隨著排放法規(guī)的愈發(fā)嚴苛及提升燃油經濟性的迫切需求，全球多家知名車企紛紛研發(fā)新工藝及新材料，旨在實現(xiàn)輕量化，為車企節(jié)省成本?；仡?017年，瑞達小編對全球8大車企的輕量化技術及工藝內容進行了整理，詳見下文：

福特

　　關鍵詞：生物材料、技術挑戰(zhàn)

　　福特采用生物材料

　　福特于上世紀20年代起就致力于生物材料，當時亨利·福特采用了麥草(wheat straw)。在上世紀40年代，福特又采用大豆、大麻(hemp)及其他天然材料，將其制成塑料。福特采用了大豆材質的泡沫、密封件、墊圈、蓖麻材質的泡沫、塑料及天然纖維增強材料，上述材料的平均用量為20-40磅/車。

　　福特面臨的挑戰(zhàn)

　　其中一項挑戰(zhàn)是：務必確保生物材料擁有良好的光潔度(surface finish)，然而用戶卻希望在材料表面能看到更多的天然纖維。

　　其他的問題還包括：氣味、濕度敏感性(moisture sensitivity)、降解、耐風化強度(resistance to weathering)及耐惡劣環(huán)境，經濟性也是一項重要因素。

　　對于聚乳酸(polylactic acid)或聚羥基脂肪酸酯(PHA)共聚合物，材料研發(fā)部的研究人員Alper Kiziltas表示：“這類材料不耐用，若將其用于汽車應用，尚無法實現(xiàn)經濟性。此外，其密度要高于聚丙烯(polypropylene)材料。”

　　著眼于海洋內的塑料廢棄物

　　福特研究員的科研人員表示，海洋內廢棄物也是一大問題。研發(fā)人員表示應收集海洋內的塑料廢棄物。

　　其他研發(fā)趨勢還包括：車輛內飾中的抗生素添加劑(antimicrobial additives)，確保共享車輛的用戶不會沾染到上一位駕駛員可能攜帶的病菌。

FCA

　　關鍵詞：輕量化、預處理工藝、隔絕噪音

　　輕量化

　　在Surcar上，F(xiàn)CA材料工程漆部門的Roberto Selvestrel將與漢高Transplant OEM業(yè)務的銷售總監(jiān)Manfred Holzmueller將共同探討為新款Giulia采用新款金屬處理系統(tǒng)后的效果，這有利于促進車身工藝、工藝與材料工程、工藝材料供應商之間的合作。

　　新款Giulia的車身輕了90 kg，這是該車身材料使用了輕金屬、新工藝材料及新的涂裝技術。為實現(xiàn)減重并提升車輛的性能，F(xiàn)CA采用了鋁材，其材料的重量占比達到了45%。公司采用突破性的整車聲學包系統(tǒng)(acoustic package)，提升了乘客的舒適度，減輕了車身重量。

　　預處理工藝

　　兩步式磷酸鹽處理金屬預處理工藝(Bonderite two-step metal pretreatment process)是由漢高研發(fā)的，用于多金屬車身，其鋁含量所占比重極高(高達80%)，抗腐蝕性能超強，同時還能降低投資額及加工成本。第一步：在浸涂工藝中采用磷酸鋅對金屬進行處理;第二步：在沖洗后采用對鋁采進行處理。磷酸鹽處理時油泥的生成量將降低30%-50%，消耗的化學物質也較少，因表面粗糙而導致的返工量也將減少。此外，由于操作溫度較低，還能起到節(jié)能作用。

　　隔絕噪音

　　阿爾法·羅密歐Giulia還受益于漢高泰羅松(Henkel Teroson)旗下的高膨脹車柱填充物(high expansion pillar fillers)。當車身被送入電泳漆烘干室(e-coat oven)后，高溫將致使模塑件膨脹至原始體積的十倍多，完全填滿并密封車內空腔。在車輛運動時，可防止空氣進入該空腔內，起到消除風噪(wind noise)的作用。

　　該款產品也是由漢高公司研發(fā)的，旨在降低因車身外殼震動而導致乘客艙(passenger compartment)而產生的噪聲。FCA采用了阻尼性能測試(damping properties)，在進行大量測試后，該產品的損耗因素在各類候選材料中排名最高。Giulia車型上的泰羅松AL7154的總重量比標準油泥墊輕了10%，后者被用于提供隔音效果。

通用

　　關鍵詞：低碳鋼、鋁合金、點焊技術、鎂材、碳纖維

　　通用正竭力將輕量化材料與創(chuàng)新制造工藝相結合，并將其應用到旗下新款乘用車及卡車中。為此，通用多管齊下，引入新的裝配線材料、鼓勵工程師團隊提出創(chuàng)新方案并應用到車輛制造中。

