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汽車製造業(OEM & Tier)
汽車輕量化的重要性前所未有

汽車輕量化的重要性前所未有

汽車輕量化發展歷程

諮詢3M專家

  • 汽車輕量化向來是汽車製造商和供應商最關切的重點。然而，汽車設計工程師，特別是主要負責汽車內裝的設計師，正面臨汽車產業史上最重視輕量化的時期。

    隨著20國集團(G20)同意減少燃料消耗、空氣污染和二氧化碳排放的政策推出，由於90%的新車銷售量在G20國家，汽車輕量化已成為強制要求。國際綠能交通委員會(ICCT)的圖表顯示：全球的汽車OEM製造商目前正致力於達到「中國製造2025」計劃的溫室氣體排放目標，這些標準源於「中國製造2025」的倡議，美國汽車製造商已同意達成企業平均燃料經濟性(Corporate Average Fuel EconomyCAFE)目標，由美國國家環境保護局、美國國家公路交通安全管理局和加州監管機構共同管理，希望將小客車與輕型卡車的燃油經濟性標準提高到每加侖54.5英里。

  • Graph image displaying CO2 emissions performance

  • 我們已可預見2030年甚至之後的汽車廢氣排放標準。舉例而言，歐盟執行委員會最近公佈汽車製造商在2030年的新車和輕型商用車排放量需比2021年減少30%。然而，溫室氣體排放量管控只是汽車OEM廠與各級供應商要面臨的諸多挑戰之一。

過往足跡

  • 過去三十年，我們見證了汽車在安全性、舒適性和控制性上的大幅改善。然而在美國，汽車重量卻增加了。由美國能源部Argonne國家實驗室研究所於2016的研究表明，從1995年汽車重量與燃油經濟之間的關係。

    美國國家環境保護局(EPA)公布的數字顯示：新型輕型車的裝備重量從1987年的1,461公斤(3,221磅)增加到2014年的1,847公斤(4,072磅)。儘管2016年的平均為1,830公斤(4,035磅)，與2015年持平；但新車平均減少10公斤(23磅)而輕型卡車減少11公斤(24磅)。

  • Graph image displaying vehicle materials in lightweighting

  • 新功能是配備重量增加的主因。一份由麥肯錫公司與麻省理工學院根據美國國家環境保護局(EPA)1975─2010年數據所進行的研究顯示，與1975年房車相比，新功能增加的重量為109公斤(240磅)。2010年估計增加的重量增加到223公斤(62 公斤安全功能、25公斤排放功能、136公斤舒適/方便功能，總共491磅)

    然而，這份研究同時指出車輛沒有以前來得重。上面這張圖表展現透過創新，在1975─2010年間汽車減少的重量。使用輕量材質佔整體車身減重很大的佔比。

  • 當今世界

    如今隨著各種汽車電氣化、自動駕駛、共乘和緊縮燃料限制等主流趨勢發展，讓兩種市場力量將會延續下去：對於舒適、安全、方便性的要求與和汽車輕量化。一份來自美國汽車研究中心(CAR)的研究指出，美國輕型車在大量使用鋁材的情形下(主要在閉合處和車體結構)，到2025年裝備重量會減輕5%。

    大量來自美國鋼鐵協會的研究報告指出：車身面板使用塑料和合成物的趨勢增加。設計師已經在使用第三代(高強度)鋼和熱成型鋼加工，以及鋁和鎂。不久的將來汽車內裝材料可能改採用長纖維熱塑膠、聚合物、金屬和陶瓷基複合材料、碳纖維強化塑膠(CFRP)和強化玻璃複合材料，此外，3M中空玻璃球技術可減少零件密度。

  • 汽車內裝輕量化

    另一個汽車輕量化的重點區域就是汽車內裝。

    來自美國汽車研究中心(英文版, PDF, 2.36 MB)的研究報告指出，汽車內裝常被視為固定負載(dead weight)。許多有可能增加重量的新功能往往被加至汽車內裝：人體工學設備、可調溫座椅、顯示螢幕、控制台、地板組件、儀表板、噪音改善以及降噪、制震、提升舒適性的吸音材料等零件。而全世界對客製化的需求也與日俱增，不僅是個性化內裝 ，在製程中將更廣泛地使用客製化材料。

全新與相異材質

  • 前輪驅動、整合式車體結構、電動汽車動力系統、另類車體材料、汽車內裝輕量化對於汽車組裝接合都是大挑戰。新型的輕量化材料熔點與也許與現有材料不同，而且與傳統型接著方式可能不相容；新型複合材質可能完全無法銲接。此時，汽車膠帶和接著劑可能成為汽車組裝貼合最好的替代品，特別是為低表面能所設計的先進接著劑。

    採用新穎的汽車內裝材料只是挑戰的一部份，要達成客製化且結合安全性、舒適性與耐久性，此類材質的特性可能不太相同。鋁、鎂等替代金屬的使用已造成對電池腐蝕的額外擔憂，特別是將不相同的金屬用螺栓或鉚釘連接在一起。製造商目前使用結構膠來當絕緣體作為解決方案。

  • Graph displaying growth of lightweighting growth

資料來源：

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汽車輕量化：重要性前所未有 (英文版, PDF, 738 KB)
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