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全球8大車企前沿輕量化工藝乾貨匯總！ ◎文丨汽車部件與材料資訊
1 福特：生物材料、技術挑戰
福特採用生物材料
福特於上世紀20年代起就致力於生物材料，當時亨利·福特採用了麥草。在上世紀40年代，福特又採用大豆、大麻及其他天然材料，將其制成塑膠。福特採用了大豆材質的泡沫、密封件、墊圈、蓖麻材質的泡沫、塑膠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
其中一項挑戰是：務必確保生物材料擁有良好的光潔度，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、降解、耐風化強度及耐惡劣環境，經濟性也是一項重要因素。
著眼於海洋內的塑膠廢棄物
福特研究員的科研人員表示，海洋內廢棄物也是一大問題。研發人員表示應收集海洋內的塑膠廢棄物。
其他研發趨勢還包括：車輛內飾中的抗生素添加劑，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。
2
FCA：輕量化、預處理工藝、隔絕噪音
輕量化
新款Giulia的車身輕了90 kg，這是該車身材料使用了輕金屬、新工藝材料及新的塗裝技術。為做到減重並提升車輛的性能，FCA採用了鋁材，其材料的重量占比達到了45%。公司採用突破性的整車聲學包系統，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是由漢高研發的，用於多金屬車身，其鋁含量所占比重高達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：在浸塗工藝中採用磷酸鋅對金屬進行處理；第二步：在沖洗後採用對鋁采進行處理。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。
隔絕噪音
阿爾法·羅密歐Giulia還受益於漢高泰羅松旗下的高膨脹車柱填充物。當車身被送入電泳漆烘幹室後，高溫將致使模塑件膨脹至原始體積的十倍多，完全填滿並密封車內空腔。在車輛運動時，可防止空氣進入該空腔內，起到消除風噪的作用。
該款產品也是由漢高公司研發的，旨在降低因車身外殼震動而導致乘客艙而產生的噪聲。FCA採用了阻尼性能測試，在進行大量測試後，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%，後者被用於提供隔音效果。
3
通用：低碳鋼、鋁合金、鎂材、碳纖維
通用正竭力將輕量化材料與創新製造工藝相結合，並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新方案並應用到車輛製造中。
鋁合金
這是通用首選的輕量化材料，易加工、經久耐用，其耐腐蝕性要強於低碳鋼。通用採用鋁板製造車身鈑金件、採用擠制鋁材製造車架滑軌、採用複雜精細的鋁鑄件替換由數十個小零件組成的較大單元組，這樣既減輕重量，又降低其結構的複雜性，還提升了材料的剛度及碰撞性能。新款凱迪拉克CT6用鋁材取代低碳鋼，使該款全尺寸豪華轎車的重量比BMW5系轎車要輕許多。
為此，通用採用了先進的點焊技術，使熔點不同的材料能夠緊密的黏合在一起。車企將輕質鋁皮與結實耐用的鋼架組合在一起，使兩種材料做到互補，在提升強度的情況下減輕車重。
鎂材
通用還在車輛的製造過程中使用了鎂，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，強度表現也並非很出色（與鋼材相較），進而限制了該材料的應用。
碳纖維
通用正致力於一項碳纖維車輪項目，承諾做到車輛減重40磅。車輪的重量被認為是「旋轉質量及非懸掛重量」，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性。
據一名消息人士表示，碳纖維有望成為應用於皮卡車廂中的混合材料的一部分，其中包括鋁。通用於2011年宣布與帝人集團聯合研發碳纖維增強熱塑性塑膠。通用皮卡車廂將首次使用該碳纖維增強熱塑性塑膠。
4
捷豹：輕量化、懸架系統設計及材質
捷豹2018款E-PACE的輕量化表現
該款車型的發動機罩、前護板、車頂及艙蓋式後背門採用全鋁材質打造，相較於鋼制發動機罩，其發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，該款輕量化的鋁質發動機罩還降低了車輛的重心，提升了車輛的操控能力與穩定性。而鋁質艙蓋式後背門則做到減重33磅。
該款車型設計先進，採用了鉚接/黏合工藝、對某些選定結縫採用雷射焊，進一步優化了車重及品質。
捷豹2018款E-PACE懸架系統設計及材質
前轉向節採用了輕量化的空心鑄鋁組件，旨在提升翹曲度，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。懸架襯套及橫向平衡桿質地堅固，可提升轉向響應速度，確保在低傾斜角下做到轉向控制。
捷豹的工程師們採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，有助於做到車輛的動態性能。後懸架安全在輕質、堅固的鋼質副車架上，優化轉向響應速度，並進行了工藝細化。
5
BMW：碳纖維、成本過高
據外媒報導，BMW工程師表示，碳纖維材料由於價格極為高昂，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在於其成本過高，且該項技術的難度也較大，其用途十分有限，僅被用於一級方程式賽車、價格高昂的超豪華車型的車身及底盤。
