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特斯拉|特斯拉车底用钛板防打穿 院士：用钢板行不行？( 二 )


吕坚：像环氧树脂这种强度比较高的高分子材料 ， 是不能再重新使用的 ， 这是一个比较大的问题 。而铝合金、铁都是可以熔掉以后再重新炼 ， 所以金属材料 ， 反而相对来说比较环保 ， 而且价格较便宜 。因此 ， 以现在的趋势来说 ， 最主要的新能源车材料是铝和钢 。前一阵子是铝合金 ， 现在由于钢铁的价格比较便宜 ， 而且科学家做出来越来越多的超高强度的钢 ， 那么这些超高强度的钢可以代替铝 。铝和钢的竞争一直都是此消彼长 。但是总的趋势就是要发展高强高韧的钢材料或者是铝材料 。
镁基材料是另外一个可选材料 ， 但镁的强度比较低且抗腐蚀能力比较差 ， 在解决这两个问题之前 ， 镁只能用在内饰或者车轮等少数有限的结构里 ， 而车体最重的部分 ， 防撞的结构、车身等 ， 现在总的趋势还是铝合金和钢铁 。
另外 ， 特斯拉的皮卡是用不锈钢来做的 ， 甚至火箭都是用不锈钢做的 。不锈钢的好处就是颜色—金属色 ， 很多地方不用刷漆 。一般来讲减重的话都用更轻的材料 ， 那么钢的比重是7.8左右 ， 但实际上不锈钢做好的话从单位重量的强度来比较是完全可以达到很多的铝材 。
问：成本又要低 ， 钢性又要强 ， 您在实验室是怎样做到的？
吕坚：钢是一个很神奇的材料 ， 它可以做很多有意思的成分设计 ， 不同的设计会产生不同的效益 ， 比如说纳米析出 ， 或者其他更复杂的相变的结构 。铝的变数相对少 ， 所以它其实最近几年发展的并没有那么快 。
现在又出了一些新的技术 ， 包括3D打印 ， 3D打印为汽车轻量化或者结构轻量化 ， 带来了非常全新的技术 ， 因为通过3D打印 ， 设计师可以完全得到非常好的发挥 ， 可以进一步的减重 。我们最近做了一个结构 ， 它长得就像梵蒂冈万神殿拱顶的结构 ， 它在承重的时候会旋转 ， 所以如果把这个放到汽车碰撞的设计结构里 ， 那有可能可以进一步的减重 。
问：电池的安全也是一个重大的课题 。
吕坚：电池由于碰撞的时候挤压会导致一些安全性的问题 ， 我们最近也做了一个设计 ， 这个设计可以用钢代替钛合金 。比如像特斯拉现在车底下有一块钛板 。是因为有一次碰撞事故中 ， 路上的石头把底盘底下给打穿了 ， 打穿了以后就引起事故 ， 后来就加了一块钛板 。钛板的价格是很高的 ， 我们发现钛板是有机会用钢板代替的 。
问：我们发现传统汽车和新能源汽车都有碰撞实验 ， 您觉得碰撞摧毁程度的不同主要是材料导致的吗？还是整个设计的原因？
吕坚：它是整个设计加材料 ， 设计理论上是包括材料的 ， 比如说有的车是用高强度钢做的 ， 它的优势就是可以在单位重量里吸收很多的能量 ， 它的劣势就是如果强度特别高的话 ， 那么撞车的时候就跟撞墙一样 ， 它的减速度特别高 。实际上 ， 保险杠后面有一些吸能结构 ， 这个东西叫吸能盒crash box 。crash box实际上是两个参数 ， 吸能和减速度 。撞车的时候看起来撞的很烂 ， 实际上这就是吸能的过程 。一个车碰撞后不烂 ， 像墙似的 ， 其实减速度非常高 ， 这样的话会容易造成汽车内人员的脑伤亡 ， 甚至脑死亡 。
问：刚才提到 ， 您有30年研究汽车领域方面的经验 ， 在能源方向您也有一定研究 。可以从制氢和电池这些角度谈一下目前主要在做哪些事情？
吕坚：首先从能源角度来讲 ， 汽车可以分为两个部分 。一部分是节能 ， 减重就是节能的一部分 。第二部分就是减风阻—因为汽车在行驶的时候有空气阻力 。到现在为止汽车的形状是不变的 ， 所以它的空气阻力是在一定速度下是优化的 。一般来讲 ， 车比耗油量一般按每90公里/小时速度下的百公里油耗来进行对比 。但实际上 ， 随着车速不同 ， 不同车（不同的几何形状）的风阻是不一样的 。未来的车我觉得是几何可变的车—不同的速度 ， 它的整体是可变的 。我们现在希望可以做成像变形金刚一样的多稳态结构 。比如说未来汽车的很多关键部分都可以改变它的形状 ， 那么随着它速度的改变 ， 可以改变它的风阻 。这个想法变得越来越有可能 ， 因为在传统汽车里 ， 能源比较集中—在马达那里 ， 但是在新能源车里到处都可以放电池 。这个就是新能源车的优势 。这个是我们现在研究的一个技术 ， 叫变形金刚 ， 变形金刚可以来调节车的风阻 ， 来进一步的降低能耗 。总结来说 ， 从耗能的角度 ， 除了减重还可以改变它的空气动力学性能—通过变形金刚结构来做这件事情 。


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