科尔尼：汽车材料发展的影响因素与趋势

由于受到汽车舒适性和安全法规的影响，乘用车的单车平均重量在2004年以前持续攀升，从上世纪八十年代初的平均单车重量1.4吨上升到2004年前后的单车1.8吨。而近年来排放和节能法规日趋严格，汽车轻量化已成新的发展趋势，预计到2020年乘用车的平均重量将下降到1.6吨左右。总重量似乎下降不大，但如果考虑到这个总下降量是不同材料的有增有减结果的综合效果，进而分解到车身的每种部件和不同材料时，可以发现每种汽车组成材料的变化还是相当显著的。

如果仅考虑重量和成本因素，科尔尼计算了不同材料的吸引力比较，其基本原理为重量越轻、成本越低的材料越有吸引力，如下图所示，吸引力指数小的材料吸引力高。在普通钢材、高强度钢（高强度超薄钢材）、铝材、塑料和碳纤维5种材料中，铝材和塑料胜出，其降重和成本的综合因素最佳，高强度钢紧随其后。碳纤维作为昂贵的航空材料，目前主要在高端跑车和名贵豪车上大量应用。比如法拉利、兰博基尼、帕加尼等超级跑车以及奔驰和宝马的高端车，车身车架、座椅甚至传动轴等部件都采用碳纤维制作。由于成本原因，碳纤维在可预见的时间范围内难以规模化普及到普通车辆。

铝与塑料目前在乘用车制造中已经是普遍使用的材料，全球单车平均用量都在100公斤以上。在一些技术激进的车辆上用量更大，比如奥迪A8甚至A6L都采用了全铝车身，铝制发动机、铝制变速箱壳体以及铝制轮毂等铝制件渗透率逐年提升。而近年来由于改性工程塑料材料的性能发展，采用塑料制作车身覆盖件也屡见不鲜，尤其是考虑到工程塑料件在撞车事故中可以有效吸收冲击能量，在欧洲和日本法规对于车外部人员安全要求较高的国家，汽车外部车身上的塑料使用量已相当普遍。工程塑料未来应用面临的最大难题则是对环境的危害，欧盟等国家和地区的法规目前要求报废车辆的材料可利用率要达95%以上，而且未来还会继续要求提高，受此影响，部分类别的工程塑料则会逐步退出汽车制造市场。

当然除了排放和节能导致的轻量化要求、成本限制和环保法规（可回收或可利用）外，汽车材料的应用变化同时还受到安全法规和加工性能要求的影响。展望2020年，我们相信从单车平均重量来看，会有约180公斤的普通钢材零部件会被替代，其主要替代材料为高强度钢、铝与塑料。高强度钢虽然成本略高，但其加工性能和在部分部件上的安全性能超越了铝与塑料，因而未来将是增加最多的材料，与今天相比，到2020年高强度钢总重量平均每车约增加51公斤；其次为铝——平均每车增加45公斤，以及塑料——平均每车增加约15公斤。

（文章来源：盖世汽车网）