來源：《北京汽車》2023.No.3

作者：程大慶，韓衛強，王碩

摘要：鎂合金車輪在應用中主要考慮車輪強度、防腐性能以及對整車能耗的影響等方面，通過臺架試驗和實車路試，綜合分析判斷鎂合金車輪強度是否滿足開發要求。對整車能耗和續駛里程兩個方面進行測試，發現不同車輛的測試結果不完全一致，通過更換同規格鎂合金車輪后，不僅降低了整車簧下質量，也有效降低了整車能耗，提升了續駛里程;由于存在電化學腐蝕，鎂合金車輪的防腐性能無法滿足開發要求。

關鍵詞：鎂合金;輕量化;強度;防腐;整車能耗

0引言

    車輪承載整車質量、傳遞力和力矩，車輪慣性力大小直接影響整車的加速性能及能耗。車輪工作環境嚴苛，既承受路面及各種飛石沖擊，又伴隨高溫、高濕、高鹽侵蝕，要求車輪具有良好的安全性和耐腐蝕性。

    20世紀30年代鋁合金車輪開始應用在普通汽車上，但在我國起步較晚，2002年我國轎車鋁合金車輪裝車率接近 45%，2018 年我國轎車鋁合金車輪裝車率達到70%。隨著汽車工業的發展，

    鋁合金車輪越來越不能滿足輕量化要求。鎂合金作為常見金屬材料中最輕的金屬材料，具有比強度和比剛度高、熱傳導性好、對振動和沖擊吸收性能好、抗凹陷性能好以及焊接和鑄造性能良好等特點。因此，鎂合金車輪有可能成為輕量化車輪的發展方向。

    鋼制車輪及鋁合金車輪在實際應用中已被證實滿足強度和耐腐蝕性要求，且鋁合金車輪相比鋼制車輪可以較明顯地改善整車能耗，鎂合金車輪由于應用較少，其安全性、耐腐蝕性以及對整車能耗的影響等方面需要進一步研究。

    本文通過臺架測試和道路實車測試，分析鎂合金車輪在強度、防腐性能以及對整車能耗的影響方面是否滿足大眾車型使用。

1 鎂合金車輪強度

    使用已有車型規格的鎂合金車輪進行臺架試驗和整車道路試驗，驗證鎂合金車輪強度是否滿足開發要求，試驗條件嚴苛度不低于量產鋁合金車輪，試驗結束后，鎂合金車輪未出現裂紋、變形等現象則判斷合格。

1.1 鎂合金車輪臺架試驗

    臺架試驗的項目、標準、設備及結論見表1。

表1 實驗要求及結論

由表 1 可知，臺架試驗結果顯示，鎂合金車輪的強度滿足整車開發要求。

1.2 鎂合金車輪整車道路耐久試驗

    實車搭載鎂合金車輪按照整車結構道路可靠性試驗方法，在江蘇鹽城試驗場進行純壞路整車耐久綜合試驗，整車滿載狀態下進行 250 個循環，每個循環約 30 km。

圖 1 為整車耐久試驗結束后放大 200 倍的鎂

    合金車輪不同部位金相組織切片，結果顯示，鎂合金內部析出晶粒細小，且均勻地分布于晶體的晶界處，金相組織沒有出現聚集偏析現象。

2 鎂合金車輪防腐能力

    使用已有車型規格鎂合金車輪進行臺架試驗和整車腐蝕試驗，驗證鎂合金車輪防腐能力是否滿足整車開發要求，試驗條件嚴苛度不低于量產鋁合金車輪，試驗結束后鎂合金車輪未出現氣泡、涂層脫落、周邊零部件連接區域及螺母安裝孔區域掉塊或車輪螺母無法拆卸的現象則判斷合格。

2.1 鎂合金車輪臺架防腐試驗

    鎂合金車輪與輪轂法蘭、緊固件等配接零部件按照整車裝配要求進行連接，之后放置在鹽霧箱中進行中性鹽霧試驗，每周進行一次拆解，記錄鎂合金車輪與輪轂法蘭接觸面的腐蝕情況，試驗反復進行，并持續 1 000 h。中性鹽霧試驗結束后鎂合金車輪表面腐蝕情況見表 2。

表 2 鎂合金車輪中性鹽霧臺架試驗表面腐蝕情況

    試驗結果顯示，試驗第 1 周鎂合金車輪安裝面和車輪螺栓孔腐蝕比較明顯，試驗進行 840 h后，安裝面邊緣和螺栓孔周邊掉塊十分嚴重，因為腐蝕程度嚴重所以試驗終止，鎂合金車輪防腐性能未達到開發要求。

