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全鋁車(chē)身到底好在哪?除了輕還有什么優(yōu)勢?

發(fā)表時(shí)間:2018-07-25 14:05

鋁合金材質(zhì)在性能層面表現是遠好過(guò)鋼材的,同等條件下全鋁車(chē)身能給車(chē)輛帶來(lái)安全性、操控性、燃油(耗電)經(jīng)濟性、耐久性等全方位的提升,問(wèn)題就是成本仍然很高,所以非豪華車(chē)很少能用到全鋁車(chē)身。福特f-150用上全鋁車(chē)身算是很平民化的一次進(jìn)步了,不過(guò)那是美國的平民車(chē),在中國還是豪車(chē)。說(shuō)到汽車(chē)的全鋁車(chē)身,繞不開(kāi)的特點(diǎn)就是輕,除了那些價(jià)格不菲的超跑會(huì )大量運用碳纖維外,汽車(chē)輕量化設計多半都是靠大比例使用鋁合金來(lái)實(shí)現的。但除了輕以外,全鋁車(chē)身還有什么值得細究的特點(diǎn)呢?或許我們從基本的材料層面開(kāi)始,一起好好嘮嗑一下這個(gè)話(huà)題吧:

全鋁車(chē)身到底好在哪?除了輕還有什么優(yōu)勢?

什么是全鋁車(chē)身?真的就是100%的鋁嗎?

應該沒(méi)有還會(huì )把全鋁理解成純鋁的吧?其實(shí)全鋁車(chē)身這個(gè)概念,是指車(chē)身結構部分主要是由鋁合金來(lái)制造,不僅僅允許部分非鋁制零件的存在,而且鋁在這里頭也是以合金形式出現的。

而鋁合金并不是指一種合金,實(shí)際上類(lèi)別也挺多的,國際通行的規則是用一個(gè)四位數字加一個(gè)字母打頭的狀態(tài)代碼來(lái)區分鋁合金的種類(lèi),比如建筑行業(yè)常用的6063-t5,第 一位數字是1就代表是純度高于99%的純鋁,2-8分別代表鋁和銅、錳、硅、鎂、鎂+硅、鋅和其他元素組成的合金,9是備用組。后面的數字主要用于區分,就不再贅述具體邏輯,總之每一種配方的鋁合金都有特有的標號,對應特有的特性。目前汽車(chē)全鋁車(chē)身用到的主要是5系列和6系列,都屬于密度低,抗拉強度和抗疲勞性好的材料,可以在遠低于鋼材重量的情況下實(shí)現更高的強度,包括奧迪asf全鋁車(chē)身等都廣泛應用。另外2系列和7系列也也有少量應用,2系銅鋁合金硬度較高,會(huì )用在一些車(chē)身鈑金件上;7系列主要應用是航空和軍工領(lǐng)域,屬于超硬、耐腐蝕、耐磨損的材料,當然價(jià)格也很感人,國內目前7系列鋁材主要依賴(lài)進(jìn)口。所以7系鋁合金很多時(shí)候都會(huì )只用在關(guān)鍵的地方,例如蔚來(lái)es8就只有縱梁等部分采用7003鋁材,其余部分則還是用常規的5系、6系和鋁鑄件(hdpc)。

搞清楚這些很多誤解也就不存在了,起碼知道了全鋁并不等于純鋁。不同的鋁合金特性有所差別,但用在結構領(lǐng)域的鋁合金都有一個(gè)共性就是高強度,他們的硬度與同規格的不銹鋼相比普遍更強,比如一般車(chē)身用的6系t4鋁合金在涂裝烘干后屈服強度在200mpa以上了,而spcc/dc04也就150-160mpa。另外全鋁車(chē)身并非一個(gè)整體,會(huì )根據車(chē)身不同部位的受力情況分布不同種類(lèi)的材料(下圖,還是蔚來(lái)es8,其白車(chē)身不同材質(zhì)的鋁合金分布),一般會(huì )通過(guò)自沖鉚釘、激光焊接、膠接等方式連接,傳說(shuō)中撞一下整個(gè)車(chē)身就廢的情況并不真實(shí),可以通過(guò)專(zhuān)業(yè)工具把受損部分更換掉的,當然更貴是真的。

全鋁車(chē)身有哪些優(yōu)勢?

