评估有效轻量化技术的成本与效益

核心观点

• 轻量化对汽车行业的重要性： 随着未来十年CAFE法规的实施，汽车制造商将面临提高燃油经济性的压力。轻量化是实现这一目标的关键方法，可以提升车辆性能（如燃油经济性、加速、制动和排放）。
• 轻量化技术的应用： 汽车行业正在积极寻找机会，在不断提升性能和安全性的同时，降低重量和成本。轻量化技术可以提升车辆性能，但新材料的应用可能会带来额外的成本。
• 成本模型方法： 本研究采用直接制造成本（DMC）法，重点关注材料、成型、装配和人工对零件成本的影响，并使用输入表格将数据输入到成本模型中，以计算输入零件的单位成本。
• 材料成本分析： 研究比较了钢、铝和复合材料的成本，发现铝和复合材料比钢更贵，但重量更轻。然而，为了达到相同的性能和强度，铝材料的厚度需要比钢厚约1.7倍，导致成本增加。
• 制造问题： 新材料的引入会带来新的制造问题，例如成形技术、设备、原材料供应和零件设计等方面的挑战。
• 缓解额外成本的方法： 研究提出了缓解轻量化额外成本的方法，包括大量生产、采用适当的连接技术、投资更好的工具、缩短达到满生产率时间等。
• 案例研究： 研究通过五个案例研究验证了成本模型，包括福特F-150、宝马i3、雪佛兰科鲁兹、雪佛兰银星和西部之星等车型。
• 研究结论： 混合材料解决方案最有可能是未来的轻量化方案，因为每种材料都有其自身的特性，可以优化性能。集成部件、先进模具和设计方法等也可以帮助降低轻量化成本。

关键数据

• CAFE法规： 2025年车型年的汽车平均燃油经济性达到54.5英里每加仑（mpg）。
• 材料成本： 普通钢 $0.38/磅，1铝6000系列 1.65美元/磅，复合材料价格为2.88美元/磅。
• 重量减少的影响： 降低10%的车重可以提高燃油经济性5-7%。减少100公斤的车重可以减少9.0克CO排放或0.2升燃油。

研究结论

• 轻量化是汽车行业实现CAFE法规目标的关键策略。
• 混合材料解决方案最有可能是未来的轻量化方案。
• 集成部件、先进模具和设计方法等可以降低轻量化成本。
• 制造商需要采取措施缓解轻量化带来的额外成本。