颶風(fēng)“艾爾瑪”在當(dāng)?shù)貢r(shí)間9月10日上午登陸美國(guó)佛羅里達(dá)群島，作為大西洋歷年來(lái)最危險(xiǎn)的風(fēng)暴之一，“艾爾瑪”挾帶時(shí)速210公里強(qiáng)風(fēng)侵襲佛羅里達(dá)州，佛州東部城市邁阿密當(dāng)日出現(xiàn)強(qiáng)風(fēng)暴雨天氣。而在此前不久，8月25日，12年來(lái)最強(qiáng)的颶風(fēng)“哈維”也登陸美國(guó)德克薩斯州，對(duì)8月份最后一周的汽車市場(chǎng)造成嚴(yán)重沖擊。美國(guó)第四大城市“河灣之城”休斯頓成為一片澤國(guó)，而該城市是輕型卡車的主要市場(chǎng)之一，SUV銷量因此走低，8月份SUV在美國(guó)銷量同比下滑3.8%至14.5萬(wàn)輛。
在8月份第三個(gè)周末，哈維颶風(fēng)登陸德克薩斯州之前，LMC、Edmunds和凱利藍(lán)皮書(shū)都曾預(yù)測(cè)，美國(guó)8月份輕型車銷量將實(shí)現(xiàn)同比上漲1%。然而一場(chǎng)臺(tái)風(fēng)“哈維”，刮走了美國(guó)汽車行業(yè)今年首次增長(zhǎng)的希望。最終，8月美國(guó)輕型車銷量為148.5萬(wàn)輛，同比下滑1.8%，今年前8個(gè)月累計(jì)售出1,135.8萬(wàn)輛，同比下跌2.7%，本預(yù)期增長(zhǎng)的車市再度告跌。
在當(dāng)前全球環(huán)境對(duì)節(jié)能減排的迫切要求下，各國(guó)燃油經(jīng)濟(jì)性政策不斷收緊。實(shí)驗(yàn)證明，汽車整車重量每降低10%，燃油效率可提高6%-8%，汽車整備質(zhì)量每減少100公斤，百公里油耗可降低0.3-0.6升。因此，輕量化作為車輛實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的重要途徑，受到各大車企關(guān)注和推崇。在國(guó)家部委聯(lián)合發(fā)布的《中國(guó)制造2025》中，已把輕量化當(dāng)成汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。而此次受颶風(fēng)影響美國(guó)輕型車銷量下滑，不由引起我們的思考，輕量化在成功實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的同時(shí)，是否也存在一些弊端？車輛安全性是汽車制造的核心要素和前提，也是車企能穩(wěn)健運(yùn)營(yíng)的生命線，輕量化對(duì)車輛安全性又有怎樣的影響？今天我們就來(lái)一探究竟。
車輛越輕越不安全？
當(dāng)前有觀點(diǎn)認(rèn)為車輛越輕越不安全，據(jù)相關(guān)媒體報(bào)道稱，國(guó)外相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜以?7年、03年和04年分別進(jìn)行了三次針對(duì)汽車重量和安全性的相關(guān)性分析，通過(guò)對(duì)歷史車輛的事故率及傷亡率做邏輯回歸分析，最后得出結(jié)論為，汽車若減少100磅的重量，一年將會(huì)導(dǎo)致額外1000人的死亡。事實(shí)真是如此嗎？是否車輛越輕，安全系數(shù)就越低呢？具體情況我們來(lái)看圖1。
圖1. 汽車重量對(duì)不同車型風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)的影響
在圖1中，橫軸為汽車重量，縱軸為風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)（即每年每一百萬(wàn)輛車中的事故死亡率）經(jīng)分析可見(jiàn)，不同級(jí)別車型的風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)和汽車重量并沒(méi)有直接線性的關(guān)系，感覺(jué)安全的車輛其實(shí)并沒(méi)有想象中那么安全。為更進(jìn)一步了解，我們?cè)賮?lái)看圖2。
圖2. 橫軸為車輛尺寸和重量比，縱軸為每百萬(wàn)人的死亡率
在圖2中，橫軸為車輛尺寸和重量比，縱軸為每百萬(wàn)人的死亡率。由圖2可見(jiàn)，隨著車輛尺寸和重量比值的增大，每百萬(wàn)人的死亡率越低。這就說(shuō)明，車輛的安全性并不單獨(dú)取決于車身重量，而是和車輛的尺寸也密切相關(guān)。車輛的安全系數(shù)需要基于車輛結(jié)構(gòu)的差異性方面來(lái)進(jìn)行考慮，并根據(jù)尺寸和重量來(lái)分級(jí)驗(yàn)證。
對(duì)同時(shí)代車型的普遍情況而言，車身更重的車輛普遍級(jí)別更高，車身尺寸更大，在發(fā)生碰撞時(shí)可以提供更大的緩沖和吸能區(qū)域，更加安全。同時(shí)由于車身質(zhì)量更大，發(fā)生碰撞時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化比較輕的車輛更小，車內(nèi)人員受到的沖擊也就更小。據(jù)美國(guó)IIHS統(tǒng)計(jì)，小/微型車的事故死亡率相比過(guò)去十年已經(jīng)有了很大程度的降低，但相比同時(shí)代的更大的車型來(lái)說(shuō)仍然處在劣勢(shì)。
