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为什幺全铝合金车将成趋势?车厂换用车身与零件的关键内幕!!

为什幺全铝合金车将成趋势?车厂换用车身与零件的关键内幕!!

「用铝、还是用钢?」这个问题始终困扰着汽车工程师,而今年8月中国国产化全新M.Benz E-Class长轴距车型上市时,车坛人士立刻发现了加长轴距车型比海外市场(包括台湾)的标準轴距车型重量有所增加,这种「与世界潮流相反」的安排立即在中国车坛成为热门话题!相对于铝合金、汽车製造商更倾向于选择高强度碳钢来替代普通钢材,「钢材门」背后的动机为何?对车主用车的影响有多大?以后有没有机会发生在台湾销售的车型?请看我们的分析。

为什幺全铝合金车将成趋势?车厂换用车身与零件的关键内幕!!由于其轻量化优势,过去铝合金材料多用于赛车运动、航空工业、建筑(门窗)、食品包装(易开罐)、电子通信设备外壳(如iPhone、MacBook Air)等领域。

文 许鸿德

女神、网红们对身材与体重锱铢必较举世皆知,但让人出乎意料的是,近日M.Benz E-Class车型在中国上市后除了价格很有亮点之外,关于其车重与选材用料也迅速成为了车坛人士关心的话题。有趣的是,不同地区的E-Class车型其车重数据差异甚大:其中德国市场的E-Class重量仅为1575公斤,日本市场为1670公斤,台湾市场为1605公斤,香港的资料并没有公布,前述国家和地区都是标準轴距版本,而中国大陆加长轴距版本的E200L车型公布的重量为1770公斤!由于E-Class车型中国长轴版本车身加长143毫米,轴距加长140毫米,车身较重似乎也在情理之中。更为认真的人士则仔细比较进口车型与中国国产版本的用料(海外製造车型与中国国产版本用料不同早已行之有年),最后总结出E-Class进口版本的引擎盖、尾箱盖、翼子板等零件都选用铝合金材质,而新款中国国产版本E-Class在前述部分则全数採用高张力钢材。这样的安排让许多人不解:毕竟在追求轻量化的时代,换用钢材无疑增加车身重量,从而增加油耗以及加速时间。奔驰中国也在第一时刻官方发布声明指出,其国产的E-Class长轴版本和其它市场销售的E-Class车身一样均採用钢铝混合材料,而且均符合当地法律规定的安全标準,一时之间舆论譁然。

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 降低车重对于提昇燃油效率的理论基础不难了解:在车辆空载情况下、约70%的油耗用在推动车身重量。随着环保和节能的需求不断提昇,「汽车轻量化」已成为全球汽车工业发展的潮流。提到降低车重的方式,许多人脑海中第一个想到的铝合金材料!其实汽车历史上已出现过不少全铝合金车身的车型,包括超级跑车Honda NSX与Audi为了彰显技术实力的迷你车A2,目前在市面上销售的仍有Audi A8和Jaguar XJ採用全铝合金车身、最新的成员则是电动跑房车型Tesla Model S。

为什幺全铝合金车将成趋势?车厂换用车身与零件的关键内幕!!包括Ferrari、Jaguar的超跑以及Tesla车厂的电动车,都使用大比例的铝合金以降低车身重量。

 Jaguar XK可说将铝合金技术与轻量化发挥至极致:不仅车身零件结合总数从5189个降至2761个、车身刚性更一口气提昇了48%、还大幅瘦身140公斤(从1685公斤大幅瘦身至1595公斤)!全新XK的马力输出仅比旧款小幅增加6匹而达到300匹马力,但瘦身有成之后的马力/重量比,再加上悬吊系统的改良,换来的就是平易近人、更加灵巧的操控与驾驭感受。另一个具代表性的个案是Ferrari 360 Modena,其车身总重仅1406.2kg,但车身较Jaguar车厂推出的超跑车型XJ220车身重量更轻且刚性更高、内部空间更大。铝合金在Ferrari 360 Modena的製造过程中起到了至关重要的作用:数据显示Ferrari 360 Modena车身採用铝合金材料的总用量为562.5kg,零件铝化率达到40%之多。