別嫌我啰嗦,排第 一的還是其輕量化效果鋼的密度是7.8,而鋁的密度是2.7,傳統汽車(chē)中車(chē)身約占整車(chē)重量的30-40%,用高強度鋼替代普通鋼材能減重約11%,而如果采用鋁合金能減重約40%。鋁合金在一輛整車(chē)中能夠使用超過(guò)500kg,帶來(lái)的效果是整車(chē)重量能降低40%左右。比如2012年發(fā)布的第四代路虎攬勝是攬勝系列車(chē)型首次引入全鋁車(chē)身概念,這一代攬勝比第三代車(chē)型輕了39%,成功減重350kg。從車(chē)上一下減掉了五個(gè)成年男性的重量,全鋁車(chē)身輕量化好處是不言而喻的,從動(dòng)力表現、燃油經(jīng)濟性到操控性能都會(huì )有很大提升。

提高車(chē)身強度,增加安全性論強度的話(huà)鋁合金會(huì )略遜于鋼板,但低密度讓鋁合金有更大的優(yōu)勢,同等強度鋼板和鋁合金,厚度比為1:1.4,而重量比僅1:0.5,就是說(shuō)鋁合金僅需一半的重量便能達到同等強度。一般全鋁車(chē)身用的鋁合金板件要比普通低碳鋼厚0.2-0.5mm,通過(guò)增加厚度能實(shí)現比高強度鋼更高的車(chē)身鋼性和抗扭性能。

提升操控性這一點(diǎn)是和前面兩點(diǎn)直接掛鉤的,輕量化能降低車(chē)身慣量,增加推重比,相同的動(dòng)力水平下動(dòng)力表現能有很大提升。而增加車(chē)身鋼性和抗扭性后,相當于車(chē)身增加了強化拉桿的效果,能給懸掛調校留出更充足的空間,提升車(chē)身極限。另外就是全鋁車(chē)身的車(chē)型一般也會(huì )在底盤(pán)懸掛方面進(jìn)行一些優(yōu)化,例如很少鋁車(chē)身的車(chē)型擺臂會(huì )又用回鋼材的,而全鋁懸掛組件能減輕簧下質(zhì)量,對操控提升有一定幫助。

超強的抗腐蝕性能鋁本身并不穩定,很容易氧化。不過(guò)鋁氧化會(huì )在表面形成一層致密的氧化層,并且與基體牢固結合,穩定性很高能對鋁基體形成嚴密的保護。并且在濕潤大氣環(huán)境下,這個(gè)保護層能夠增厚。不過(guò)也因為鋁的這種表面屬性以及導電性,全鋁車(chē)身的涂裝過(guò)程中也比較特別,電泳的槽液要經(jīng)常更換,成本會(huì )更高。

更好的可塑性這一點(diǎn)也忍不住想提一下,鋁合金能塑造極美的車(chē)身曲面,比如捷豹c-type、d-type、以及美汽車(chē)e-type的鋁制車(chē)體,今天來(lái)看依然極富美感,而這種靈龍浮凸的曲面造型,在當時(shí)的技術(shù)來(lái)說(shuō),鋼材是極難做出來(lái)的。當然今天的沖壓、鈑金技術(shù)已經(jīng)可以讓鋼材呈現出復雜的曲面甚至是銳利無(wú)比的折角(奧迪是好的代表),不過(guò)還是有很多車(chē)出于設計考慮,在引擎蓋等位置選用鋁合金材質(zhì),只是這已經(jīng)屬于車(chē)身覆蓋件的范疇了,和車(chē)體無(wú)關(guān)。

