您能用複合材料或鋁製造出既堅固又輕質的汽車嗎？在法拉利看來，這並不簡單。我們到訪馬拉內羅探討開拓性的鋁技術，該技術將有助於法拉利實現下一代汽車的宏偉目標。

法拉利首席執行官費立薩

下一代法拉利 V8 的車身結構將比現在汽車輕 15%-20%，但不會降低它們的堅固性能。這是否將通過使用超輕、超堅硬的碳複合結構實現呢？“當然不會，”法拉利首席執行官費立薩説道。“我們相信在該市場領域中，鋁材料才是最佳選擇”。

車身重量減少 20%，整車質量就會降低大約 5%，有助於提高汽車性能、減少排放並提高燃油經濟性。車身的減輕也意味著加速、轉向和停車時可以減少質量負擔，因此車輛動態特性也得到了改善。法拉利專業研發鋁制白車身已超過 15 年。“我相信目前法拉利在製造輕質鋁車身結構方面的能力已達到世界領先水平，而且未來我們還會不斷取得進步，”費立薩説道。

我們現在位於法拉利的車身裝配廠 Carrozzeria Scaglietti，從馬拉內羅的總廠駕車片刻就可到達。該廠自 1953 年開始製造法拉利車身，出自該廠的經典車型包括 250 California Spider 和 250 GTO 等等。自法拉利於 1977 年完全接管這家工廠之後，該廠已轉型成一家現代化的高科技研究中心和最先進的製造基地。

雖然 Scaglietti 長久以來打造了多款全球最美的輕質金屬車身，但法拉利對鋁材料的熱情投入並非僅僅因為有這樣一家工廠。其實，法拉利在複合材料領域也具有豐富的經驗，這從法拉利F1車隊和一系列複合材料製成的“終極”超跑（包括最近的Enzo）上就可以體現出來，因此法拉利如果願意的話，完全有能力利用最新的碳技術製造任何一輛公路版跑車。

“複合材料要産生良好的效果，需要由工匠精心地手工鋪層，而這些工匠必須具備多年經驗，能夠有效駕馭編織工藝。它非常昂貴，而且有可能發生顯著變異。同時，一旦發生事故，也很難維修，”費立薩説道。費立薩在法拉利技術總監的崗位上工作多年，他對於汽車的精密工程設計有著執著的熱情。

“在全力追求極致性能的終極跑車領域，我們將繼續研發複合材料技術，”法拉利車身系統經理 Patrizio Moruzzi 指出。“而法拉利V8 車型的要求則與之不同，該車每天的産量一般為 2 至 10 輛，供車主日常使用，因此我們認為鋁材料顯然是更好的解決方法，並且為今後的改進提供了更大的空間，同時完全可再生”。

不斷演進

1999年的360Modena宣告法拉利首次運用鋁材料

Scaglietti自1953年開始製造法拉利車身 2004年的法拉利612以Scaglietti命名

法拉利於1999 年推出的採用中後置 V8 發動機的360 Modena 宣告法拉利首次運用鋁材料。該車的白車身基於一體式車架，該車架主要使用鑄造和擠壓的結構部件製造而成，並與鋁質車身面板相連接。該技術隨後應用於V12 系列車型——2004 年的 612 Scaglietti 和 2006 年的 599 GTB Fiorano，之後該技術再次升級並應用於採用 V8 發動機的新一代車型——2008 年的法拉利 California 和2009 年的 458 Italia。

在法拉利 California 和 458 Italia 的前期準備階段，法拉利對白車身的研發投資增長了 50%。結果是激動人心的。“正是從這個階段開始，我們更充分地利用鋁材料的性能來設計汽車，”法拉利首席工程師羅伯特費德利説道。他以扭矩反作用箱（位於 A 柱底部）為例。過去，該部件由經過焊接板增強的擠壓件製成，現在它可以整片進行熱成型。這樣不僅減少了材料的使用量，而且增強了均勻度並大大改善了形狀，從而與現有空間更加相配。

材料的精心挑選和連接技術的發展使汽車各個部位都獲得了類似的改善。擠壓件選用了五種不同的鋁合金，車身面板則選用了三種不同的鋁合金，從而根據各種部件的具體要求對材料特性進行了優化。最新的高強度合金在不增加重量的情況下，使某些部件的耐受力提高了多達 80%。California 和 458 總共使用了 20 多種不同的鋁合金，其中大部分鋁合金還經過了各種處理以進一步優化特性。

法拉利宣佈其下一代 V8 車型也將基於該技術製造而成，目標是提供至少與目前的汽車相同的空間，但是性能更強、更舒適，而且外形尺寸可能更為小巧。“在Scaglietti，我們利用推出 California 和設計下一代 V8 之間的這段時間來大力發展白車身技術，”費德利説道。“下一代汽車將具有更優化的結構，以充分利用先進鋁合金目前的優勢。有人希望將鋁合金材料與複合結構進行對比，我可以負責任地説，鋁合金輕得多”。

下一代平臺

為了實現下一代車型在重量和剛度方面的宏偉目標，法拉利將大幅擴大合金材料的選擇範圍。首先，458 車門中的防侵入梁改用了鋁鋰合金。鋰原子取代了鋁晶格中的鋁原子，但是重量更輕，從而將整塊材料的重量減輕了多達 10%。另一種原子尺寸的引入也有助於防止變形期間的位移，從而使材料更堅固。

和法拉利採用的許多新型材料一樣，鋁鋰合金目前主要應用於航空航天領域：航天飛機外置燃油箱的終極版主要就是由鋁鋰合金製成的。“今後的法拉利 V8 車型將會更多地使用鋁鋰合金材料，”概念工程經理 Franco Cimatti 説道。

