更复杂。上面是一个钢管车架的受力模拟,可以看到车架会显示出不同的应力大小。工程师根据受力的状况来判断改进的方向,红色的地方应力较大,可以适当增加管径或者厚度来缓解,而蓝色部分较小,可以选择更细或者更薄的管子来替代。

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然而,上一段里展示的只是一种相对简单的模型,真实的汽车上使用的最多的都是钣金件,那么设计起来就要复杂得多的多,难度自然就大大增加。如果大家非要了解车身结构力学、有限元、拓扑这类一个比一个艰涩难懂的东西,那可以继续施法召唤,这个系列里我就不展开了,点到为止。

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最后给大家看一个容易懂的,一种合理的结构大概会长成什么样子呢?这是空客A350上的一个行李舱安装架的样子,飞机上的轻量化需求要比汽车更加迫切一些,所以他们会用钛合金把零件加工成这个样子。你们算一算,超载的行李每公斤要收多少钱,乘以飞机一生4万次起落,就大概知道把零件做成这样值得付诸什么代价了。

【三位一体】

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虽然全篇分为了三点展开说,但事实上,材料、工艺和结构在汽车上发挥的作用一直都是相辅相成地来实现的,换了新的材料就需要用新的工艺,或者新的工艺可以实现更复杂的结构,然后新的结构又需要更强的材料。它们之间不光时刻紧密配合,还相互促进推动发展。

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每一个零件上都积聚着材料、工艺和结构共同的智慧,而轻量化就是它们三位一体的化身。这三者的融会贯通正是汽车工程师们修炼的当家内功,也是一个品牌的设计水平和制造能力的最终体现。