车身轻量化材料的新技术.doc

节能减排与新能源汽车专题汇编车身轻量化材料的新技术1 概述防止地球温室效应的C02(燃耗)排放限制日益规范、石油价格高涨带来的汽油价格上涨，使低燃耗轻量化技术开发已成为当前汽车研发的首要课题。另外，随着石油、矿产材料及贵金属等资源价格上涨，原材料价格也随之迅速上升，因此各汽车制造商也需要通过节省各类原材料的使用量，实现汽车轻量化。为进一步加强车辆轻量化进程，各汽车制造商开始重新修订既定的发展政策。钢材约占汽车原材料7成比重，虽然在过去几十年内，树脂、铝/镁等轻量化材料的使用比重不断增大，但钢铁的使用量仍占绝对优势。在汽车各类零部件中，车身外板轻量化最见效，因此各制造商一直试图降低车身外板重量，并自2007年以后开始在车身外板上加大铝板和树脂板的使用量。在铝材料使用方面，宝马(BMW)X5/X6、通用(GM)SUV混合动力车、Lambda平台车(CUV)等以及在美上市的全尺寸等较大型号车型的发动机罩均使用铝材料，其中大部分铝材料是由Novelis(原Alcan)提供。此外，日产采用Alcoa技术，生产GT-R的铝车门，预计今后Alcoa技术也可能广泛应用到其他公司车型上。在树脂板方面，宝马、悍马(Hummer)、三菱汽车和标致雪铁龙(PSA)等制造商均使用树脂板做挡泥板。例如，Smart自90年代以来一直以树脂板代替钢板，2007年以后，业界开始聚焦代替后面及侧面板玻璃的聚碳酸酯树脂。无论是作为钢材替代品还是作为板玻璃替代品，SABIC Innovative Plastics(2007年被沙特阿拉伯SABIC收购后，公司名称由GE Plastics变更为当前名称)产品均被多家汽车制造商广泛应用。钢板替代品树脂Norvyl GTX在第l代Smart上被应用，而板玻璃替代品Lexan GLX则是由GE Plastics与Bayer的合资公司EXATEC开发的表面涂层技术进行生产，并相继被应用在通用汽车车顶及本田欧洲版Civic的后窗上。此外，SABIC Innovative Plastics还与现代汽车和路虎(Land Rover)合作开发概念车，今后新车也可能采用上述新树脂材料。一直以来，各类车型均通过使用奥迪ASF(全铝空间框架)及捷豹(Jaguar)铝车身方法实现车身轻量化，但上述方法还未推广到量产车型领域。除铝材料外，奥迪在2007年上市的新款TT上还使用了铝和钢铁混合材料车身，此类车身重量比纯钢铁车身轻48%。随着汽车制造商车身轻量化步伐的日益推进，越来越多的车型开始采用铝和树脂等轻量化材料。但此类材料仅限于高燃耗大型SUV和运动车型上使用。局限性主要是因为随着原材料成本及石油价格上涨，树脂和铝的价格也将随之上升。今后替代材料成本也将增加，降本必将成为轻量化技术发展的关键。在上述情况下，轻量化实现的可能性最大的是国际钢铁协会IISl于2007年12月发布的第三代高强度钢的研发方案。该方案以日本、美国、欧洲、印度、中国及俄罗斯等世界性钢铁生产制造商加盟的WorldAutoSteel为主体，开发汽车钢板技术Future Steel Vehicle。此外，随着丰田在2007年东京车展发布超轻量车l/X，日本国内也掀起了碳纤维强化塑料的研发热潮。不过，日本企业虽然在碳纤维强化塑料的研发技术上占据优势，但却面临着比树脂和铝更大的降本问题。2 钢铁产业界开发可实现35%轻量化的第三代高强度钢钢铁产业界认识到新钢铁产品技术有利于汽车轻量化，已开始新一代技术研究。美国钢铁产业界团体AISI(American Iron and Sreel Institute)认为，在降低燃耗实现轻量化方面，AHSS(Advanced HIigh Strength Steel/高强度钢)至少可减重25%。如果采用目前正在开发的第三代AHSS，则车辆有望减重35%。AISl从制造工程的生命周期考虑，钢铁产生的温室气体排量低于铝、镁、碳纤维强化塑料等其他材料。为开发新技术，国际钢铁协会IlSI(International Iron and Steel Institute)于2007年12月将启动FSV(Future Steel Vehicle)。FSV作为全球研究开发合作组织，是继ULSAB、ULSAC、ULSAS及ULSAB-AVC后，第5项汽车钢材技术开发项目。该项目由llSI下属汽车部门WorldAutoSteel负责。项目共包括第1(工程调查)、第2(概念设计)、第3(公开作业)三个阶段。第1阶段将由德国EDAG Engineering 和 Design AG合作开展，预计2008年完成。* ULSAB=Ultra Light Steel Auto BodyC=chassisS=suspentionAVC=Advanced Vehicle Concept。* WorldAutoSteel加盟企业AreelorMittal、Baoshan(宝山)、Corus-Tata、现代制铁、JFE、神户制钢、新日铁、Nucor、POSC0、Severstal、住友金属工业、ThyssenKruppStahl、USIMINAS、US Steel、voestalpine Stahl。(根据IISI/WorldAutoSteel及AISI公布资料制作) 丰田发布碳素纤维车身的1/X(2007年10月)丰田于2007年10月在东京汽车展上发布碳素纤维车身的环保概念车1/X1/X Prius与Prius拥有相同的车内空间，燃耗约比Prius节省2倍，重量达420kg(约为Prius的1/3)。