此外，我們還可能會看到另外一種特殊材料——鋁碳化硅。這是一種金屬基複合材料，由分散有碳化硅顆粒的鋁基體組成。這種材料與陶瓷（即陶瓷制動盤所用材料）相結合後硬度極高，從而在大大減輕重量的同時，實現了可與鋼制材料相匹敵的機械性能。

還有一些處理鋁制材料的新方法帶來了激動人心的前景。目前法拉利已經使用了具有可變壁厚的部件，並且這種技術的使用將會大幅增加。過去，有兩種方法可以強化固定點周圍的金屬部件：增加整個部件的厚度（這樣會增重）或在加強件上進行焊接。現在，部件本身可以在必要的位置增加厚度。

拿起一件鋁泡沫部件，您會發現另一個不為人知的秘密：和磚一樣大小的構件竟然只有幾克重。通常而言，泡沫體積的 75-95% 都是空心的。通過改變這一比例和其他一些參數，即可根據各種應用要求對該種材料進行定制。

鋁泡沫材料不但輕而硬，還具有極好的能量吸收特性，因而是消音和碰撞時吸能的理想選擇。“輕質的空心箱形構件可能産生共振，而固態金屬則很容易傳遞噪音和聲振粗糙度，”Cimatti 解釋道。“用鋁泡沫代替特定的空心部件區域，我們就可以在不影響重量和剛度的前提下，減小聲學管理系統的尺寸和重量並提高碰撞性能。”

銳意創新

“我們不僅是進行簡單的材料替代，用更好的材料取代傳統材料，還能夠對材料的結構進行特殊設計，從而使新材料的特性得到充分的發揮，”Cimatti 繼續説道。“有許多因素要考慮，包括我們將如何使用新材料造車。工藝性是一個關鍵的選擇標準，但是我們不想讓材料的選擇受限于這一標準。法拉利的對策是在潛心研究選材的同時，致力開發新的製造工藝。”

最大的挑戰之一是如何將新材料接合到一起。例如，極薄的面板和一些特別硬的合金材料無法焊接。“要將板狀部件接合起來，可以使用機械固定件，如自衝鉚釘，但這些固定件將會使應力集中，因此需要更厚的材料或使用加強件，而這兩者都會增加成本和重量，”Cimatti 説道。輕質金屬泡沫則帶來了一系列新挑戰。

法拉利的方案是使用常見的連接工藝的改進版，或者改用完全不同的材料——結構粘接劑。Cimatti 表示，高科技膠粘系統能夠在提高車身剛度的同時，將某些面板所需厚度降低多達 20%。其中的關鍵是通過分散負載範圍來消除應力的集中。粘接劑還可用來輔助機械緊固件，從而減少焊接或鉚釘等的使用，或提供附加剛性以淘汰加強件。在下一代車型中，可能有大量的接頭都將同時使用粘接劑與增強型鉚接技術。

使用粘接劑的缺點之一是需要部件之間有重疊，這樣便增加了重量和厚度。在 Scaglietti 工廠試驗的另一項創新性連接技術是冷金屬過渡 (CMT) 焊接技術，該技術和現在的金屬惰性氣體 (MIG) 焊接系統一樣，可以實現邊對邊連接，但使用的熱量極少，接頭幾乎一旦成型就可觸摸。

這一點和 MIG 焊接不同，MIG 使用的溫度極高，以至於可以改變周圍區域（即熱影響區 (HAZ)）的金屬結構，從而使金屬變脆。此外，無法在粘合接頭附近使用 MIG 焊接，這樣就很難混合兩種固定系統以減少材料用量。

CMT 焊接使能量輸入降低了大約 30%，既能管理 HAZ，又可以在粘接劑附近進行焊接。其他優點包括：減少與熱相關的幾何偏差、縮短週期時間、提高工藝穩定性等等。Cimatti 表示，該工藝目前已經過充分驗證，但仍需設法改善 CMT 工具的尺寸，該工具現在太大，無法使機器人焊頭到達包裝最緊的位置。解決了這一挑戰後，該技術將會大規模代替 MIG 進行結構焊接。

雖然材料和構造技術變得越來越新奇，另一問題浮出水面：如何維修碰撞過的車輛。“使用複合材料很難做到這一點，尤其是大多數車身修理廠不具備檢測材料內部結構損壞的能力。當複合材料打造的法拉利發生重大事故時，我們將車送回工廠進行測試，經常會像安裝賽車一樣安裝大量的新結構件，但公路版跑車的車主經常要用車，這麼做並不現實，”Cimatti 説。

更換用的鋁質構件在試製車間進行生産，每一個構件都是針對具體的車輛定身定制的。然後，再將這些構件送到車身修理廠與車輛進行整合。

對於下一代車型，法拉利不僅著力發展新的材料技術，同時也在大力開發維修系統，其中包括改進型雙組分粘接劑，供車身修理廠用來提供與工廠使用的單組分（熱固性）粘接劑性能相似的粘合劑。雙組分系統使用了與原先不同的化學反應，因此不需要熱固化。?

“從重量尺寸比可以看出，我們當前的鋁技術已促使 458 成為同類車型中的佼佼者，可與任何一款車型相匹敵，”法拉利首席執行官費立薩總結道。“我們的下一代 V8 將會在使用輕質鋁制車身結構方面向前跨出一大步，使重量尺寸比從大約 50kg/m2 縮減到大約 43kg/m2，遠遠領先當前任何同類車型。我們的新型材料技術為法拉利車主帶來了一輛性能卓越、可供日常使用的傑出跑車。”（文/圖 法拉利）