2.2 鎂合金車輪整車腐蝕試驗

    試驗車輛前輪使用原車鋁合金車輪，后輪使用鎂合金車輪，整車腐蝕試驗在海南汽車試驗場進行，共 100 個循環，分別在第 10 個循環、第 30個循環、第 60 個循環及試驗完成后記錄鋁合金車輪和鎂合金車輪的腐蝕情況。整車腐蝕試驗的車輪腐蝕情況見表 3。

表 3 整車腐蝕試驗車輪腐蝕情況

    試驗結果顯示，整車腐蝕試驗完成 10 個循環后，對比鎂合金車輪與鋁合金車輪，二者涂裝面、安裝法蘭盤及螺栓孔周圍狀態一致，基本無腐蝕現象，鎂合金車輪正面輪輻涂裝位置幾乎無腐蝕，但安裝面和螺母孔位置存在輕微腐蝕掉塊現象；完成 60 個循環后，鋁合金車輪幾乎無腐蝕現象，經過表面防腐處理的鎂合金車輪，輪輻正面幾乎無腐蝕，背面存在輕微腐蝕，安裝面和螺母孔位置腐蝕掉塊現象加劇，出于安全考慮，終止鎂合金車輪整車腐蝕試驗。

3 鎂合金車輪對整車能耗的影響

3.1 鎂合金車輪對燃油車油耗的影響通過臺架試驗和整車路試對比鋁合金車輪與鎂合金車輪對整車百公里油耗的影響。

    某款燃油車的 4個原裝配鋁合金車輪總質量為 47.2 kg，4 個同規格鎂合金車輪總質量為 26.0 kg，替換后實現整車減重 21.2 kg。分別對配備鋁合金和鎂合金車輪的此款燃油車按照 GB/T 18352.3—2013《輕型汽車污染物排放限值及測量方法》進行 NEDC（New European Driving Cycle，新歐洲駕駛循環）油耗臺架測試，試驗過程中加載阻力完全一致，測試結果見表 4。表 4 顯示，燃油車配備鎂合金車輪相比配備鋁合金車輪，市區工況百公里油耗降低 1.1%、郊區高速工況百公里油耗降低 2.5%、百公里綜合油耗降低 2.0%。

表 4 燃油車臺架試驗油耗測試結果

    對采用原裝配鋁合金車輪的燃油車和更換為同規格鎂合金車輪的燃油車進行實車路試，在市區測試 6 天累計運行 2800 km，試驗數據見表 5， 后者相比前者百公里油耗降低 10.36%。

表 5 燃油車路試油耗測試數據

3.2 鎂合金車輪對純電動車續駛里程的影響

    通過臺架試驗和整車路試，對比鋁合金車輪與鎂合金車輪對電動車續駛里程和整車能量消耗的影響。

    分別對配備鋁合金和鎂合金車輪的某款純電動車按照 GB/T 18386—2017《電動汽車能量消耗率和續駛里程試驗方法》進行臺架測試，每次試驗前車輛均處于滿電狀態，測試結果見表 6。表 6顯示，純電動車配備鎂合金車輪相比配備鋁合金車輪，在 60 km/h 等速行駛工況下續駛里程提升3.59%、能量消耗降低 4.13%，在 NEDC 測試工況下續駛里程提升 6.57%、能量消耗降低 2.10%。

表 6 純電動車臺架測試結果

    對分別配備鋁合金和鎂合金車輪的另一款純 電動車進行實車路試，在市區測試 7 天，試驗數 據見表7，后者相比前者整車減重 16 kg，平均百公里耗電量降低 16.67%。

表 7 純電動車路試結果

4 結論

    對鋁合金、鎂合金車輪分別進行臺架試驗和實車路試，得到如下結論：

  （1）強度方面，鎂合金車輪與鋁合金車輪強度性能一致，滿足整車開發要求；

  （2）整車能耗方面，同規格鎂合金車輪可有效降低整車質量，進而降低整車能耗；

  （3）防腐方面，鎂合金車輪輪輻正面的防腐性能與鋁合金車輪相差不大，但受電化學腐蝕影響，車輪安裝面、車輪螺栓孔等處的防腐性能遠低于鋁合金車輪。可以看出，除了鎂合金車輪成本較高外，電化學腐蝕是制約其應用的重要因素。

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