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铝合金材料的优势与劣势

就算对普通车主来说,汽车轻量化的优势亦不难理解:除了油耗必将随之降低、轻量化还能带来更好的操控性。由于车重减轻,起步时加速性能更好、煞车时的制动距离也更短。製造一部普通中型汽车需费约727公斤的钢和铸铁,还要加上约350公斤的沖压钢板(高级车型的比例更高),然而除了Audi、Jaguar与Tesla车厂之外,过去对推出「全铝合金车款」有兴趣的车厂可谓寥寥无几,一直到近两年前、全铝合金车款的全球年度销量始终在5万部以下(佔全球市佔率不到0.1%),多数车厂仍选择铝钢混用的车身结构设计方案(包括M.Benz E-Class车型在内)。

为什幺全铝合金车将成趋势?车厂换用车身与零件的关键内幕!! 

另一德国高级车厂BMW品牌旗下多数车型也採用铝钢材料混用的车身结构,但主要原因是为了平衡车身前后配重以提昇操控性。BMW 5系列即是钢製车身和铝製车首(主要在引擎盖)的结合体,而X5车型仅在车身前半部有少数铝合金零件,其整体结构仍为钢製。仅仅是这种混合结构就使车身製造成本上昇了25%,而这还不是让车厂头痛的唯一原因:铝受热后体积大幅膨胀的金属特性使得铝製车用零件的製造难度大大增加,在焊接车身时必须使用特製夹钳、採用特殊製程才能将铝製零件固定在特定位置。

为什幺全铝合金车将成趋势?车厂换用车身与零件的关键内幕!!过去对推出「全铝合金车款」有兴趣的车厂可谓寥寥无几,一直到近两年前、全铝合金车款的全球年度销量始终在5万部以下(佔全球市佔率不到0.1%)。

包括GM集团在内的国际车厂无法将铝合金广泛应用在旗下车型,主因就是考量到处理铝製零件的特殊设备无法在遍布全球的组装厂与维修点广泛普及,铝合金零件(尤其是可能经常遭遇碰撞的外部覆盖钣件)修复起来的确有难度,前述问题笔者在十多年前Audi推出多款铝合金车型时的确深有体会,一直到近几年铝合金钣件的高昂维修设备逐渐普及后才有所改善。过去由于难以做铝合金钣金修复,车主只能选择整片更换,这无疑增加经销商的维修难度和车主用车成本。另一个铝合金的竞争对手仍是钢材的衍生合金材料:高强度碳钢。钢材业者则相信塑胶科技的进步对其并不是威胁。德国钢材供应商Thyssen-Krupp发言人Bernd Overmaat称,中低级距汽车的平均车身钢材用量仍然在90%以上。Thyssen-Krupp正在开发厚度更薄、强度更高的轻质钢材,还致力于结合钢材和塑胶用于车体板件以确保其竞争力。愈来愈多的汽车製造商更倾向于选择高强度碳钢来替代普通钢材。事实上以高强度钢材取代先前设计的铝合金零件并不少见(M.Benz的案例先前已经说明),海外钢铁业者甚至与专业设计团队共同合作、以争取汽车製造商更多的採购订单。

为什幺全铝合金车将成趋势?车厂换用车身与零件的关键内幕!!车厂对「轻量化材料」始终有浓厚兴趣,也不断在F1赛车、概念车等领域尝试如碳纤维等材料,然而由于生产成本的限制、多数材料仍为大量普及于量产车型中。

大量使用铝合金材料

需配套厂商全力配合

虽然高张力钢材与铝合金材料各擅胜场,但是愈来愈多量产车型开始大量使用铝合金材料的确是不争的事实!Ford先前已发表一款轻量化Mondeo概念车型:得益于铝合金材料的增加,该款概念车的重量较普通车型降低25%,之后在2015年初底特律车展,则推出了具里程碑意义的2015年式F-150小货卡车型:该车车身97%採用铝材料(成为历史上第一款铝合金车身小货卡),较之前同款钢製车身的车型减重320公斤、燃油效率更提昇30%。F-150一直是Ford旗下的经典小货卡,多年高踞美国市场十大畅销车榜首,2014年更以超过76.3万部的销量佔据美国小货卡市场40%市佔率。在全铝合金车身F-150车型问世一个月之后,GM集团也证实将让铝材料多用在下一代小货卡车型设计之内,Chrysler则于2014年5月份宣布其较小型的Jeep车型Wrangler可能大量使用铝材料。