　　低碳鋼

　　該材料一度成為轎車及輕卡的標配原材料。因為其價格較低廉、易于焊接、易于彎曲成形(bend to shape)、金屬耐疲勞度也較高。然而，該類材料也存在許多瑕疵，例如：耐腐蝕性受限、分量較重。盡管上漆及電鍍兩項工藝幾乎可以消除其在耐腐性性方面的不足，但卻無法減輕低碳鋼的重量。

　　鋁合金

　　這是通用首選的輕量化材料，易加工、經久耐用，其耐腐蝕性要強于低碳鋼。通用采用鋁板(sheet aluminum)制造車身鈑金件、采用擠制鋁材(extruded aluminum)制造車架滑軌(extruded aluminum)、采用復雜精細的鋁鑄件替換由數(shù)十個小零件組成的較大單元組，這樣既減輕重量，又降低其結構的復雜性，還提升了材料的剛度及碰撞性能(crash performance)。鋁材還被專門用于制造雪佛蘭C7 Corvette及雪佛蘭Malibu。新款凱迪拉克CT6則用鋁材取代低碳鋼，使該款全尺寸豪華轎車的重量比寶馬5系轎車要輕許多。

　　為此，通用采用了先進的點焊技術，使熔點不同的材料能夠緊密的粘合在一起。車企將輕質鋁皮(aluminum skin)與結實耐用的鋼架組合在一起，使兩種材料實現(xiàn)互補，在提升強度的情況下減輕車重。

　　鎂材

　　通用還在車輛的制造過程中使用了鎂，因為該材料在所有金屬中分量最輕。與鋁材相較，分量輕了33%，其強度及耐腐蝕性卻大幅提高。然而，鎂的熔點較低，強度表現(xiàn)也并非很出色(與鋼材相較)，進而限制了該材料的應用。

　　碳纖維

　　通用正致力于一項碳纖維車輪項目，承諾實現(xiàn)車輛減重40磅。車輪的重量被認為是“旋轉質量及非懸掛重量(rotating and unsprung mass)”，這意味著每降低一盎司的重量，將大幅提升車輛的能效及駕駛動態(tài)性。

　　據(jù)一名消息人士表示，碳纖維有望成為應用于皮卡車廂中的混合材料的一部分，其中包括鋁。通用于2011年宣布與帝人集團(Teijin Ltd.)聯(lián)合研發(fā)碳纖維增強熱塑性塑料(carbon fiber-reinforced thermoplastic)。通用皮卡車廂將首次使用該碳纖維增強熱塑性塑料。

捷豹

　　關鍵詞：輕量化、懸架系統(tǒng)設計及材質

　　捷豹2018款E-PACE的輕量化表現(xiàn)

　　該款車型的發(fā)動機罩、前護板(front fenders)、車頂及艙蓋式后背門(tailgate)采用全鋁材質打造，相較于鋼制發(fā)動機罩，其發(fā)動機罩為該款捷豹車型減重22磅，而前護板為車身減重6.6磅。除提升燃油里程(gas mileage)，該款輕量化的鋁質發(fā)動機罩還降低了車輛的重心，提升了車輛的操控能力與穩(wěn)定性。”而鋁質艙蓋式后背門則實現(xiàn)減重33磅。

　　該款車型設計先進，采用了鉚接/粘合工藝、對某些選定結縫采用激光焊(laser welding)，進一步優(yōu)化了車重及品質。

　　捷豹2018款E-PACE懸架系統(tǒng)設計及材質

　　前轉向節(jié)(front knuckle)采用了輕量化的空心鑄鋁組件，旨在提升翹曲度(camber)，盡可能降低操縱失靈。E-PACE的前副車架經過特殊調準，該結構硬度高。

　　懸架襯套(suspension bushing)及橫向平衡桿(anti-roll bar)質地堅固，可提升轉向響應速度，確保在低傾斜角下實現(xiàn)轉向控制。

　　捷豹的工程師們采用了大量的輕量化鋁質懸架組件，在提升的硬度的同時降低非簧載質量(unsprung mass)，有助于實現(xiàn)車輛的動態(tài)性能。后懸架安全在輕質、堅固的鋼質副車架上，優(yōu)化轉向響應速度，并進行了工藝細化。

寶馬

　　關鍵詞：碳纖維、成本過高

　　據(jù)外媒報道，寶馬工程師Florian Schek在美國汽車研究中心(Center for Automotive Research)舉辦的管理簡報研討會(Management Briefings Seminars)上表示，碳纖維材料由于價格極為高昂，成本難以降低，在汽車上的應用將不太樂觀。碳纖維材料應用的主要挑戰(zhàn)在于其成本過高，且該項技術的難度也較大，其用途十分有限，僅被用于一級方程式賽車、價格高昂的超豪華車型的車身及底盤。