车架采用轻量且高刚性材料的碳素纤维强化塑料，确保碰撞安全性的同时，立柱之间有较大的视野空间。(根据丰田公布资料制作)3 SABIC IP 车身外板用树脂的开发SABIC Innovative Plastics（原GE Plastics，本部：美国马萨诸塞州）宣布与多家汽车制造商合作，开发采用树脂材料车身外板的概念车。Land Rover LRX：Land Rover于2008年1月在NAIAS（北美国际汽车展）上发布两款概念车LRX。全景天窗、侧窗及后窗均采用SABIC IP的Lexan GLX t EXATEC*表面涂层技术。现代QuarmaQ：现代汽车于2007年3月在Geneve车展上发布CUV的高技术版展览车（DEMO CAR）QuarmaQ。该款车广泛采用先进树脂材料，减重60kg。Opel Flextreme/Chevrolet Volt：GM在2007年发布两款概念车。采用Volax IQ、Xenoy iQ、NextGen Lexan GLX。* EXATEC是原GE Plastics和Bayer Material Science于1998年对半出资成立的合资公司。开发车用玻璃(树脂替代玻璃)技术和用于PC(聚碳酸酯)的表面涂层技术。到2007年以前，GE Plastics(当时)已成为其全资子公司。(根据SABIC Innovative Plastics公布资料制作)树脂：轻量化车体外板的应用动向供应商汽车采用日期备注SABIC IP/(GE Plastics）悍马(Hummer)H32006在挡泥板上采用Noryl GTX树脂。三菱Delica D：52007替代钢铁实现车身轻量化，前方挡泥板采用Noryl GTX树脂。本田Civic(欧洲市场)2006本田在新Civic(欧洲市场)的后窗上采用SABIC开发的树脂Lexan GLX。Lexan GLX是SABIC开发的替代玻璃用聚碳酸酯树脂。Opel Corsa2007开发2007年上市新款Corsa采用的全景天窗。使用SABIC IP开发的Lexan FXDl23树脂。Opel是继2005年推出的Zafira后，又一款全景天窗车型。SABIC IP/Visteon标致(Peugeot)307三厢车(中国市场)2008使用SABIC Innovative Plastics的Noryl GTX树脂挡泥板也将装配在中国上市车型标致307上。虽然标致雪铁龙(PSA)7年前已在欧洲推出了采用该树脂挡泥板车型，但在中国市场推出采用此类产品尚属首次。开发之际，得到Plastic Omnium协助，由与Visteon的合资公司DFV(Dongfeng Visteon Automotive Trim Systems)负责本地生产，向DPCA(东风雪铁龙)供货。SABIC IP宣称，通过使用聚苯醚(PPE)和聚酰胺(PA)混合而成的Noryl GTX材料，最大可减重50%。PlasticOmniuin宝马X520072007年车型改款时，采用与Plastic Omnium共同开发的树脂制挡泥板组件。挡泥板组件是用热塑料(PP-EPDM)将车轮罩、空气引导装置、前大灯、GPS、安全气囊感应器、空气冷却器、机油冷却器安装在挡泥板上构成。美国实行适时供应。首款X5使用ThyssenKrupp Budd生产的铁制品。（根据各公司公布资料及各种报道制作）4 奥迪通过铝铁混合实现车身轻量化为实现新TT车身轻量化，奥迪开发出铝和铁最佳比率的混合材料车身。白色车身重206kg，比纯铁车身轻48%。206kg包括铝140kg和铁66kg。铝制品中包括板材63kg、铸造零部件45kg、压型32kg。TT整车重量的69%是铝制品。底板后部、门及后备箱盖采用铁素材。奥迪轻量车身开发体制奥迪l994年在Neekersulm工厂配备轻量铝材料的研究设施。形成Audi A8的ASF(Aluminium Space Frame)设计理念。A2和A8采用ASF技术。2003年更名为ALZ(Aluminium and Lightweight Design Centre)，进行高张力钢材、拼焊板、纤维强化塑料及镁等全部轻量化材料的研究。奥迪车辆重量每减轻l00kg，燃耗可节省0.3L/l00km，CO2排放可减少7.512.5g/km。5 铝轻量化车体外板的应用铝轻量化车体外板的应用供应商汽车采用日期备注Novelis*加拿大、印度系)梅赛德斯-奔驰(M-Benz)C级2007向梅赛德斯-奔驰C级供货。为此，在瑞士Sierre设有压延机装备。宝马(BMW)X5/X62007供应发动机罩用铝板。同时也向宝马3、5、7系列及Z4供货。GM Yukon/Tahoe的Hybrid版2007供应发动机罩及升降门用铝板。Yukon/Tahoe Hybrid比基本款减重400磅。铝板减重可抵消替代驱动增重。Dodge TownCountry，Gr Caravan2007供应发动机罩铝板坯料。通用凯迪拉克(GM Cadillac)CTS2007向2008MY*凯迪拉克CTS供应发动机罩用铝片。GMC Acadia/Buick Enclave2007自2008MY开始供应发动机罩用铝片。奥迪R82007除奥迪R8外，还向奥迪TT、Q7、A6供应铝片。铝及轻量材料的研究机构德国Neckersulm的ALZ(Audi Lightweight Design Centre)负责奥迪车身轻量材料的研究项目。Alcoa(美国)日产GT-RLamborghini Murcielago保时捷