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edushare 發表於 2012-1-9 21:34

汽車輕量化/追求低油耗 車輛減重更有效

2012/01/08  【聯合報╱記者鄭朝陽】

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為減少燃料使用及排碳量,全球汽車工業近幾年半被強迫開發少油耗甚至無油耗車種,電動車是其一。(法新社、歐新社)

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車體採用輕質新材料也是其一。 (法新社、歐新社)

車身輕量化的成本高,過去是賽車和高性能跑車才會用,但在追求低油耗的高度競爭下,結合進步的材料科技,輕量化已蔓延至所有車種。

傳統的小汽車或大客車,都是「載著一堆鐵在路上跑」的耗能交通工具。以一般的房車為例,要使用110~120塊鋼材鈑金,透過3000~4000個焊接點組裝,車重平均約在1.5噸左右;休旅車重量約1.6~2噸,45人座大客車空車14噸、滿載17噸。

[b]電動車 續航力有限[/b]

屏東科技大學車輛工程系教授胡惠文指出,近年來車界積極研發搭載鋰電池的電動車,試圖更改車用能源,改善空氣汙染、擺脫對石油的依賴,但目前房車的電動車電池組約重300~350公斤,沒有比傳統內燃機引擎汽車輕,因此電動車行駛的里程數(續航力)受限,想要取代傳統汽車還有一段路要走。

胡惠文說,當前與其尋找汽車的替代新能源,不如積極為車輛減重,來得更實際。他表示,整輛汽車重量減少10%,燃油效率可提高6~8%,每減少100公斤,每百公里可省0.3~0.6公升。

[b]材料界精品 碳纖維[/b]

要讓車身減重,材料是關鍵。胡惠文舉例,輕量化材料的應用,自行車相當普遍,一輛碳纖維打造的輕量自行車台幣10萬元起跳,由此可見材料的昂貴程度。

1950年代之後,輕量、高剛性的碳纖維複合材料開始出現,由於可以混入鋁合金、玻璃纖維等材質改變材料特性,成為工業界萬用型的輕量化材料,但罩門是價格。

金屬中心車輛組組長蔡佳濃表示,碳纖維密度僅鋼的1/5,相當輕盈,但強度是鋼的3~5倍,因此是材料界的「精品」。為了掌握成本優勢,BMW等歐洲大型車廠甚至自備碳纖維複合材料工廠,以控制生產成本。

[b]輕量化主角 鋁合金[/b]

另一個常用的輕量化材料是鋁合金。「它是輕量化的主角」,胡惠文表示,鋁的密度只有鋼鐵的1/3,鋁合金有和碳纖維相似的輕量、高剛性,耐變形程度也比鋼鐵要好,但價格相對低許多,它不僅用在車身,也因為耐腐蝕、導熱性佳,成為引擎結構的主力,包括引擎缸體、離合器殼、車輪等幾十種零件,唯一的缺點是焊接性能差,萬一焊接稍有閃失,就影響車身安全。

胡惠文指出,美國Alcoa公司去年採用鋁合金打造一輛大客車,整體車身因此減重12%,燃油效率提升6%,這輛車的生命周期可減碳50噸。鋁合金減重效果佳,將成為僅次於鋼的第二大汽車材料。

高性能鋼是車輛材料的後起之秀。胡惠文表示,今年五月世界鋼鐵協會發布未來鋼車計畫,以新開發的鋼材製造車輛,它和鋁合金差不多重,比傳統鋼材輕35%,產品生命周期的排碳量可減少70%,國內的中鋼也積極研發類似材料,進軍輕量化汽車材料市場。

edushare 發表於 2012-1-9 21:35

汽車輕量化/適材適用 小型車蔚為風潮

2012/01/08  【聯合報╱記者鄭朝陽】

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堅固質輕的碳纖維的應用愈來愈廣,不但高檔自行車和跑車紛紛採用,現在也人製造輕便的輪椅,收折起來就像只手提箱,女生也很輕易就可提起。 (歐新社)

油價居高不下,國際減碳壓力如排山倒海而來,而車輛是排放廢氣及二氧化碳的主要來源之一,降低車輛油耗成了減碳、節能的關鍵課題。專家指出,車體輕量化是達成低油耗、提升續航力與減碳的重要手段,未來汽車瘦到「皮包骨」是必然的趨勢。

金屬工業研究發展中心車輛組組長蔡佳濃表示,美國政府的7年汽車減碳法案已經上路,目的在大幅提高汽車燃油效率,降低碳排放量。該法案要求2012年款的新車要開始逐步限縮碳排放量,到2016年時,美國境內銷售汽車平均排碳量比2009年減少30%。