BMW明確表示，下一代BMW5系車輛將不會再使用碳纖維，但BMWi3、BMWi8及BMW7系尚未放棄該材質。他表示大約在2020年，BMW旗下車輛將大量採用碳纖維。BMW的i3和i8的整個車身件均採用了碳纖維，而BMW7系的白車身則採用多種復合材料，涉及碳纖維板、強化鋼質及鋁質元件。
6
奧迪：碳纖維白車身、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中，從而減輕車重並提升車輛的性能。第一代奧迪R8車型採用了鋁材，但奧迪決定在第二代R8中採用MSS項目所研發的碳纖維復材。
據透露，2016款R8 Spyder和Coupé車型的後壁均採用了碳纖維復材，從而大幅提升了扭應力及車輛的剛度，還做到車身減重。
奧迪的設計工程師們將單向碳纖維織物加強件與快速硫化環氧樹脂體系相結合。奧迪採用泡沫夾層，其旨在減少各結構件、B柱填充物、強化件中碳纖維的用量，同時提升其強度及剛度。奧迪希望採用樹脂傳遞模塑工藝，向被碳纖維包裹的泡沫材料中注入環氧樹脂。在對復材泡沫芯材進行加工時，無需進行機加工及研磨。
超快速樹脂傳遞模塑的研發之路
RTM工藝的精整，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工藝中的了註塑壓力、壓縮力及模具間隙進行了精準調整（微調），從而進一步優化了該模塑工藝。
對於奧迪R8Spyder的夾層結構，註塑壓力不超過40bar，最大模塑間隙可達0.6毫米，最大壓縮力可達500MT，而模具溫度不得超過123℃。憑借該項新工藝，註塑時間可縮短至15秒，而整體生產周期時間可控制在5分鐘以內。
新工藝向製造商的推廣應用之路
等到奧迪材料及工藝的自主研發取得成果，並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，由後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。
成本居高制約製造
奧迪繼續探索新工藝
2017年，奧迪引入了一款四座豪華車奧迪A8，該款車型採用了碳纖維復材後壁及後窗台板，上述兩款部件都採用了碳纖維復材，也都採用了超快速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、黏合劑價格，整個材料鏈的價格。為此，我們務必採用全新的理念。
7
馬自達：座椅、車身、底盤
據外媒報導，馬自達正在研發新一代汽車平台，其重點關注以下三個方向：
1. 座椅：可隨車輛的簧上質量而移動；
2. 車身：在動力傳遞時可做到最小延遲；
3. 底盤：可減緩簧下質量的輸入。
馬自達採用扭力梁式懸架系統替換了上一代多連桿式後懸架系統。當該平台與Skyactiv-X火花控制壓燃汽油發動機搭配後，下一代馬自達3可能將成為一款全能型車型。
座椅
馬自達座椅質地更硬，可確保壓縮軸平穩，使骨盆和上升保持自然的肢體活動，使乘客的頭部更平穩。為此，對這類核心區域的座架進行了強化，使得骨盆橫向側位移的最大降幅達到了83%，進而提升舒適度，並感受細微的不同。當在座椅上做好後，身體將得到支撐，「甩頭」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
馬自達在現款馬自達3的基礎上做了大量的改動。車身的打造通常會採用三個矩形構架設計——其分別跨越前艙壁、跨越B柱、位於後艙壁。馬自達為最新款底盤設計了全方位的環形結構，在前後減震器剛性支承間構建斜向能量路徑，將最新款車身從前端減震器到後減震器的屈曲傳輸速度提升了近三成。
除提升車身剛度外，馬自達還致力於降噪，其在車身結構內嵌入了16個減震彈性體，可避免多餘的振動，保留熱能。這類減震節點及減震結合處有助於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/後輪行程，然後又採用了新款襯套設計，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。馬自達採用扭力梁式懸架系統替換了上一代多連桿式後懸架系統。
其他方面也有可圈可點之處。電輔助轉向的經營聲音較輕，其電制動系統也表現也很有意思，還需要對制動模塊進行些許調整。當該平台與Skyactiv-X火花控制壓燃汽油發動機搭配後，下一代馬自達3可能將成為一款全能型車型。
8
蘭博基尼：碳纖維、鋼材、鋁材
據外媒報導，蘭博基尼於2017年12月4日宣布，公司推出了蘭博基尼Urus，車身重量低於5000磅，採用鋼、鋁兩種材料，是一款「超級SUV」。蘭博基尼公司強調，該款車型「融合了鋁材及鋼材。該款車型的車身採用了輕量化設計，選用了鋁、鋼兩種金屬材料。該款SUV擁有無框車窗，無C柱後車窗則採用玻璃材質。前橋配置了鋁質副車架，而後橋則配置了鋁鋼並合構造單元，底盤高度是可控的，作為Urus的標配——Easyload Assist可調低Urus車型的後橋高度。
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，只處於2級自動駕駛水平，並非奧迪A8這類三級自動駕駛車輛。
蘭博基尼正與休斯敦衛理公會研究所合作研發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，該實驗室位於西雅圖附近。而在不遠處的華盛頓州摩西湖市，有一家公司正在為BMWi8和i3的車身鈑金件及其他零部件生產碳纖維材料。
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，由於其價格較高，應用量並不大。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略中的重要組成部分。
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