鋼不如鋁屬臆測？鋼材輕量化效用及應用前景淺析

  據外媒報道，汽車質量對標研究項目（AutoMassBenchmarking）最新報告表明，采用鋼材更有利于實現汽車輕量化，該研究項目獲得了世界汽車用鋼聯盟的支持。

  《2017年汽車質量對標研究》旨在為車企提供了更精準的汽車質量對標新方法。借助統計回歸分析    （tatisticalregressionanalysis），車企能夠：1）更加精準地進行汽車質量對標，因為該方法揭示了各種汽車零部件對實現汽車輕量化的效用；2）有助于為未來汽車提供更加高效的燃油經濟性設計方案（或溫室氣體減排策略）。

  鋼材的優化設計潛力及輕量化效用

  世界汽車用鋼聯盟（WorldAutoSteel）技術總監RussBalzer表示：“在完成第三次報告更新后，研究團隊發現，即使在現有鋼材牌號的基礎上，依然存在著大量設計優化和輕量化的潛力。”

  據最新版《2017年汽車質量對標研究》顯示，即使研究團隊針對較新車型進行分析（主要是2011-2015年車型，對比此前分析的2001-2012年車型），他們發現其輕量化趨勢依然相同。

  鋼不如鋁屬臆測？鋼材輕量化效用及應用前景淺析

  （圖片中譯文引用世界汽車用鋼聯盟的資料，下同）

   RussBalzer表示：“最明顯的趨勢為：據數據庫內的資料顯示，鋼制部件的質量區間較大。例如，相同尺寸的鋼制車門，由于其功能不同，其質量范圍為15.2-21.9千克，其質量上、下限的差異高達44%。據公司估計，即使采用現有牌號的鋼材及制造技術，未來汽車輕量化（減重）的潛力依然巨大。若持續研發新牌號的鋼材，未來將實現進一步的車輛減重。”

  本次研究的零部件用料包括：鋼材、鋁材以及鋼鋁混合材料。由于碳纖維、鎂制零部件的應用數量有限，無法進行有效的統計學分析，因此未將其列入考慮。

  研究方法

  ——統計回歸分析的簡介及作用

  本次研究所關注的是先前未曾分析過的較新車型，并且允許在一定期間內進行比較，一方面測試統計模型的穩定性，一方面探尋可能存在的汽車重量與時間之間的發展趨勢。

  Balzer解釋道，統計回歸分析與傳統的對標方法不同，允許將新設計與數據庫內所有的車輛進行比較，涵蓋了各個尺寸及細分市場內的車型，而不僅限于與某款或某兩款車型的比對（此即為傳統的汽車對標方法），數據回歸分析法也與車企所用的衡量零部件輕量化效用的方法有所不同。

  作為統計回歸分析的研發者，密歇根大學的DonMalen博士表示：“統計回歸對標分析法打開了數據庫的大門。有了該方法，工程技術人員能夠辨識優質、更現實的把目標，同時節省時間和成本。”

  《2017年汽車質量對標研究》的技術研究要點包括：

  該研究采用了A2Mac1拆分式汽車數據庫（vehicletear-downdatabase）及統計回歸分析，涉及了2011-2015款的近250款車型。該方法可幫助隔離數據庫內的有效設計零部件——與材料、尺寸和性能等方面類似的其他零部件相比，有效設計零部件可大大減輕重要。然后利用有效設計零部件進行不同材料間的對比，以了解真實汽車的減重能力。

  鋼不如鋁屬臆測？鋼材輕量化效用及應用前景淺析

  由于零部件結構存在不同，意味著有的結構設計可能比其他同等尺寸的部件要輕，這主要得益于其結構性能表現及所用材質。若采用先進高強度鋼材和/或全面優化零部件的結構設計，或許能進一步提升鋼材的輕量化效用。

  當今鋼結構設計的減重效用（Massefficiency）差別迥異，該對標方法再次表明，相似子系統內所有鋼結構件質量效用存在較大的差異。例如，相同尺寸（7.5平方厘米）的鋼制車身結構的質量差異可達100千克（結構件質量上、下限間的差值）。

  該研究表明，許多人在談到輕量化鋁材的性能標準時，許多人都憑經驗判定，其減重可達四成左右。然而，事實上，該目標值通常難以實現。當與同等尺寸的、經輕量化優化設計的鋼制零部件相比時，鋁材的輕量化效用更是如此。

  當與高效用的鋼結構設計相比較，鋁材與該類材質間輕量化（減重）效用差距將進一步縮小。以前保險杠為例，若分別采用高效用的鋼材與鋁材，那么鋁材的減重幅度僅為19%，而采用高效用的鋼材制作的保險杠，比業內常規保險杠的質量要輕27%。而對于掀背式車門，采用高能效設計的鋁材和鋼材，兩者質量間的差異僅為2%。在實現輕量化效用時，其成本至少了縮減到原先的三分之一。

  由于車輛系統設計的要求，有時未必能通過鋁材來實現減重這一輕量化目標。在對幾乎所有的受測部件進行復核后，研究人員發現，凡是減重效應的較大的零部件，該車輛系統內已見不到純粹的鋁結構，而鋁質掀背式車門的平均質量要高于鋼制掀背式車門，這一點在與乘客艙內直接相關的各部件中表現尤為明顯，因為還需要滿足聲振粗糙度（noise,harshnessandvibration，NVH）等附加要求。

  Balzer.總結道：“目前車企在鋼材的輕量化設計方面進展迅速，使其價格也變得更能為人們所接受。然而，據研究表明，目前還可以通過設計優化、對先進的鋼材及鋼材技術進一步減輕汽車部件的重量。”