[b]歐盟嚴限 排碳量[/b]

排碳的嚴格限制,將迫使汽車廠商達成更嚴格的油耗標準,也可望使美國到2016年時,汽車耗油總量減至每年53億桶,遠低於目前的71億桶,也就是平均每年要減少5%才能達成。

歐洲也不遑多讓。今年起,歐盟設下4年內要達到新車平均每公里排放130克二氧化碳的門檻,否則重罰;汽車製造業向歐盟註冊的新車,65%須符合這項標準,之後逐年提高,2015年要達100%。

[b]耐衝耐撞 輕量化[/b]

蔡佳濃說,達成汽車減碳、輕量化,汽車小型化是主流,小車不但車體輕、省油,採用進步的結構設計,小車也能耐衝撞。

其次是採用高強度的鋼和鋁合金等新材料,不但比傳統的鋼材輕,耐撞擊性能也比較好。因此,嚴格的汽車排碳法規是車商的挑戰,也是車體材料界的商機。

「汽車輕量化是個複雜的系統工程。」屏東科技大學車輛工程系教授胡惠文認為,追求低油耗、高續航力,不論傳統內燃機引擎汽車或正流行的電動車,車身結構設計必定朝兩大方向發展,一是多種材料組合的輕量化結構,不再是整車都是鋼板;二是合適的材料用在合適的部位,符合各部位的性能需求。

目前汽車使用材料的組合以高強度鋼、鋁鎂合金及塑料為主要趨勢,部分高檔車已開始採用碳纖維。

edushare 發表於 2012-1-9 21:37

汽車輕量化/複合材料混搭 打造輕結構大客車

2012/01/08  【聯合報╱記者鄭朝陽】

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「大客車是未來推動車輛輕量化的主力!」屏東科技大學車輛工程系教授胡惠文指出,未來交通工具勢必朝「極大」與「極小」化發展,前者指的是公共運輸工具,後者是都會短程代步的小車;公共運輸就屬大客車最需要減重。

胡惠文表示,公車、遊覽車等大客車用途愈來愈有彈性,過去只能當一輛車來用,歐洲發展輕軌大眾運輸,已能串聯兩、三輛大客車,馬上變身為輕軌列車。因應高油價,從2005年起,大客車需求逐年拉高,但即使以生產大客車車體聞名的瑞典,也未在全球居領導地位,目前還是百家爭鳴的狀態。

「政府要多放點注意力在大客車上。」胡惠文表示,去年全球生產70 萬輛大客車,中國大陸需求量占6成最大,印度次之;台灣累積很好的車用材料研發能力,有機會搶食這塊市場大餅。

胡惠文的研發團隊花了兩年,以鋁合金、鋼材等複合材料混搭,打造出輕結構大客車車體,比一般遊覽車減重27%,省油近20%,難能可貴的是符合歐盟CE R66翻覆碰撞標準,更輕盈的車身不僅不易翻覆,就算翻覆,車體的變形也不易侵入乘客的活動空間,大幅減少傷害。目前全球僅美國Alcoa公司及台灣有相同的設計能力。

胡惠文說明,近幾年國內大客車翻覆意外多造成嚴重傷亡,傳統大客車車體採鋼骨結構,既耗油且重心偏高、容易翻覆,輪胎及懸吊磨損率也高。這項研究成果技轉給業界,將可提高大客車安全性。

胡惠文指出,一般擔心鋁合金打造的車體比較輕,耐撞性會降低,其實關鍵在鋁合金之間的焊接品質,焊接不好,耐撞能力減少3~4成。歐洲車商為杜絕焊接缺失,已改用錨釘串接鋁合金,但成本又拉高,他突破焊接瓶頸,讓鋁合金車體能維持合理成本的優勢。

胡惠文表示,底盤重量占車體的一半,下階段的挑戰是打造輕量化底盤,難度更高。

edushare 發表於 2012-1-9 21:38

汽車輕量化/延伸閱讀

2012/01/08  【聯合報╱記者鄭朝陽】

●汽車最新高科技/高根英幸著/晨星

●汽車車身輕量化結構與輕質材料(簡體中文)/王宏雁著/北京大學出版社

●藍色革命:愛地球的100個商業創新/Gunter Pauli著/天下雜誌

●汽車材料學/吳和桔/全華圖書

[b]ABC必學單字大閱兵[/b]

lightweight of automobile 汽車輕量化

carbon fiber 碳纖維

aluminum alloy 鋁合金

body panel 底盤

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