復合材料輕量化在品牌汽車上應用的趨勢與挑戰
我們為了輕量化汽車來到這里,我想無非是兩個原因,個就是汽車輕量化這個事,這只狼真的來了,勢在必行了,這個工作一定要做了。第二點汽車輕量 化很可能會帶來一個新的市場需求,那么我們大家跑到這也是想了解一下這個需求是什么,挑戰是什么,所以我們今天這個研討會主要就是來探索這個事情。
接下來就進入到會議的主題,汽車輕量化新材料和先進工藝的應用研討會,我將做個匯報。
我的題目是“復合材料輕量化技術在品牌汽車上的應用的發展趨勢與挑戰”,我將先講一下政策、發展趨勢,再講專門針對輕量化的趨勢,以及中間以復合材料為主的輕量化的趨勢和挑戰。
2015年的四階段的法規正在緊鑼密鼓的進行,大家都忙著匯報,寫報告,定計劃,來執行2016年。2016年真的要罰款了,大家看一看如果一個主機廠真的年 產一百萬輛,2016年沒有達標的話,將受到10億以上的罰款,所以主機廠做輕量化不是自愿而是被逼出來的,并且政策將越來越嚴苛。可以看到去年品牌 和合資品牌,按照法規上油耗的一個情況,我們可以看到品牌做得比較好的像吉利汽車都不錯,合資品牌像奔馳、廣汽都做得還是很成功的,但也有做 得不好的,他們就要小心了,因為如我此前所說的:狼真的來了,要動真格了,所以輕量化是勢在必行。節能技術有很多的方法,這是方法和成本的比較,我們 看到節能是有成本為代價的,那么這些不同的方法根據去年李軍院士做的一個調研我們可以看到節約1.1升油平均代價按照A~C級車成本是不一樣的,都是有代 價的。那么我們輕量化就在這個挑戰里應運而生了,目前汽車的發展趨勢就是信息化、智能化和低碳化,過去什么安全化、舒適化、時尚化已經是過去的事了,今后 的汽車發展趨勢便是信息化、智能化和低碳化了,輕量化就是從低碳化這邊引申出來的一個新機遇。
如果從簡單的公式看,我們發現當汽車如果跑 到百公里或者120公里以下的時候,百分之七八十都是跟重量相關的油耗,而跑到120、100以上的時候,風阻就成了油耗的阻力。我們說減重對節能減排是 有很大的好處的,那么這里面有一個常規的公式,行業里公認的,減重10%,油耗可以降低6%~8%,排放降低5%~6%,這些都是行業里公認的東西。到底 怎么樣呢?我們看下面,發動機的效率已經做了很多年了,非常難,那么減重這個工作我們現在還做的不是很多,所以還有很大的潛力。那么輕量化為什么要做呢? 我再強調,個理由就是的法規,法規規定,你是沒有辦法的,尤其到2020年要做到5.0升油的時候,主機廠是很難的。
另外我 也做了一個實驗,汽車協會正在做的,我們買了一批車去跑,看看其實除了油耗它的綜合性能提升還是很大的,當加速性能減了一百公斤以后,加速功能便可提 升8%~10%。簡單說如果在一個C級車上能提升1秒都是非常不得了的事情,在我們汽車行業里從9秒提升到8秒,這在動力要求里面是非常高的。可我們減重 一百公斤以后加速性能提升1秒,制動性能減少2~7米,那就能拯救很多的生命,所以減重不僅僅是一個油耗的節約,還是一個綜合性能的提升,為整車的綜合性 能和效益都有非常大的好處,這個就是我們要做減重的原因之二。
原因之三,新能源車也亟需減重,因為新能源車電池十分重,比如寶馬A3的電 池重達280公斤,一般我們品牌純電動車的電池凈重都在300~400公斤才能達到150公里以上的續航歷程,所以新能源車的減重也到了一個刻不容緩 的地步,如果不減重這個續航歷程就要減少,電池容量就要增大。
原因之四,我們這個行業里對減重的認識還是不充分的,減重一百公斤,看起來 成本是要增加,實際上成本并沒有增加,這個在我的分析里面已經說的很清楚了。把一公斤的金屬用到車里面去,綜合成本大概是15~17塊,非金屬還要更高, 到35塊,這樣你減重1公斤的話,實際上就能節省15~35塊錢,這個錢就被補貼到由于你的減重過程中的一些成本的上升,行業里對這個認識是不夠充分的, 所以我們有一些好的方案遲遲沒有得到執行。