　　寶馬明確表示，下一代寶馬5系車輛將不會再使用碳纖維，但寶馬i3、寶馬i8及寶馬7系尚未放棄該材質。他表示大約在2020年，寶馬旗下車輛將大量采用碳纖維。寶馬的i3和i8的整個車身件均采用了碳纖維，而寶馬7系的白車身則采用多種復合材料，涉及碳纖維板、強化鋼質及鋁質元件。

奧迪

　　關鍵詞：碳纖維白車身、載荷工況、超快速樹脂傳遞模塑

　　碳纖維白車身

　　奧迪將MSS作為一款工具，旨在將先進的碳纖維復材應用到白車身(body-in-white，BIW)中，從而減輕車重并提升車輛的性能。隨著車輛電氣化的不斷推進，奧迪更堅定了這一構想。奧迪輕量化設計中心碳纖維復材(CFRP)技術研發(fā)專員David Roquette表示，第一代奧迪R8車型采用了鋁材，但奧迪決定在第二代R8中采用MSS項目所研發(fā)的碳纖維復材。

　　據(jù)Roquette透露，2016款R8 Spyder和Coupé車型的后壁均采用了碳纖維復材，從而大幅提升了扭應力(torsional stress)及車輛的剛度(vehicle stiffness)，還實現(xiàn)車身減重。

　　奧迪的設計工程師們將單向碳纖維織物加強件(woven carbon fiber fabric reinforcements)與快速硫化環(huán)氧樹脂體系(fast-cure epoxy resin system)相結合。奧迪采用泡沫夾層，其旨在減少各結構件、B柱填充物、強化件(consolidate part)中碳纖維的用量，同時提升其強度及剛度。奧迪希望采用樹脂傳遞模塑(resin transfer molding，RTM)工藝，向被碳纖維包裹的泡沫材料中注入環(huán)氧樹脂。在對復材泡沫芯材進行加工時，無需進行機加工及研磨。此外，據(jù)Diebold稱，聚甲基丙烯酰亞胺(PMI)材料擁有均質芯材結構(homogenous cell structure)，可耐受液壓靜力(hydrostatic testing)試驗。

　　超快速樹脂傳遞模塑的研發(fā)之路

　　RTM工藝的精整(refinement)，奧迪期望利用新工藝將各類材料融合到一起。最終，奧迪決定將該項工作移交給了一家一級供應商，由其負責相關的生產工作。雙方對RTM工藝中的(fine-tune)了注塑壓力、壓縮力(compression force)及模具間隙進行了精準調整(微調)，從而進一步優(yōu)化了該模塑工藝。

　　對于奧迪R8 Spyder的夾層結構(sandwich structures)，注塑壓力不超過40 bar，最大模塑間隙可達0.6毫米，最大壓縮力可達500 MT，而模具溫度不得超過123℃。憑借該項新工藝，注塑時間可縮短至15秒，而整體生產周期時間可控制在5分鐘以內。

　　新工藝向制造商的推廣應用之路

　　等到奧迪材料及工藝的自主研發(fā)取得成果，并將其成果轉交給負責實際生產的兩大歐洲復材供應商時，對方也對覺得該合作所涉及的技術與產品均存在不確定性。為此，奧迪為供應商提供了相關的技術展示，告知其新技術的應用方法。最終，奧迪說服了供應商，由后者負責這類零部件的生產，供應商為此也承擔了許多風險。作為一家車企的供應商，要做到這一點確實很不容易。

　　成本居高制約制造 奧迪繼續(xù)探索新工藝

　　2017年，奧迪引入了一款四座豪華車奧迪A8，該款車型采用了碳纖維復材后壁及后窗臺板(upper rear shelf)，上述兩款部件都采用了碳纖維復材，也都采用了超快速RTM工藝。如今，公司將目光放在產品的方方面面，不僅僅是碳纖維的價格問題，還有RTM工藝的生產速度。此外，還要考慮樹脂價格、粘合劑價格，整個材料鏈的價格。為此，我們務必采用全新的理念。

馬自達

　　關鍵詞：座椅、車身、底盤

　　據(jù)外媒報道，馬自達正在研發(fā)新一代汽車平臺，其重點關注以下三個方向：1. 座椅：可隨車輛的簧上質量(sprung mass)而移動;2. 車身：在動力傳遞時可實現(xiàn)最小延遲(minimal delay);3. 底盤：可減緩簧下質量(unsprung masses)的輸入。馬自達采用扭力梁式(torsion beam)懸架系統(tǒng)替換了上一代多連桿式后懸架系統(tǒng)。當該平臺與Skyactiv-X火花控制壓燃汽油發(fā)動機搭配后，下一代馬自達3或將成為一款全能型車型。

