車輛結構輕量化策略與方法

摘要：由於各國對於車輛相關油耗及排污法規日趨嚴格，全世界車廠無不進行相關車輛研究以符合得以上市並避免受罰之節能減污研究。輕量化無論是對新能源車或傳統內燃機車輛最具直接效益，但相對地車廠也可能會因此而付出成本墊高的代價。結構輕量化並非單純以高強度或輕質材料取代現狀零組件，而是在對的位置，以最可能找到穩定量產供應商的材料與製程，設計適當結構，同時符合法規與成本下進行。

Abstract: Since various nations impose increasingly strict regulations on vehicle oil consumption and pollutant emission, automakers worldwide have been fully dedicated to the related researches of automotive energy saving and pollutant reduction prior to launching in the market to avoid penalties. Lightweighting is definitely the most direct benefit of new energy car or traditional combustion vehicle. However, it is highly likely that automakers will increase their costs due to this effort. Structural lightweighting not only substitutes high strength or lightweight materials for the existing components, but also locates the supplier that provides steady mass production of material and process as well as designs the appropriate structure. Meanwhile, design must conform to regulations and cost control.

關鍵詞：輕量化、車輛結構、輕量化材料

Keywords：Lightweighting, Vehicle Structures, Lightweight Materials

前言
美國CAFE （Corporate Average Fuel Economy）訂定在2025年汽車燃油效率需達54.5 mpg （mile per gallon）為目標，近期所公佈在2016年前，平均燃油效率需由29 mpg提高到35.5 mpg。相關單位（EPA, Environmental Protection Agency及NHTSA, National Highway Traffic Safety Administration）預估，車輛如符合此新標準，新車平均售價會提高US$ 1,800，但在一般車輛使用壽命期限內，消費者未來將會節省US$ 7,400。如持續推動CAFE法規，在2025年前可以降低溫室氣體排放量一半。車輛輕量化主要驅動力是節能減污環保訴求下各國政府所制定之法規，以美國為例分別由相關政府部門制定：燃油效率—NHTSA；廢氣排放—EPA及CARB （The California Air Resources Board）；碰撞安全—NHTSA。

由於各國對於車輛相關油耗及排污法規日趨嚴格，全世界車廠無不進行相關車輛研究以符合得以上市並避免受罰之節能減污研究。車輛節能減污最佳方向就是發展新能源車輛---純電動車、燃料電池車或Hybrid複合動力能源車輛，上述前兩種新能源車輛可達到零空污排放，最後一種可以大幅減少空污；然而不論是對於傳統內燃機車輛或上述新能源車輛，節能減污主要發展乃朝四大方向進行分別為：（1）車輛空氣動力降低風阻、（2）提升引擎變速箱等動力單元效能提高燃油效率、（3）降低摩擦及滾動阻力、（4）引擎動力單元、內裝與底盤車體機構之輕量化。其中以輕量化最具直接效益，這是因為車量減重慣性降低，車輛加、減速所耗之能量就會較低，但相對地車廠也可能會因此而付出成本墊高的代價。車輛輕量化雖然具有直接效益，但不可因為輕量化而犧牲車輛最基本的安全性與耐久性。本文主要討論輕量化部份，特別是與底盤車體機構相關之金屬結構件。