還有是節能,以及一些綜合性能的提升,這些都是可以節約的,這有一個認識的過程,這對于我們品牌來說尤甚。
輕量化是可以從這幾個方面考慮的,大家看到除了結構優化,主要是新材料、新技術、新工藝的應用。從歷史上看,以奧迪為例,21世紀以前,由于配置的增加,總 重量也是逐步增加的,21世紀以后這個重量卻在逐步地減少。目前各個先進的主機廠其實是有明確減重目標的,從08、09年他們就已經開始做了,相比之下, 我們品牌就慢了一步。
實際上他們也是按照這個做的,2014年上市的車相比過去的車型已經有50~60公斤的減重,減重效果是非常明顯的,有典型意義的就是這個車,我把它全部 解析了,就是新科魯茲。它減重130~150公斤,白車身減重74公斤,把油箱減了8升,續航歷程還提高了100公里,而它的售價基本一致,都是12萬級 別的售價。我也把這個做了一個詳細的對標,發現它的軸距、輪距雖然減少了,但它的內部空間還增加了,行李廂空間也增大了,作為一個合資品牌企業,他們已經 做得非常了不起了,這也是值得我們學習的地方。
后排縱向空間增加,頭部空間增加,行李廂空間增加,而總尺寸減少,總重量減少了140公斤左右,售價沒有太多的改變,這是一個了不起的革命性的變化,值得我們好好學習,我還在研究,我認為我們應該學習一些他們好的先進的技術和經驗。
比較一下品牌和合資品牌的差距,我們會看到我們的總量在轎車方面有5%~10%的差異,商務車更多。主要的原因之一就是復合材料的應用,也就是塑料復合 材料的應用比較少。這些材料主要就是SMC、這一類的復合材料在合資品牌車上用的比較多,或者以塑代鋼,我們用的相對比較少,你用鋼來做,鋼的比重 7.8,它的重量自然就上去了。這是我們的車平均重5%~10%的一個主要的原因,所以我在行業里提出一個所謂的品牌復合材料應用,輕量化應用的所謂 四步曲。第二步是要用到復合型材料,SMC、BMC、LF這一類材料的應用,這就是目前主機廠做輕量化工作發展的趨勢,如果你們有這方面的專長可以和我們 的工程師聯系,把握住這個市場和前景。舉例來說,用玻型復合材料來做零部件的以塑代鋼是一個好的方案,作為一個供應商要打入到汽車行業里去是很難的,只有 從新材料、新技術、新工藝這方面走,才會比較容易突破。
后背門輕量化在二十年前都有了,品牌主機廠卻剛剛才開始做。后背門的輕量化目前我們也正在研究。
第三步就是碳纖維的技術,這部分可以說是汽車行業或者汽車行業三年到五年內的一個發展趨勢,因為將來PK就是三大材料去PK,看看用在哪個地方,也 許是混合使用,也許是搭配使用。但碳纖維作為三大材料,我想應該是更后一步的市場前景。因為飛機7字頭的,787以上的飛機80%的材料都已經是碳纖維 了,重量的50%、材料的80%,不僅是為了減重,它的MH效果都帶來了非常有利的影響,為我們傳統的汽車工業帶來了一個榜樣。
另外成功 的案例就是寶馬A3,這個車是真正成功的案例,去年賣了1.6萬臺,全碳纖維車身。去年這款高端車又上市了,據說有,但我沒有看到,相比白菜價的寶馬 A3,高大上的寶馬A8用了更多的碳纖維材料,當然價格也不菲,去年已經上市了。這個就是顛覆了傳統的設計理念和產品開發理念,上車體全部碳纖維的,下車 體鋁合金的。所有的外覆蓋件,在2013年歐洲車身會議上有展示,所有的外覆蓋件基本上是工程塑料的,做內外飾件的企業應該看到這個趨勢,同時要掌握這個 發展的趨勢,你才能有突破口。如果你不從新的突破點去突破,你是沒有前景的,是非常艱難的。我開玩笑說車身的弟兄們可能再過幾年就要有危機感了。