为什幺全铝合金车将成趋势?车厂换用车身与零件的关键内幕!!以BMW来说,相比1990年的12%、最近问世的新车型中已经有17%的零件採用用塑胶製成。透过先进的轻量化材料科技,就算是小孩也能举起大面积的车辆零件。

行文至此,相信许多读者都会好奇,全新E-Class车型中国版本的部分零件选择以高张力钢材取代铝合金,背后考量的原因究竟是什幺?由于汽车生产程序複杂、更改设计牵一髮而动全身,整车製造更涉及当地组装生产线的模具投资(生产金属钣件之模具投入成本与回收情况)、焊接/表面处理设备的技术水準高低、以及相关配套供应商的供货能力;加以中国仍对进口车型课徵不斐的关税,在当前的法规环境下,选择与中国车企成立合资车厂后、在中国组装车辆进行销售成为M.Benz在中国拓展市场的唯一选择,这也意味着北汽奔驰的任何组装线升级与资本开支计画,都不得不考虑到中国合资伙伴的立场(与意愿)。

为什幺全铝合金车将成趋势?车厂换用车身与零件的关键内幕!!多数车厂仍选择铝钢混用的车身结构设计方案(包括M.Benz E-Class车型在内),而BMW即是钢製车身和铝製车首(主要在引擎盖)的结合体。

北汽奔驰对零件材料的选用,需要进行全面通盘的考量,没有参与其中的会议很难提供读者真正的答案,但可以确定的是,做出此决定必定採纳了包括生产製造(大量使用铝合金零件需升级沖压及焊接设备)、成本核算(使用铝合金零件需增加额外成本)、售后市场(铝合金钣件增加车主未来维修成本)等各部门的意见,而其中最重要的、恐怕还是评估铝合金板材供应商的配套生产能力!

为什幺全铝合金车将成趋势?车厂换用车身与零件的关键内幕!!Ford先前已发表一款轻量化Mondeo概念车型,Land Rover也在SUV车型内大量使用铝合金材料以降低车身重量。

举例而言,面对未来汽车消费者旺盛的需求,美国铝业(Alcoa)必须先斥资3亿美元升级位于美国爱荷华州(Iowa)达文波特(Davenport)轧製厂,该厂更独家拥有Alcoa 951专利技术,这种车辆组装连接技术的新工艺技术是在连接组装前对铝合金薄板、挤压材、铸件进行表面处理,许多车厂的生产试验与试用证明运用该专利技术后,铝材料的连接强度比汽车工业应用的钛锆(titanium Zirconium)连接强度提高3至8倍。达文波特轧製厂是世界最大的铝板带轧製厂之一,拥有世界独一无二的5588 mm的热粗轧机,所生产的厚板、薄板与带材在航空航太、兵器、国防、乘用车、商用车、轨道车辆及其他工业部门都获得广泛的应用。没有如同美国铝业这样的顶级配套供应商,Ford绝不可能推出车身97%採用铝材料的F-150小货卡车型,而缺乏配套供应商的支持也是台湾国产化车型铝合金零件比例甚低的主要原因。

为什幺全铝合金车将成趋势?车厂换用车身与零件的关键内幕!! 

中国国产C-Class

是否混入台湾市场?

跨国厂商针对各国不同的法规与市场环境,各地区版本的产品有所差异并不少见,例如韩国三星的同一款热门手机在美国、韩国与中国就採用不同厂商供应的处理器。因为中国消费者的偏好,当地国产车型在安全配备、影音系统甚至车身长度都有大幅改动,很难简单以规格差异来区分消费者的权益是否受损,然而本次全新E-Class车型「钢板门」事件再次说明了中国汽车产业「大而不强」的现状:中国早已成为世界电解铝第一大生产国,却仍无法大量提供本国车厂所需要的汽车用铝合金材料。