　　座椅

　　馬自達座椅質地更硬，可確保壓縮軸(compression axis)平穩(wěn)，使骨盆和上升保持自然的肢體活動，使乘客的頭部更平穩(wěn)。為此，對這類核心區(qū)域的座架(seat frame)進行了強化，使得骨盆橫向側位移(lateral pelvic displacement)的最大降幅達到了83%，進而提升舒適度，并感受細微的不同。當在座椅上做好后，身體將得到支撐，“甩頭(head toss)”的情況將大幅減少。若乘坐的車輛減震性能不好，您的頭部勢必會出現(xiàn)晃動或搖擺，我相信甩頭絕對是一項惱人的搭乘體驗。

　　車身設計

　　馬自達在現(xiàn)款馬自達3的基礎上做了大量的改動。車身的打造通常會采用三個矩形構架(rectangular frames)設計——其分別跨越前艙壁(across the front bulkhead)、跨越B柱(across the B-pillar)、位于后艙壁。馬自達為最新款底盤設計了全方位的環(huán)形結構，在前后減震器剛性支承(rigid front and rear damper mount)間構建斜向能量路徑(diagonal energy paths)，將最新款車身從前端減震器到后減震器的屈曲(flexion)傳輸速度提升了近三成。

　　除提升車身剛度(body stiffness)外，馬自達還致力于降噪，其在車身結構內嵌入了16個減震彈性體，可避免多余的振動，保留熱能。這類減震節(jié)點及減震結合處(damping nodes and bonds)有助于降低噪聲信號變動的速率，前者會使人不太愉快。從設計角度看，可從聲音變動的振幅或頻率來進行調整，這樣乘客所能感知到的刺耳聲音將減少。

　　使簧下質量定時控制平順化

　　馬自達從車輪、輪胎、制動器等方面入手。首先，公司為輪胎配置了一塊質地較軟的側壁，降低前/后輪行程，然后又采用了新款襯套設計，提升前懸架臂意味著馬自達可更為精細地調控簧下質量的定時控制。馬自達采用扭力梁式(torsion beam)懸架系統(tǒng)替換了上一代多連桿式后懸架系統(tǒng)。當被問及原因時，車輛研發(fā)部的總經理Hiroyuki Matsumoto表示：“該結構更為簡單，易于調節(jié)。”

　　顯然，在未來兩年內，還將對馬自達下一代平臺進行調整。其他方面也有可圈可點之處。電輔助轉向的運營聲音較輕，其電制動系統(tǒng)也表現(xiàn)也很有意思，還需要對制動模塊進行些許調整。當該平臺與Skyactiv-X火花控制壓燃汽油發(fā)動機搭配后，下一代馬自達3或將成為一款全能型車型。

蘭博基尼

　　關鍵詞：碳纖維、鋼材、鋁材

　　福特采用生物材料

　　據(jù)外媒報道，蘭博基尼于本周一(2017年12月4日)宣布，公司推出了蘭博基尼Urus，車身重量低于5000磅，采用鋼、鋁兩種材料，是一款“超級SUV”。蘭博基尼公司于本周一強調，該款車型“融合了鋁材及鋼材。”得益于其輕量化設計，蘭博基尼Urus車車重為4850磅。該款車型的車身也采用了輕量化設計，選用了鋁、鋼兩種金屬材料。該款SUV擁有無框車窗，無C柱后車窗則采用玻璃材質。

　　前橋配置了鋁質副車架，而后橋則配置了鋁鋼并合構造單元(aluminum and steel hybrid construction cell)

　　底盤高度是可控的，作為Urus的標配——Easyload Assist可調低Urus車型的后橋高度。

　　該款車輛售價為20萬美元，這一點不足為奇，因為該車型搭載的駕駛輔助系統(tǒng)，只處于2級自動駕駛水平，并非奧迪A8這類三級自動駕駛車輛。

　　蘭博基尼正與休斯敦衛(wèi)理公會研究所(Houston Methodist Research Institute)合作研發(fā)生物工程碳纖維復合材料。蘭博基尼還與美國機構開展合作，研究碳纖維鑄造件，該實驗室位于西雅圖附近。而在不遠處的華盛頓州摩西湖市，有一家公司正在為寶馬i8和i3的車身鈑金件及其他零部件生產碳纖維材料。

瑞達小結

　　上述車企在進行輕量化進程時，碳纖維和成為炙手可熱的材料，旨在大幅減輕車身重量。然而，由于其價格較高，應用量并不大。相反，許多車企紛紛從工藝及合金材料著手，在提升汽車部件強度的同時減輕車重。鋼、鋁等合金材料及熱塑工藝、結構部件的設計也成諸多車企輕量化戰(zhàn)略中的重要組成部分。