為宏偉里程目標而奮斗的汽車廠商曾將混合動力車和電動車稱為未來的潮流,但它們卻發現了一條提高燃料效率的更快捷的途徑:改造傳統汽油車輛的生產方式。
過去一個世紀,汽車主要用鋼鐵制造。但為了讓小汽車和卡車每消耗一加侖油能夠跑得更遠,本周齊聚美國汽車城底特律參加年度車展的生產商都在采用更多的塑料、鋁和鎂來取代鋼鐵,給汽車“減肥”。其中一些材料過去只在高端跑車上出現。
只有少量采用新型輕量材料的零部件被應用在了現有車型上,如福特汽車公司運動型多用途車Explorer的鎂制后擋板。但在四到六年之后,汽車公司將推出各種經過徹底重新設計、采用多類特種材料的汽車。
福特正在測試皮卡“F-150”的一款原型車,計劃在不晚于2015年的時間發布。據福特說,其車身板件用鋁、而非鋼鐵制成,重量將比現行款式輕700磅(318公斤),相當于減輕了15%左右的重量。
在底特律舉辦的北美國際汽車展還將在本周展出其他一些輕型汽車。周日亮相的新款雪佛蘭科爾維特采用了鋁制底盤,以及碳纖維合成材料制成的引擎蓋和車頂。一級方程式賽車(F1)的跑車也采用了碳纖維合成材料。寶馬將展出一款骨架采用同種合成材料的電動車。林肯新款MKZ轎車將展示其鋁制車頂骨架。
本田汽車公司美國能源戰略高級經理比嫩費爾德最近在一個關于燃油經濟的論壇上說:10幾年后的汽車將顯得大為不同,我們將重新定義常規汽車。
美國聯邦政府要求,到2025年,汽車平均每加侖(3.8升)行駛里程要達到54.5英里(87.7公里)。歐洲已經設定的二氧化碳排放限量實際上也規定了類似的目標。
“減肥”是汽車生產商為實現這些目標將會采用的一個策略。密歇根州特洛伊市場研究機構Ducker Worldwide預計,到2025年,通過加倍采用金屬鋁,汽車平均重量將減輕400磅(181.4公斤)。目前鋼鐵約占汽車平均重量的56%,Ducker預計到時候將下降至46%。
通用汽車、福特汽車和克萊斯勒共同成立的美國汽車研究協會估計,到2020年平均每輛車將采用350磅的鎂,取代500磅重的鋼鐵。
從最近在密歇根州安阿伯舉辦的一個燃油經濟論壇上可以進一步窺見將來的模樣。福特材料研究經理Matthew Zaluzec向大家展示,福特面包車Transit Connect一個側窗采用的六磅重玻璃板可被聚碳酸酯塑料取代。他說,這種材料僅重3.7磅,重量減輕40%。
他身后的架子上掛著兩個一模一樣的擋泥板。它們都用一種名叫片狀成型料的塑料制成。其中一個擋泥板采用玻璃碎片加固,重10磅。另一個采用空心玻璃球,重6.9磅。
福特還展出旅行車C-Max Energi,其動力來自一臺汽油發動機或一臺采用可充電電池組的電動馬達。每加侖行駛里程評定為47英里,不過《消費者報告》(Consumer Reports)說,該車在它的測試中一加侖只跑出39英里。
Zaluzec說,當前這款車的零備件幾乎沒有鋁材或鎂材。他說,如采用這種輕型材料,會讓每加侖行駛里程接近規定的54.5英里。他說,我們可以做到,我有信心。
汽車生產商說,輕型材料能為乘客提供與鋼材同等程度的安全,因為可以相同的強度設計制造替代鋼材的零備件,如鋁支柱等。生產商說,賽車就是用類似的輕型材料制成的。
這一戰略會給汽車行業帶來一定程度的不確定性。鋁材在價格上比鋼材貴,鎂材就更貴。汽車生產商并不確定提高新車價格彌補成本上漲是否可行。此外,新材料比鋼材更難成型。例如,生產鎂材沖壓件很難,原因就在于這種金屬容易回彈至原來的形狀。
改變以往的做法,采用輕型材料,這是汽車行業一個具有重要意義的改變。2010年以前,汽車生產商一直在發動機上做文章,競相推出400馬力及以上的更強大發動機。滿足客戶對更大功率發動機的需求使得廠家很難提高汽車的燃油經濟性。更大功率的發動機必然需要更大的發動機支架、更重的剎車和更硬的懸架,而這會增加整車重量,提高油耗。
很多汽車業高管不久前還曾說,要想提高車輛的燃油經濟性,同時又不讓成本大幅度增加,對此我們幾乎無能為力。隨后,汽油價格飆升至每加侖4美元,消費者開始要求更節能的汽車。
汽車工程師目前正在利用基本的物理原理:對輕型汽車來說,即使配備的發動機較小,加速也可以很快。福特將于2014年推出次緊湊型嘉年華(Fiesta),其中一款車型將配備一個三缸發動機,而該發動機曾經一度被視為笑談。
福特的Zaluzec說,我們現在的策略是能輕則輕。
消費者去年所購車輛的平均燃油經濟性提高了6%,至每加侖23.8英里。這并非受油電混合動力或電動車的影響,這兩種車在美國汽車市場只占很小比例。
技術帶來的改進同樣體現在了發動機和變速器上。有更多發動機配備了渦輪增壓器(將壓縮空氣推進發動機),并采用了缸內直噴技術(將加壓燃料噴入油缸)。二者均可在不提高油耗的情況下增加汽車動力。
這一技術吸引了奧帕薩爾(Joe Opsahl),上個月他剛買了一輛福特新推出的F-150四門皮卡。奧帕薩爾在美國密歇根州布萊頓(Brighton)一個家族運營的混凝土施工公司當經理,他選擇的就是帶有渦輪增壓的直噴V6型福特EcoBoost發動機。
奧帕薩爾說,這款發動機既有V8的動力,又比V8省油,相當不錯。
盡管如此,調整發動機和采用輕型材料只會讓汽車業在一定程度上接近美國聯邦政府制定的單位油耗行駛里程目標。
在大約2020年以后,電動車和混合動力車必須要在汽車保有量中占有更大比例,這樣才能實現規定的平均每加侖行駛里程達54.5英里的目標。
本田的比嫩費爾德說,那樣的話成本會大幅增加。
(關鍵字:鋁 鎂 鋁材 鎂材 汽車)