过去电解铝材料多用于航空工业、建筑(门窗)、食品包装(易开罐)、电子通信设备外壳(如iPhone、MacBook Air)等领域,由于中国业者在21世纪前十年大量投入电解铝导致产能过剩,全球电解铝业者的获利也陷入谷底困境。就在中国铝业公司仍在挣扎求生的同时,美国铝业公司所生产的车用铝板销售收入却飞速成长:从2012年的1.6亿美元增加至2015年的5.8亿美元、预计至2018年更达到13亿美元。

为什幺全铝合金车将成趋势?车厂换用车身与零件的关键内幕!!2015年式Ford F-150小货卡,车身97%採用铝材料(历史上第一款铝合金车身小货卡),较之前同款钢製车身的车型减重320公斤、燃油效率更提昇30%。

许多台湾读者可能会担心,中国国产化版本E-Class与海外版本差距甚大,以后有没有可能「偷天换日」引进台湾市场?目前看来这仍属于「庸人自扰」:从2009年两岸启动ECFA谈判开始,台湾车辆公会就持续争取双方协议一定数量的整车以零关税(目前关税为25%)互相出口。目前台湾市场一年进口汽车数量约16万部,中国市场一年进口汽车数量约106万部,若达成「各自进口车市场25%为配额上限」,则一年将有4万部整车从中国销往台湾,对中国整体市场的影响可以忽略不计,反观台湾汽车製造商有26万部整车配额可销往中国,以2015年台湾整车生产量(约26万部),26万部的配额代表超过100%的需求成长,更可一举解决台湾汽车组装产能过剩的问题。可惜过去7年中国中汽协对于整车零关税进出口的议题丝毫不让步,加以两岸关係近来降至冰点,看来中国国产的海外品牌车型进口台湾仍然遥遥无期。

为什幺全铝合金车将成趋势?车厂换用车身与零件的关键内幕!!铝合金零件(尤其是可能经常遭遇碰撞的外部覆盖钣件)修复起来的确有难度,笔者在十多年前Audi推出多款铝合金车型时深有体会,一直到近几年铝合金钣件的高昂维修设备逐渐普及后才有所改善。

目前仅有Toyota、Nissan、Mitsubishi、Honda与Ford等五个国际汽车品牌在台湾设有生产中心,其他在中国已完成国产化、但在台湾市场仍以进口方式销售的汽车品牌如VW、GM等品牌其实从未放弃过研究引进中国生产车型销往台湾市场的可行性?毕竟中国生产车型有着显着的价格优势,以上海大众生产的VW Polo为例,目前在中国市场的指导价低于45万元新台币,但在印度生产并经由海运输送并课徵进口关税后的Polo车型在台湾市场的身价就暴涨66%至70万新台币。

不过此类规划目前仍受限于ECFA整车中国销往台湾总量限制(每年4万部),加以台湾消费者对中国製车型与海外母厂原装产品相比仍存有品质与安全的疑虑而暂难实施。过去台湾裕隆及太子汽车与中国大陆吉利、奇瑞汽车的合作计画成绩并不突出,这都让有意引进的业者保持观望态度。不过中国生产车型外销海外早有先例:从2005年开始,广州本田生产的Honda Fit即开始出口至包括英国、德国、法国、义大利在内的欧洲市场,由于中国生产的Fit拥有显着的成本竞争力,目前欧洲市场上70%的Fit都是「中国製造」,这也是不争的事实。车厂对零件材料的选用,必定採纳了包括生产製造(大量使用铝合金零件需升级沖压及焊接设备)、成本核算(使用铝合金零件需增加额外成本)、保修(铝合金钣件增加车主未来维修成本)等各部门的意见,其中最重要的,恐怕还是评估铝合金板材供应商的配套生产能力!

为什幺全铝合金车将成趋势?车厂换用车身与零件的关键内幕!!由于汽车生产程序複杂、更改设计牵一髮而动全身,铝受热后体积大幅膨胀的金属特性使得铝製车用零件的製造难度大大增加,必须大幅增加额外设备成本。为什幺全铝合金车将成趋势?车厂换用车身与零件的关键内幕!!车厂大量换用铝合金材料的前提是铝合金板材供应商的配套生产能力达标,若没有如同美国铝业这样的顶级配套供应商,Ford绝不可能推出车身97%採用铝材料的F-150小货卡车型;而前述条件目前在中国还不存在。

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