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关于E-Class钢材换铝材的最严谨深度告白

车身用铝、还是用钢制造?这个问题始终困扰着汽车工程师,也困扰着不知其中的消费者。这不,新奔驰E系就摊上这回事了!

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铝合金曾一度威胁到汽车工业内钢铁的领导地位,原因在于铝和制钢的原料──铁相比不但重量轻了一半,而且抗腐蚀性也更优。不过,近几年超轻型高强度钢板的问世,开始令铝合金的优势逐渐丧失。相对于铝合金、汽车制造商更倾向于选择高强度碳钢来替代普通钢材。

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8月间,国产全新奔驰E-Class长轴距车型上市,有人指出加长轴距车型比海外市场标准轴距车型重量有所增加,主因在于海外版车身的部分铝合金材料在国产化时被替换成高张力钢板材料。

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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,近日奔驰E-Class长轴距车型在中国上市除了价格很有亮点之外,关于其车重与选材用料的内幕也迅速成了车坛人士关心的话题。随着各国政府与大众的环保意识逐渐上升,相关空污排放规定也越来越严格。但由于潜在客户不愿牺牲对性能的坚持,为了在新法规与客户要求之间取得妥协,车厂只剩下唯一的选择:透过使用轻量化材料来大幅减重。

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其实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之外,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、刹车时的制动距离也更短、更安全!

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由于E-Class长轴版车型车身加长143毫米,轴距加长140毫米,所以车身较重似乎是情理之中。但这世界永远不乏较真或有意制造话题的人士仔细比较进口车型与国产版本的用料(进口车型与国产版本用料不同早已行之有年),最后总结出E-Class进口版本的发动机舱盖、尾箱盖、翼子板等零部件都使用铝合金材质,而国产版本E-Class长轴车型在前述部分则全数采用高张力钢材。这样的安排让许多人不解:毕竟在追求轻量化的时代,使用钢材无疑增加车身重量,从而增加油耗以及加速时间。奔驰方面也在第一时刻发布声明指出,国产E-Class长轴版本和其它市场销售的E-Class车身一样均采用钢铝混合材料,而且均符合当地法律规定的安全标准。

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制造一辆普通中型汽车需要1,600英磅的钢和铸铁,还要加上770英磅的冲压钢板(高级车型的比例还要更高)。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5万辆以下(占全球市占率不到0.1%),多数车厂仍选择铝钢混用的车身结构设计方案(包括Mercedes E-Class车型在内)。

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另一德国高级车厂:BMW品牌旗下多数车型也采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升操控性。BMW 5系列即是钢制车身和铝制车首(主要在发动机舱盖)的结合体,而X5车型仅在车身前半部有少数铝合金零件,其整体结构仍为钢制。但仅仅是这种混合结构就使车身制造成本上升了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特性,使得铝制车用零件的制造难度大大增加,在焊接车身时必须使用特制夹钳、采用特殊制程才能将铝制零件固定在特定位置。

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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,主因就是考虑到处理铝制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,铝合金零部件(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车厂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。

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铝合金材料因价格而无法普及,工程师又将脑筋动到塑料原料上。塑料车体钣件的重量只有钢的一半重。而且塑料也能提供更大的设计自由度,使工程师的设计更加容易符合欧洲的行人保护法规。如今车用塑料零件占一辆汽车重量的14%左右,以BMW车厂来说,相比1990年的12%、最近问世的新车型中已经有17%的零部件采用塑料制成。

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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。钢材业者相信塑料科技的进步对其并不是威胁。德国钢材供货商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。ThyssenKrupp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料用于车体板件以确保其竞争力。

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越来越多的汽车制造商倾向于选择高强度碳钢来替代普通钢材,在1995年几乎所有车厂都只会用普通钢材造车,如今每辆车平均含26%的高强度碳钢和6%更高等级的钢铁合金。根据Arcelor-Mittal 市场研究部门主管Patrick Pichant的预测,高速钢(High-Speed Steel,高强度钢铁合金材料之一)在车身结构的应用比例将在5年内由6%增加至12%。普通钢板通常厚0.7到0.75 mm,而今天的超强度钢板厚度仅有0.65毫米或更薄,新款Opel Zafira的发动机舱盖钢板部分甚至只有0.6 mm厚!事实上,以高强度钢材取代先前设计的铝合金零部件并不少见(Mercedes车厂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、以争取汽车制造商更多的采购订单。

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