講完了鋁車(chē)身的特性,下面我們來(lái)談?wù)勪X車(chē)身在行業(yè)中的現狀,以及造成這些現狀背后的原因。

貴仍然是全鋁車(chē)身的問(wèn)題

為什么在全鋁車(chē)身性能優(yōu)勢明顯占優(yōu)的情況下,今天市面上全鋁車(chē)身的占比不過(guò)1%?很簡(jiǎn)單,貴仍然是主因。

一方面是純鋁的冶煉和鋁合金的加工成本都較鋼更高,鋁合金本身的價(jià)格較高;另一方面是加工工藝比較復雜,鋁合金在融化焊接過(guò)程中氧化鋁不溶阻礙填充金屬潤濕,會(huì )形成裂縫,需要通過(guò)攪拌摩擦焊接及激光熔纖焊等技術(shù)實(shí)現。而在不適合焊接的地方需要用到柳接和粘合劑連接。例如全鋁車(chē)身的捷豹xe全車(chē)需要2000多個(gè)柳釘,而粘合劑使用也需要對表面氧化層處理保證粘合效果,對環(huán)境要求較高,因而帶來(lái)較高成本。

一般一個(gè)全鋁車(chē)身會(huì )用到自沖鉚釘、熱融自攻螺釘、鋁電阻點(diǎn)焊、冷金屬焊接、激光焊接、膠接連接等幾種甚至全部工藝,生產(chǎn)流程的復雜性和自動(dòng)化程度要求都遠高于傳統車(chē)身。

總結一下,全鋁車(chē)身不僅僅是材料本身的成本更高,制造工藝的門(mén)檻也比鋼質(zhì)車(chē)身高出不少。所以能用全鋁車(chē)身的車(chē)型,或許到不了超跑的程度,但也是談不上什么經(jīng)濟實(shí)惠了。例如當年奧迪的asf全鋁車(chē)架也只在上代a8上面有應用,往下的其他車(chē)型實(shí)在cover不了這個(gè)成本,而且新一代a8也放棄全鋁的概念了,在他們覺(jué)得合適的地方也還是用上了高強度鋼。

新能源助推全鋁車(chē)身的發(fā)展

一個(gè)利好消息是電動(dòng)車(chē)時(shí)代的到來(lái)可能會(huì )讓全鋁車(chē)身有大的發(fā)展,目前世界范圍內在政策的引導下,從傳統車(chē)企到新興的品牌都投入了電動(dòng)車(chē)的行列,大量資金的投入讓這個(gè)趨勢已經(jīng)不可逆。在電動(dòng)車(chē)上使用全鋁車(chē)身,車(chē)重降低10%,電耗可以降低5.5%,從而續航里程增加5.5%。而實(shí)現相同里程增量需要增加的電池成本遠高于此。因而相比燃油車(chē)輕量化并不可觀(guān)的節油效果,輕量化讓電動(dòng)車(chē)增加的續航里程有意義的多。例如大眾e-golf,通過(guò)使用全鋁車(chē)身成功減重187kg,而同時(shí)優(yōu)化電池配置后成本降低了635歐元。

目前市面上入門(mén)級的電動(dòng)車(chē)續航里程普遍不高,更多的用于城市通勤。走高端化路線(xiàn)的寶馬i系列直接用上了碳纖維車(chē)身,底盤(pán)結構采用鋁合金材料,已經(jīng)推出的i3和i8售價(jià)都比較感人。再有就是運用全鋁車(chē)身的特斯拉model s/x和蔚來(lái)es8,而更入門(mén)的model 3已經(jīng)放棄了全鋁車(chē)身,采用成本更低的鋁/鋼混合材料。在可預見(jiàn)的未來(lái),續航里程會(huì )長(cháng)期是純電動(dòng)車(chē)重要的指標之一,鋁制車(chē)身帶來(lái)的數百公斤的減重必然會(huì )是定位高端的電動(dòng)車(chē)十分看重的一點(diǎn),而全鋁車(chē)身更大范圍的應用或許能夠有助于這一技術(shù)降低成本,未來(lái)逐步下沉到更入門(mén)一些的車(chē)型。


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