走在減重的“鋁”程上 歡迎進入鋁合金材料普及時代

隨著各國政府與大眾的環保意識逐漸上升，相關空污排放規定也越來越嚴格。為了在新法規與客戶要求之間取得妥協，車廠只剩下唯一的選擇：透過使用輕量化材料來大幅減重。過去鋁合金材料由于剛性不足以及成本過高，大量采用鋁合金材料仍是高級車的特權，但是在過去幾年美國鋁業公司的努力推動以及其Alcoa 951專利的突破，未來幾年汽車產業使用的鋁合金材料將會是目前的6倍之多！

歡迎進入鋁合金材料普及時代，請看我們的分析。

減重是大勢所趨

隨著各國政府與大眾的環保意識逐漸上升，相關空污排放規定也越來越嚴格。但由于潛在客戶不愿犧牲對性能的堅持，為了在新法規與客戶要求之間取得妥協，車廠只剩下唯一的選擇：透過使用輕量化材料來大幅減重。就算對普通車主來說，汽車輕量化的優勢亦不難理解：除了油耗必將隨之降低、輕量化還能帶來更好的操控性。由于車重減輕，起步時加速性能更好、剎車時的制動距離也更短。

從量化分析的角度來看，降低車重對于提升燃油效率的效果非常明顯：在車輛空載情況下，約70%的油耗用在推動車身重量。Mercedes車廠估計車體重量約占車輛都市行駛油耗的23%左右，若能在新車研發階段降低車身重量100公斤，則車輛在都市行駛狀況下每100公里可節省0.3至0.6升燃油、同時減少7.5～12.5g/km的二氧化碳排放量，汽車重量每降低1%，油耗可降低0.7%。與之相比，透過減少（輪胎）滾動阻力10%，燃油效率可提高3%；若傳動軸、變速箱等傳動系統效率提高10%，燃油效率可提高7%。可見得提升燃油效率并非只有“混合動力系統”這個唯一答案！透過降低車重的方式事實上比加裝任何形式的混合動力系統的成本都更低。現有的省油科技包括可變氣門與進氣歧管、渦輪增壓和個別汽缸熄火等等，但都沒有一種能達到5%的節油效果！降低車身重量還能減輕剎車系統運作壓力并提高發動機效能。隨著環保和節能的需求不斷提升，汽車輕量化已成為全球汽車工業發展的潮流。

鋁合金材料的優勢與劣勢

提到降低車重的方式，許多人腦海中第一個想到的是鋁合金材料！其實汽車歷史上已出現過不少全鋁合金車身的車型，包括超級跑車Honda NSX與Audi車廠為了彰顯技術實力的迷你車A2，目前在市面上銷售的仍有Audi A8和Jaguar XJ采用全鋁合金車身，最新的成員則是Tesla Model S。Jaguar XK可說將鋁合金技術與輕量化發揮至極致：不僅車身零件總數從5189個降至2761個，車身剛性更一口氣提升了48%，還大幅減肥140公斤（從1685公斤大幅減肥至1595公斤）！全新XK的馬力輸出僅比舊款小幅增加6匹而達到300匹馬力，但減肥有成之后的馬力/重量比，再加上懸掛系統的改良，換來的就是平易近人、更加靈巧的操控與駕馭感受。

然而除了Audi、Jaguar與Tesla車廠之外，過去對推出“全鋁合金車款”有興趣的車廠可謂寥寥無幾，全鋁合金車款的全球年度銷量也始終在5萬輛以下（占全球市占率不到0.1%）。BMW品牌旗下多數車型采用鋁鋼材料混用的車身結構，但首要原因是為了平衡車身前后配重以提升操控性。BMW 5系列即是鋼制車身和鋁制車首（主要在發動機蓋）的結合體，而X5車型僅在車身前半部有少數鋁合金零件，其整體結構仍為鋼制。但僅僅是這種混合結構就使制造成本上升了25%，而這還不是讓車廠頭痛的唯一原因：鋁受熱后體積大幅膨脹的金屬特性，使得鋁制車用零件的制造難度大大增加，在焊接車身時必須使用特制夾鉗、采用特殊制程才能將鋁制零件固定在特定位置。包括GM集團在內的國際車廠，無法將鋁合金廣泛應用在旗下車型，主因就是考慮到處理鋁制零件的特殊設備無法在遍布全球的組裝廠與維修點廣泛普及，不過若考慮到汽車的生命周期和資源回收性（鋁的回收比例高于鋼鐵），鋁優于鋼仍是不爭的事實。

中國企業逐漸仿效歐美競爭對手

越來越多量產車型開始大量使用鋁合金材料！之前Ford車廠發表了一款輕量化Mondeo概念車型：得益于鋁合金材料的增加，該款概念車的重量較普通車型降低25%。而在今年初底特律車展上，Ford車廠還推出了2015年式F-150小貨卡車型：該車車身97%采用鋁材料（成為歷史上第一款鋁合金車身小貨卡），較之前同款鋼制車身的車型減重320公斤，燃油效率更提升30%。F-150一直是Ford車廠旗下的經典小貨卡，多年高踞美國市場十大暢銷車榜首，2014年更以超過76.3萬輛的銷量占據美國小貨卡市場40%市占率。在全新年式F-150車型問世數月之后的今天，還有報導稱GM集團亦在推動將鋁材料更多用在下一代小貨卡車型設計之內，Chrysler車廠則于去年5月份宣布其較小型的Jeep品牌車型牧馬人（Wrangler）可能大量使用鋁材料。

在應對節能與環保議題上，包括美國、日本等國家以及歐洲的主要汽車制造商都在全力推動“汽車輕量化”的目標：歐洲汽車制造商正在進行“超輕型汽車”計劃（爭取減輕車重30%）；美國政府主導的PNGV計劃（新一代汽車合作計劃）由政府每年投入2億美元，目的也是家庭轎車的減重。中國汽車工程學會也已聯合十多家有代表性的中國車廠、鋼鐵企業以及學術研究單位成立了“汽車輕量化技術戰略聯盟”，并定下明確的目標：推動中國汽車產品平均車重降低8%至10%。

看到歐美車廠的積極態度，相信不少讀者也關心中國市場是否會追上這波“鋁合金”風潮？有鑒于鋁合金材料的應用需要產業上下游完整配套，對于中國汽車制造業者來說，想要迎來較大規模的鋁應用恐怕還要再等一段時間，預估會分為兩個階段進行：第一個階段將以國外在中國的合資品牌車企為主；第二個階段或將在10年之后發生，主要包括中國本土車廠與自主品牌。由于未來燃油經濟性和排量標準更為嚴格，中國汽車制造商為了滿足前述規定，最終都將大規模采用鋁合金材料，因為唯有新材料的應用與導入，才能幫助汽車制造商在不犧牲內飾空間和汽車性能的前提下，達成更高燃油效率的目標。