汽車電動化智能化革命沒鋁寸步難行

    隨著全球汽車排放法規日益嚴苛,實現車輛輕量化的目標對于一眾跨國車企而言仍是頭等大事.眾所周知,油耗、二氧化碳排放量與車身重量成正比,而鋁的重量只有鋼重量的1/3.為了達到汽車減重的目的,車企紛紛將目光轉向鋁材,希望以此提高汽車的燃油經濟性、降低二氧化碳排放量.當前,以自動駕駛和電動汽車為主要方向的新技術革命正在席卷汽車業,這將進一步推動全球車用鋁材需求增長.

    近日,全球知名鋁材生產商諾貝麗斯預測,由于中國電動汽車產量不斷攀升,今年亞洲汽車業鋁材需求將增長20%——25%.鋁材在安全性、耐久性、靈活性、環保性等方面的綜合優勢,獲得越來越多汽車業內人士和消費者的認可.但與此同時,鋁材成本高、強度低和焊接性能差等缺點也不容忽視.如何善用鋁材來推進汽車電動化和智能化的發展,仍是擺在眾多汽車制造商面前的一道難題.

    鋁材助電動汽車減重

    近日,德國零部件供應商大陸集團公布了一項最新研究成果,一款專門為電動汽車研發的新概念車輪.大陸集團對車輪及輪軸進行全新設計,其中輪胎外圈采用的就是鋁質行星齒輪架,采用螺栓連接方式將該設備牢牢地固定到輪轂上,剎車盤也采用了鋁材.大陸集團表示,該設計通過減輕輪胎重量,優化了電動汽車的制動,同時消除了可能遭受腐蝕的傳統制動轉子的不良制動性能.與此同時,該設計也有利于降低汽車的維護成本,延長汽車的使用壽命.

    當前,新能源汽車的快速發展,將大大帶動車用鋁材的需求.與傳統燃油汽車相比,在有限電池容量的前提下,為了最大程度地增加續駛里程,解決電動汽車的輕量化問題顯得更為迫切.對于電動汽車而言,消費者最大的訴求就是保證續駛里程.在單體電池容量不變的情況下,增加續駛里程就必須安裝更多電池,而電池是電動汽車最主要的成本之一,安裝更多電池不僅會顯著增加成本,而且車身重量增加也會消耗更多電能.因此,讓電動汽車"瘦身"的緊迫性遠大于傳統燃油汽車,而使用鋁材可以有效減輕車身整體重量.

    鋁合金在新能源汽車中應用可以提升效率、降低油耗和節能減排,因此,全鋁車身是新能源汽車輕量化的發展方向之一.特斯拉旗下代表車型——Model S采用了全鋁車身.今年上半年,特斯拉Model S榮膺美國市場最受歡迎的豪華車型,銷量碾壓奔馳、寶馬.除了其充滿科技感的設計和構造,Model S最引人注目的特點之一就是采用了鋁合金作為車身框架材料,使得整體車身重量大幅降低,同時為消費者帶來了更好的駕駛體驗.

    采用鋁材作為車身材料,可以有效減輕車身重量,并降低制造成本.歐洲鋁業協會的一項研究表明,以大眾高爾夫電動版為例,在相同續駛里程的情況下,鋁制版車身攜帶的電池重量小于鋼制版,全鋁車身比鋼制車身需要的電池容量減少了9%.雖然全鋁車身成本較高,但由于車身減重節約的電池成本比采用全鋁車身而增加的成本還要多,平均下來每輛鋁制電動車比傳統鋼制電動車便宜635歐元.

    自動駕駛不畏鋁價高

    未來,自動駕駛汽車將發揮著越來越重要的作用.行業機構預測,到2035年,全球具備不同自動駕駛水平的汽車總量將達到3000萬輛.業內專家指出,自動駕駛汽車數量的快速增長也將帶動鋁材消費的大幅提升.據美國密歇根大學近日發布的一項研究報告,未來,由自動駕駛汽車承擔的總行駛里程預計將增長75%以上,這勢必要求自動駕駛汽車采用更加節能和輕量化的產品設計,以提升能源效率.

    目前,由于成本較高,鋁材還無法在汽車業實現大規模應用.但自動駕駛車輛的價格不菲,車企可以在自動駕駛汽車上使用鋁材,再將成本分攤給終端用戶.未來,自動駕駛汽車行駛的里程將大大超過普通家用車輛,而且由于人為因素導致的事故發生率較低,未來大量應用鋁材的自動駕駛汽車很可能會被提供汽車共享服務的運營商及出租車公司所采用.而且,自動駕駛汽車能夠晝夜不停地提供服務.因此,自動駕駛汽車可以采用更多鋁材以實現車輛的輕量化,進而提升鋁材在汽車業的應用.

    今年7月,首款具備3級自動駕駛水平的量產車奧迪新A8正式發布,這款"解放駕駛員雙手"的產品,采用的就是鋁制車身,用實踐證明了鋁材是自動駕駛汽車不可或缺的"好伙伴".對于車企而言,在自動駕駛和電動汽車中采用大量鋁材,有助于抵消鋰離子電池的整體成本.隨著電動汽車以及自動駕駛汽車的進一步發展,未來鋁材也將得到更廣泛的應用.

    成本仍是一大攔路虎

    據法國達科研究機構最近發布的一份調研報告,未來十年,鋁材在汽車行業中的應用將激增42%,但增幅明顯低于之前的預期.該機構分析師迪克·舒爾茨表示:"未來,鋁材在汽車材料中的占比可能不會有現在這么高.以福特F150為例,雖然該車在采用鋁材后減重700磅,但制造成本卻增加了1000美元."他認為,為了平衡成本,未來福特F-150可能會傾向于增加其他材料的使用,鋁材用量將會減少.

    的確,上一代奧迪A8的車身采用了92%的鋁合金,但新一代產品卻使用了鋁合金、高強度鋼、鎂合金以及碳纖維復合材料來打造車身,鋁合金的比例降至58%.對此,奧迪德國輕量化設計中心工程部經理亞歷山大·科比爾克表示,現在法規提高了對電池保護的強度要求,因此加入高強度、熱成型的鋼材勢在必行.與上一代產品相比,新一代奧迪A8的扭轉剛度提升了24%.而且,鋼材的隔音特性更好,能有效降低車內噪聲.換言之,全鋁車身目前仍存在強度低、扭轉剛度不足以及隔音效果差等缺點,難以滿足汽車安全及舒適性能的高標準和高要求.

    此外,全鋁車身的維修和養護費用也比較高.豐田汽車負責采購和供應商的副總裁羅伯特·楊坦言,在日本汽車制造商眼中,為了提升產品的燃油經濟性,采用較輕的鋁材代替鋼材也許是必要的.但在面臨鋁材和鋼材之間的抉擇時,他們仍需要在成本、可靠性、涂料相容性、強度和質量等方面進行權衡.