在汽車制動(dòng)方面，由于輕量化所致車重降低，在相同速度減速時(shí)，減速系統(tǒng)所消耗的能量就會(huì)降低，相同的制動(dòng)器條件下，制動(dòng)效果就更大，制動(dòng)距離也會(huì)縮短，制動(dòng)性能則有明顯的提升，汽車在輕量化之后，主動(dòng)安全性能反而會(huì)得到提升。
因此，在面對(duì)潛在事故和潛在威脅時(shí)，更輕的車輛可以憑借更好的加速、制動(dòng)以及操控性能進(jìn)行規(guī)避，但當(dāng)發(fā)生避無(wú)可避的碰撞時(shí)，更重的車輛會(huì)略占優(yōu)勢(shì)。值得注意的是，相同條件下車身重的一般車型級(jí)別越高，由車身尺寸及質(zhì)量帶來(lái)的變化不能忽視。當(dāng)車輛在車身長(zhǎng)寬高、軸距等尺寸一定的情況下，從圖2可以看出，輕量化將有利于安全性提升。
由此可見(jiàn)，汽車安全性并不能簡(jiǎn)單地通過(guò)車重來(lái)衡量，汽車本身安全設(shè)計(jì)的碰撞吸能結(jié)構(gòu)、高強(qiáng)度材料和受力載荷傳遞能力，以及碰撞后乘員艙的完整程度都對(duì)安全性有影響，而這些因素其實(shí)都與汽車重量的大小沒(méi)有直接關(guān)系。目前輕量化技術(shù)也并非簡(jiǎn)單減重，而是目前汽車工業(yè)各類尖端制造科技和工藝的匯聚，確保安全性也是輕量化實(shí)現(xiàn)的前提。
輕量化材料的利弊一覽
通常，主機(jī)廠工程師們主要從輕量化材料、車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝三方面進(jìn)行優(yōu)化配置，來(lái)實(shí)現(xiàn)車輛安全輕量化。其中，輕量化材料包括高強(qiáng)度鋼材（熱成型鋼材）、輕合金（鋁合金、碳纖維、鎂合金）、記憶金屬（微晶鋼）、工程塑料、陶瓷、玻璃纖維等。這些材料有利有弊，在不同程度上影響到汽車輕量化進(jìn)程，下面我們就具體來(lái)看下。
鋼鐵材料
高強(qiáng)度鋼在抗碰撞性能、加工工藝和成本方面與鋁、鎂合金、碳纖維相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)，可滿足減重及提升碰撞安全性能的需要。同樣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)下，高強(qiáng)鋼縱梁會(huì)吸收更多能量，實(shí)現(xiàn)A柱B柱堅(jiān)固不易變形。
其缺點(diǎn)在于與鋁、鎂合金及碳纖維相比，不如后三者那么輕質(zhì)。
鋁合金
鋁合金的優(yōu)點(diǎn)主要包括質(zhì)輕耐磨、彈性好耐腐蝕、優(yōu)異的抗沖擊性能、加工成型出色以及100%可回收，是車企熱衷使用的輕量化材料。
缺點(diǎn)在于抗承載能力較弱，鋁合金的抗承載能力較鋼有很大的差距，所以即使是全鋁車身的汽車，其底盤(pán)一般仍為鋼鐵材料。此外，鋁合金制備工藝復(fù)雜，成本相對(duì)較高。目前使用鋁合金的車型比較多的是中高檔汽車。
鎂合金
鎂合金的優(yōu)點(diǎn)在于鎂合金是出色的汽車輕量化材料，也是工程應(yīng)用中最輕的結(jié)構(gòu)材料。純鎂密度為鋁的2/3，鋼的1/4，和工程塑料的密度非常接近。而且鎂合金的比強(qiáng)度高于鋁合金和鋼鐵。在不降低零部件強(qiáng)度條件下，鎂合金鑄件能比鋁鑄件減重約25%。鎂合金還有優(yōu)異的焊接和鑄造性能、對(duì)振動(dòng)與沖擊的吸收性能好，抗凹陷性能好，易于機(jī)械加工。
缺點(diǎn)在于價(jià)格較高和高溫抗蠕變問(wèn)題尚未得到有效解決，因此目前主要應(yīng)用于儀表盤(pán)基座、風(fēng)扇架、方向盤(pán)軸、燈托架等汽車零部件中。
碳纖維
碳纖維優(yōu)點(diǎn)在于超輕質(zhì)和高強(qiáng)度，是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。寶馬在i3純電動(dòng)和i8混動(dòng)超跑上就大面積應(yīng)用了碳纖維材料。
致命的缺點(diǎn)在于成本高昂，目前只能用于應(yīng)用于超豪華車型，高昂的造價(jià)制約了該材料的普及，不過(guò)隨著技術(shù)的發(fā)展，碳纖維的成本有望降低。同時(shí)，由于碳纖維是脆性材料，受力過(guò)大直接斷裂，損壞后基本無(wú)法修復(fù)，因此難以回收使用。此外，碳纖維高強(qiáng)度只限于軸向，徑向強(qiáng)度較低。
工程塑料
工程塑料優(yōu)點(diǎn)在于輕質(zhì)、防銹、吸震、可靈活設(shè)計(jì)，在汽車零部件特別是內(nèi)飾件上應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)在于強(qiáng)度及外觀質(zhì)感不夠。
總而言之，只有實(shí)現(xiàn)車輛的安全、性能、成本和重量四者之間的最佳平衡，才是汽車制造的終極目標(biāo)。相信隨著整車輕量化發(fā)展和科技進(jìn)步，輕量化技術(shù)日趨完善，汽車工程師們一定會(huì)有完美的解決方案。