車身50%多以上是碳纖維加上25公斤的黏膠,整個用了很少量的金屬。那么怎么做的?從元絲到碳絲到零部件,一個產業鏈,它用了高壓電工藝,都是和傳統工藝 不一樣的。這個件我們白車身一般算大件吧,LIFE模塊,34個件組成,用了很多的集成技術,非常優秀,已經量產了,為我們開了一個先例。所有的過程都是 黏膠,是陶氏的膠,用模塊化的設計。它的裝備廠,跟傳統的流水線也一樣,尤其是下一代的寶馬7系、5系,寶馬7系應該今年上市了,也用了大量的碳纖維來做 車身,但它是金屬和碳纖維混雜的,因為碳纖維的成本太高。所以我說將來的材料一定是混搭的,不可能再分內外飾。這是對傳統工藝的一種挑戰。我們傳統四大工 藝,沖壓就變成RTM工藝;焊裝沒有了,是黏接;涂裝不需要了,碳纖維不腐蝕,壽命是永久的;總裝也完全不一樣,這就是對整個裝備工藝的一個革命性的改 變,對OEM來說也是革命性的挑戰。
我們品牌做了什么事呢?做了一些樣件來表示做了,步應該這樣做,但大家 注意到沒有外覆蓋件是沒有用碳纖維的,因為成本太高,功能也不需要,外表面質量也達不到,但我們現在做的都是一些樣件,都是為了展示用的,沒有真正去研 究,甚至做了一些樣車,但沒有真正深入去研究碳纖維,怎么去發揮碳纖維的作用,大限度的發揮它的作用,來好好的研究低的成本,高效率的材料、工藝、 設計、評價、維修、回收,這些扎實的工作我們還遠遠沒有開展開來。不僅對你們,在行業里我也是這樣說的,我們會面臨一系列這樣的挑戰。那么我們開始做了 嗎?今年開始了,但做的還差得很遠,寶馬從2003年做到2013年上市整整十年,我們品牌汽車能不能在政府引導下把這個時間縮短一下,因為我們已經 有榜樣在那邊了。目前我們的碳纖維原材料是產能過剩的,去年有2萬噸左右,但我們在市場上銷的國產碳纖維只有2千噸,進口了5、6萬噸,質量遠遠不行。制 備就更差了,這樣的供應商目前沒有,高壓RTM的設備制造商沒有一家買到,目前一家都沒有。怎么去做這個事?還有連接、裝備、黏接、維護、回收等等, 怎么做低成本高效率的汽車生產,是對我們整個行業的一個巨大挑戰,這對我們在座很多供應商來說也是一個商機吧。
寶馬用了十年做了一個完整的產業鏈,成功上市了,將如何做,讓我們拭目以待。
剛才說了碳纖維產量過剩,工信部在去年成立了碳纖維復合材料聯盟,六個口,風力發電、能源、電子、航天航空等等,我是汽車口的負責人,希望能通過產業的拉 動,帶動整個產業鏈的發展,今年在春節前后制定的十三五規劃里面,科技部就已經把碳纖維輕量化技術在新能源里面應用,列入了十三五計劃。這是我定的一 個保守的計劃,他們當時定8千噸,我說不可能,大概碳纖維到2025年我們能用到4千噸就已經很不錯了,在新能源車上先應用來做一些汽車輕量化的開發。
科技部的重大專項里面明確規定了國產碳纖維在汽車領域的用量,也是按照我的初步預計來寫的,現在的科技專家專項小組也正在論證這個事情,據說幾個星期前已經 通過了。這樣形成一個輕量化技術在新能源汽車上應用的實施目標,同時分幾個階段把它用到新能源車上去。我們要把相應配套的生產線等建立起來,總的技術路線 就是要從原材料一直到零部件,要把它完善。
創新點,就如剛才所說的是一個全新的產業鏈,一個全新的領域,需要我們在座的還有我們汽車行業同仁一同來努力。這樣帶來一些新的行業的突破,會帶來很多的機遇,這就是我給大家介紹的一個整體的情況。
長安汽車現在在做一個碳纖維的頂蓋和地板,和中科院一起合作,我給他們定了一個比較能實現的成本和效率目標,希望能找到適于批量化規模生產的成本比較低的工 藝材料、黏膠,再做詳細的研究,以及工業自動化的研究,希望我們能做一些技術儲備,能完成整個碳纖維的,我們叫黑車身的所謂的夢,謝謝大家,我的發言 完畢。










































