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钢材轻量化效用及应用前景浅析

来源:盖世汽车  发稿时间:2017-08-01

核心提示:

据外媒报道,汽车质量对标研究项目(Auto Mass Benchmarking)最新报告表明,采用钢材更有利于实现汽车轻量化,该研究项目获得了世界汽车用钢联盟的支持。许多人在谈到轻量化铝材的性能标准时,许多人都凭经验判定,其减重可达四成左右。然而,事实上,该目标值通常难以实现。当与同等尺寸的、经轻量化优化设计的钢制零部件相比时,铝材的轻量化效用更是如此。由于车辆系统设计的要求,有时未必能通过铝材来实现减重这一轻量化目标。

  盖世汽车讯 据外媒报道,汽车质量对标研究项目(Auto Mass Benchmarking)最新报告表明,采用钢材更有利于实现汽车轻量化,该研究项目获得了世界汽车用钢联盟的支持。

  《2017年汽车质量对标研究》旨在为车企提供了更精准的汽车质量对标新方法。借助统计回归分析(tatistical regression analysis),车企能够:1)更加精准地进行汽车质量对标,因为该方法揭示了各种汽车零部件对实现汽车轻量化的效用;2)有助于为未来汽车提供更加高效的燃油经济性设计方案(或温室气体减排策略)。

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       钢材的优化设计潜力及轻量化效用

  世界汽车用钢联盟(WorldAutoSteel)技术总监Russ Balzer表示:“在完成第三次报告更新后,研究团队发现,即使在现有钢材牌号的基础上,依然存在着大量设计优化和轻量化的潜力。”

  据最新版《2017年汽车质量对标研究》显示,即使研究团队针对较新车型进行分析(主要是2011-2015年车型,对比此前分析的2001-2012年车型),他们发现其轻量化趋势依然相同。

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(图片译文引用世界汽车用钢联盟的资料,下同)

  Russ Balzer表示:“最明显的趋势为:据数据库内的资料显示,钢制部件的质量区间较大。例如,相同尺寸的钢制车门,由于其功能不同,其质量范围为15.2-21.9千克,其质量上、下限的差异高达44%。据公司估计,即使采用现有牌号的钢材及制造技术,未来汽车轻量化(减重)的潜力依然巨大。若持续研发新牌号的钢材,未来将实现进一步的车辆减重。”

  本次研究的零部件用料包括:钢材、铝材以及钢铝混合材料。由于碳纤维、镁制零部件的应用数量有限,无法进行有效的统计学分析,因此未将其列入考虑。

       研究方法——统计回归分析的简介及作用

  本次研究所关注的是先前未曾分析过的较新车型,并且允许在一定期间内进行比较,一方面测试统计模型的稳定性,一方面探寻可能存在的汽车重量与时间之间的发展趋势。

  Balzer解释道,统计回归分析与传统的对标方法不同,允许将新设计与数据库内所有的车辆进行比较,涵盖了各个尺寸及细分市场内的车型,而不仅限于与某款或某两款车型的比对(此即为传统的汽车对标方法),数据回归分析法也与车企所用的衡量零部件轻量化效用的方法有所不同。

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  作为统计回归分析的研发者,密歇根大学的Don Malen博士表示:“统计回归对标分析法打开了数据库的大门。有了该方法,工程技术人员能够辨识优质、更现实的把目标,同时节省时间和成本。”

       《2017年汽车质量对标研究》的技术研究要点包括:

  该研究采用了A2Mac1拆分式汽车数据库(vehicle tear-down database)及统计回归分析,涉及了2011-2015款的近250款车型。该方法可帮助隔离数据库内的有效设计零部件——与材料、尺寸和性能等方面类似的其他零部件相比,有效设计零部件可大大减轻重要。然后利用有效设计零部件进行不同材料间的对比,以了解真实汽车的减重能力。

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  由于零部件结构存在不同,意味着有的结构设计可能比其他同等尺寸的部件要轻,这主要得益于其结构性能表现及所用材质。若采用先进高强度钢材和/或全面优化零部件的结构设计,或许能进一步提升钢材的轻量化效用。

  当今钢结构设计的减重效用(Mass efficiency)差别迥异,该对标方法再次表明,相似子系统内所有钢结构件质量效用存在较大的差异。例如,相同尺寸(7.5平方厘米)的钢制车身结构的质量差异可达100千克(结构件质量上、下限间的差值)。

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  该研究表明,许多人在谈到轻量化铝材的性能标准时,许多人都凭经验判定,其减重可达四成左右。然而,事实上,该目标值通常难以实现。当与同等尺寸的、经轻量化优化设计的钢制零部件相比时,铝材的轻量化效用更是如此。

  当与高效用的钢结构设计相比较,铝材与该类材质间轻量化(减重)效用差距将进一步缩小。以前保险杠为例,若分别采用高效用的钢材与铝材,那么铝材的减重幅度仅为19%,而采用高效用的钢材制作的保险杠,比业内常规保险杠的质量要轻27%。而对于掀背式车门,采用高能效设计的铝材和钢材,两者质量间的差异仅为2%。在实现轻量化效用时,其成本至少了缩减到原先的三分之一。

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  由于车辆系统设计的要求,有时未必能通过铝材来实现减重这一轻量化目标。在对几乎所有的受测部件进行复核后,研究人员发现,凡是减重效应的较大的零部件,该车辆系统内已见不到纯粹的铝结构,而铝质掀背式车门的平均质量要高于钢制掀背式车门,这一点在与乘客舱内直接相关的各部件中表现尤为明显,因为还需要满足声振粗糙度(noise, harshness and vibration,NVH)等附加要求。

  Balzer.总结道:“目前车企在钢材的轻量化设计方面进展迅速,使其价格也变得更能为人们所接受。然而,据研究表明,目前还可以通过设计优化、对先进的钢材及钢材技术进一步减轻汽车部件的重量。”

       原文转自盖世汽车/李文龙

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