鋼不如鋁屬臆測？鋼材輕量化效用及應(yīng)用前景淺析

    據(jù)外媒報(bào)道，汽車質(zhì)量對(duì)標(biāo)研究項(xiàng)目（AutoMassBenchmarking）最新報(bào)告表明，采用鋼材更有利于實(shí)現(xiàn)汽車輕量化，該研究項(xiàng)目獲得了世界汽車用鋼聯(lián)盟的支持。

    《2017年汽車質(zhì)量對(duì)標(biāo)研究》旨在為車企提供了更精準(zhǔn)的汽車質(zhì)量對(duì)標(biāo)新方法。借助統(tǒng)計(jì)回歸分析（tatisticalregressionanalysis），車企能夠：1）更加精準(zhǔn)地進(jìn)行汽車質(zhì)量對(duì)標(biāo)，因?yàn)樵摲椒ń沂玖烁鞣N汽車零部件對(duì)實(shí)現(xiàn)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(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)方案（或溫室氣體減排策略）。

    鋼材的優(yōu)化設(shè)計(jì)潛力及輕量化效用

    世界汽車用鋼聯(lián)盟（WorldAutoSteel）技術(shù)總監(jiān)RussBalzer表示：“在完成第三次報(bào)告更新后，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，即使在現(xiàn)有鋼材牌號(hào)的基礎(chǔ)上，依然存在著大量設(shè)計(jì)優(yōu)化和輕量化的潛力?！?/p>

    據(jù)最新版《2017年汽車質(zhì)量對(duì)標(biāo)研究》顯示，即使研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)較新車型進(jìn)行分析（主要是2011-2015年車型，對(duì)比此前分析的2001-2012年車型），他們發(fā)現(xiàn)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(yīng)用前景淺析

    （圖片中譯文引用世界汽車用鋼聯(lián)盟的資料，下同）

    RussBalzer表示：“最明顯的趨勢為：據(jù)數(shù)據(jù)庫內(nèi)的資料顯示，鋼制部件的質(zhì)量區(qū)間較大。例如，相同尺寸的鋼制車門，由于其功能不同，其質(zhì)量范圍為15.2-21.9千克，其質(zhì)量上、下限的差異高達(dá)44%。據(jù)公司估計(jì)，即使采用現(xiàn)有牌號(hào)的鋼材及制造技術(shù)，未來汽車輕量化（減重）的潛力依然巨大。若持續(xù)研發(fā)新牌號(hào)的鋼材，未來將實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的車輛減重?！?/p>

    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(yīng)用數(shù)量有限，無法進(jìn)行有效的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，因此未將其列入考慮。

    研究方法

    ——統(tǒng)計(jì)回歸分析的簡介及作用

    本次研究所關(guān)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(nèi)進(jìn)行比較，一方面測試統(tǒng)計(jì)模型的穩(wěn)定性，一方面探尋可能存在的汽車重量與時(shí)間之間的發(fā)展趨勢。

    Balzer解釋道，統(tǒng)計(jì)回歸分析與傳統(tǒng)的對(duì)標(biāo)方法不同，允許將新設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)庫內(nèi)所有的車輛進(jìn)行比較，涵蓋了各個(gè)尺寸及細(xì)分市場內(nèi)的車型，而不僅限于與某款或某兩款車型的比對(duì)（此即為傳統(tǒng)的汽車對(duì)標(biāo)方法），數(shù)據(jù)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(tǒng)計(jì)回歸分析的研發(fā)者，密歇根大學(xué)的DonMalen博士表示：“統(tǒng)計(jì)回歸對(duì)標(biāo)分析法打開了數(shù)據(jù)庫的大門。有了該方法，工程技術(shù)人員能夠辨識(shí)優(yōu)質(zhì)、更現(xiàn)實(shí)的把目標(biāo)，同時(shí)節(jié)省時(shí)間和成本。”

    《2017年汽車質(zhì)量對(duì)標(biāo)研究》的技術(shù)研究要點(diǎn)包括：

    該研究采用了A2Mac1拆分式汽車數(shù)據(jù)庫（vehicletear-downdatabase）及統(tǒng)計(jì)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(shù)據(jù)庫內(nèi)的有效設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)零部件可大大減輕重要。然后利用有效設(shè)計(jì)零部件進(jìn)行不同材料間的對(duì)比，以了解真實(shí)汽車的減重能力。

    鋼不如鋁屬臆測？鋼材輕量化效用及應(yīng)用前景淺析

    由于零部件結(jié)構(gòu)存在不同，意味著有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可能比其他同等尺寸的部件要輕，這主要得益于其結(jié)構(gòu)性能表現(xiàn)及所用材質(zhì)。若采用先進(jìn)高強(qiáng)度鋼材和/或全面優(yōu)化零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，或許能進(jìn)一步提升鋼材的輕量化效用。

    當(dāng)今鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的減重效用（Massefficiency）差別迥異，該對(duì)標(biāo)方法再次表明，相似子系統(tǒng)內(nèi)所有鋼結(jié)構(gòu)件質(zhì)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(jié)構(gòu)的質(zhì)量差異可達(dá)100千克（結(jié)構(gòu)件質(zhì)量上、下限間的差值）。

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    該研究表明，許多人在談到輕量化鋁材的性能標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，許多人都憑經(jīng)驗(yàn)判定，其減重可達(dá)四成左右。然而，事實(shí)上，該目標(biāo)值通常難以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)與同等尺寸的、經(jīng)輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)的鋼制零部件相比時(shí)，鋁材的輕量化效用更是如此。

    當(dāng)與高效用的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比較，鋁材與該類材質(zhì)間輕量化（減重）效用差距將進(jìn)一步縮小。以前保險(xiǎn)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(xiǎn)杠，比業(yè)內(nèi)常規(guī)保險(xiǎn)杠的質(zhì)量要輕27%。而對(duì)于掀背式車門，采用高能效設(shè)計(jì)的鋁材和鋼材，兩者質(zhì)量間的差異僅為2%。在實(shí)現(xiàn)輕量化效用時(shí)，其成本至少了縮減到原先的三分之一。

    鋼不如鋁屬臆測？鋼材輕量化效用及應(yīng)用前景淺析

    由于車輛系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，有時(shí)未必能通過鋁材來實(shí)現(xiàn)減重這一輕量化目標(biāo)。在對(duì)幾乎所有的受測部件進(jìn)行復(fù)核后，研究人員發(fā)現(xiàn)，凡是減重效應(yīng)的較大的零部件，該車輛系統(tǒng)內(nèi)已見不到純粹的鋁結(jié)構(gòu)，而鋁質(zhì)掀背式車門的平均質(zhì)量要高于鋼制掀背式車門，這一點(diǎn)在與乘客艙內(nèi)直接相關(guān)的各部件中表現(xiàn)尤為明顯，因?yàn)檫€需要滿足聲振粗糙度（noise,harshnessandvibration，NVH）等附加要求。

    Balzer.總結(jié)道：“目前車企在鋼材的輕量化設(shè)計(jì)方面進(jìn)展迅速，使其價(jià)格也變得更能為人們所接受。然而，據(jù)研究表明，目前還可以通過設(shè)計(jì)優(yōu)化、對(duì)先進(jìn)的鋼材及鋼材技術(shù)進(jìn)一步減輕汽車部件的重量?！?/p>