更轻的汽车

汽车工业的创新引擎长久以来被减重、能效、功能舒适性三个因素驱动。在寻求最佳技术解决方案的背后，汽车巨头们需要在愈演愈烈的气候辩论、用户苛刻的性能舒适度要求以及严厉的环境立法间寻求平衡。源于高油价，能源安全和气候变化综合作用的刺激，汽车轻量化正炙手可热。

汽车制造商们对制造一辆梦幻汽车痴迷已久。减重的价值毋庸质疑—车重每减轻10%，油耗即可降低6%到8%。其轻量化的材料研究已扩展至对型材、高强度钢材、加固塑胶及镁材料的应用；与此同时，轻量化设计也被系统地运用于车身、发动机、悬架等各个领域。概念性技术的成功不仅取决于功能性与经济性，亦取决于将概念投入生产的速度。

在现有技术条件下，减重效果取决于材料、加工成型工艺以及型材选择。以材料为例，高强度钢所制汽车可减重至少20%，而使用更为昂贵的铝或铝镁合金则减重达40%。减重工程师一直在寻求更加梦寐以求的超级材料—可大面积使用、坚固、易于加工、更轻、更廉价。

一种“三明治”夹层材料应运而生。这项新型材料是蒂森克虏伯InCar汽车结构减重项目的副产品，它的诞生动用了超过40人的专职团队，项目参与者多达200人。它由厚度为0.025至0.05 mm的薄钢板（仅相当于一根头发丝的直径）和粘弹性的塑料构成。其夹心聚合物为聚乙烯高分子复合材料，厚度亦仅为0.6mm，并经粘贴与两面的钢板合二为一。

“这种材料综合性能将改变汽车业。”蒂森克虏伯钢铁公司应用技术首席工程师埃里克·希尔费瑞奇（Erik Hilfrich）对《环球企业家》说。在希尔费瑞奇眼中，“三明治”夹层材料堪称梦幻材料。与钢板、铝合金板材相比，这种夹层材料的生产成本可降低30%，其价格低约50%，但其强度值则超过了钢材和铝材。其重量仅比昂贵的铝合金最多重10%，但比传统钢板材料轻约三分之一。希尔费瑞奇透露这种夹层材料的难度在于两点。一是致力于研发强度、成型适宜的更薄钢板；二是需要在钢板和合成材料间寻找最佳的结合方式。

极强的刚性可大幅减少车顶支架的数量，与钢板相比，使用夹层材料的车顶支架可整体减重38%，其加工性亦良好，可减少60%的生产成本。更为昂贵的铝合金解决方案虽可减重47%，但其生产成本则比夹层材料解决方案要高140%。

“三明治”夹层材料也可以用于其他部件，如发动机罩、车门、挡泥板、升降门、后窗架及地板等。根据具体用途，工程师可以结合使用不同厚度、不同等级的钢板以及不同材质的夹层，蒂森克虏伯可提供超过20种强度、刚性等加工性能各异材料。

精密制造

以转向系统为例，蒂森克虏伯研发的新型材不仅可以减轻既有重量，亦可缩小零部件体系。工程师可使原本逼仄的发动机安装间隙增加40毫米，这将大大提升车辆行驶性能。在材料选择方面，一种名为TPU（热塑性聚氨酯弹性体）的复合材料被蒂森克虏伯工程师广泛应用于汽车B柱之上，其强度比传统钢铁更高，重量却轻得多。

新的材料亦催生了崭新的加工工艺—回火控制工艺。这亦是蒂森克虏伯的独门法宝。这项崭新的热成形工艺中被蒂森克虏伯大量应用于性命攸关的汽车B柱之上。其技术要诀在于苛刻的材料选择及精确的加工温?度。

工程师首先需将锰硼合金板加热至880到950摄氏度，然后在特殊的压床上成型，再放到同一压模中快速冷却。这种工艺需要使用控制精准的热成形模具，以便在成型过程中仅使B柱上部快速冷却，在获得极高强度的同时亦保证加工精确性。而在B柱的底面，精心设计的模具精确加热，以减缓该部位的冷却速度，从而相应减小强度，以令其具有更好的变形性。

传统热成型工艺仅能使钢材整体具备相同的强度，但很难使特殊区域的变形强度与其他位置产生区别。但这种特性对于生产汽车的撞击部件如B柱至关重要。位于汽车驾驶舱前座和后座之间的B柱，是两根置于汽车两侧在汽车碰撞中，精确的刚性及变形控制可以最大限度保证乘员安全。

好处还不限于此，埃里克·希尔费瑞奇透露由于材料强度的增加可大幅减少设计厚度、取消加固等零部件的使用，从而大幅降低成品零配件的重量。传统工艺需要将事关汽车安全性的重要部件，如A柱、B柱、车顶框架及前后承受梁等逐一焊接起来，其减重及强度均存在隐患。而新的回火工艺则可以解决这一切—蒂森克虏伯已量产超过10万辆紧凑型轿车的B柱。用此工艺生产的B柱达到了与参照件相同的防撞性能，而重量却减轻了22%，成本也降低了9%。

蒂森克虏伯希望最大限度的扩展其材料适用范围。其推广的后续障碍已被扫除—改变汽车厂商的材料认知、流畅的加工工艺以及可接受的成本。2010年底，蒂森克虏伯就已研发出以三明治板及回火控制工艺的汽车前端部件样件，并希望自2014年起大批量投放市场—最初是汽车内部的结构件，然后是外部蒙皮的材料零部件。例如在汽车备胎模块、前端面板材件、汽车地板、车顶部件、车门和发动机舱盖、行李箱盖等部件上即可减轻约144千克重量，其整体成本亦较铝合金材料降低30%。这意味着这项技术不仅可在高档轿车领域使用，亦可推广至中档及经济性轿车。“所有的汽车都能使用这种板材和工艺，只是使用多少以及适用在哪些部件上而已。”希尔费瑞奇对《环球企业家》说。据悉，目前多家成车厂商有意采用此项技术。

在德国杜伊斯堡市，你能看到一辆完整的白车身，这辆白车身被空运至世界各地观摩学习。蒂森克虏伯的工程师们则在旁侧列举了减重及材料改进清单—汽车厂商可以做菜单化选择。在试车场外，严谨的工程师则驾驶着样车，开展各式各样的实际损耗试验。唯一的遗憾在于夹层材料无法像钢板一样焊接修复。一旦汽车外部板材如车门破损，就必须全部更换—不过，幸运的是其替换成本并不高。