[汽車之家?深評]? “每逢佳節(jié)胖三斤”，在這個中國傳統(tǒng)節(jié)日中分量最重的春節(jié)里，怕是胖的不只三斤，春節(jié)過后，減重就成了高頻話題。汽車行業(yè)也存在同樣的“減重”話題，近年來，隨著新能源汽車如雨后春筍般的發(fā)展，汽車減重也就勢在必行，因為減重在節(jié)省開發(fā)成本的同時，還能有效地降低油耗、減少排放量和增加操穩(wěn)性。有試驗表明，汽車每減重10％，油耗可降低6％-8％，排放量可下降約10％，同時對減少制動距離、轉(zhuǎn)向力和加速時間，提高輪胎壽命等都有顯著的好處。

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●《深評問道》是什么？

《深評問道》是汽車之家首個面向行業(yè)端用戶打造的欄目，特約汽車行業(yè)資深從業(yè)者執(zhí)筆，獨家解析／揭秘行業(yè)大事件。除了熱鬧表象，我們更想向您呈現(xiàn)對事物本質(zhì)、因果以及未來可能性的探究和思考。

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本期行業(yè)評論員——康賤貓，在主機廠商從事多年的研發(fā)工作，對駕駛技術(shù)、汽車原理、車型推薦等方面有深入理解，擅長通過通俗易懂的方式解讀汽車行業(yè)。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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30秒快速閱讀：

1、新能源汽車的快速崛起，對車身輕量化的需求更強烈，車身減重有利于控制成本，提高整車性能、降低能耗。
2、車身減重：材料選擇是基礎(chǔ)，設(shè)計開發(fā)是樞紐，先進的制造工藝和連接技術(shù)是紐帶，三者相輔相成，缺一不可。
3、輕量化不是單純的減輕車身重量，更不是“減配”，如何平衡成本與減重，是每家主機廠需要深入研究的方向。

車身輕量化是指在汽車保持原有的安全性、耐撞性、抗震性及舒適性能不降低，且不增加研發(fā)成本的前提下，有目標的減少車身自身重量。在學(xué)術(shù)上有個詞叫車身輕量化系數(shù)，輕量化系數(shù)考慮了車身扭轉(zhuǎn)剛度、車身大小、質(zhì)量水平，同時該系數(shù)引入了扭轉(zhuǎn)剛度的概念，這樣開發(fā)人員就通過輕量化系數(shù)初步了解一款車的NVH性能和操控性。

目前，車身輕量化主要有三大途徑：材料的選擇、結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和先進的制造工藝，當然這只是個思路，如何將思路應(yīng)用于實踐，完美的集成到具體的車型上，還要研發(fā)人員根據(jù)不同的項目運用不同的方法。

一、材料選擇是基礎(chǔ)

為什么說是材料的選擇，而不是單純的輕質(zhì)材料？在整車的研發(fā)過程中通常有性能的要求，比如在中國有前部小部分重疊碰撞試驗，簡稱小偏置碰（Small over lape），還有側(cè)碰、頂碰、后碰及頭部保護等不同的碰撞要求，這個時候在車身的局部區(qū)域就需要零部件有很高的強度要求，比如翼子板內(nèi)板、風窗立柱、B柱加強板等區(qū)域，如果在這些區(qū)域單純的選擇輕質(zhì)材料，那勢必就需要大大z增加材料的厚度，反而會導(dǎo)致車身重量的上升。

●合金材料

在材料的選擇方面，最受汽車廠商關(guān)注的就是鋁合金和鎂合金，畢竟這兩種材料可以替代鋼板，減輕重量，提高強度，性價比相對較高。其中，目前應(yīng)用范圍最廣的當屬鋁合金，因為鋁的密度低，質(zhì)量大概只有鋼鐵的1/3，鋁合金表面生成的三氧化二鋁保護層比較耐腐蝕，成型性要高于鋼材，而且回收利用率高，整車中80％以上的鋁是可以回收的；當然鋁合金仍有它的缺點：容易回彈、沖壓碎屑多，焊接性及強度不如鋼材，最重要的一點是成本要高于鋼材。

『合金在汽車上的應(yīng)用』

●碳纖維材料

當然，最理想的材料莫過于碳纖維材料，碳纖維材料是由化纖和石油經(jīng)過特殊工藝制成的纖維，碳纖維的密度不到鋼材的1/4，但是抗來輕度卻可以達到鋼材的8倍左右，除了具備耐高溫、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等性能外，它的強度更高，質(zhì)量更輕，尤其在極端氣候條件下，碳纖維材料的表現(xiàn)相當出色，當然成本也相對較高。

『碳纖維材料在汽車上的應(yīng)用』

●高強度鋼（HSS）

通常將屈服強度在210-550MPa之間，抗拉強度為270-700Mpa之間的鋼材稱為高強度鋼，碳錳鋼（C-Mn）、烘烤硬化鋼（BH）；屈服強度在550MPa以上，抗拉強度在700MPa以上的稱為超高強度鋼，如熱成形鋼（HF）。

高強度鋼的優(yōu)點在于強度極好，焊接可行性良好，缺點在于密度較高，質(zhì)量較重，塑性一般，通常應(yīng)用在車身的局部，如上面提到的對于碰撞性能有要求的區(qū)域，在局部選擇高強度鋼可以替代大量的輕質(zhì)材料，對于車身減重不失為一個好的選擇。

『高強度鋼在汽車上的應(yīng)用』

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計是樞紐

通過先進設(shè)計方法和技術(shù)手段在滿足車身強度、模態(tài)、剛度及碰撞等多方面的性能要求同時，在車身設(shè)計階段對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，提高材料利用率。

在項目設(shè)計階段可以通過CAD/CAE技術(shù)可以準確實現(xiàn)車身結(jié)構(gòu)設(shè)計和布局，對板材料后等參數(shù)進行分析和剛度強度計算，計算出準確的力的傳導(dǎo)路徑，對于設(shè)計師而言，就可以判斷出哪些區(qū)域需要使用高強度強料，哪些區(qū)域需要增加料厚，在最大程度上提高材料的使用率，有一點值得注意的是，對于車身而言，力的傳導(dǎo)路徑不是唯一的也不是一成不變的，隨著設(shè)計的變更，連接方式的變更，都會導(dǎo)致力的傳達路徑變更，因此，設(shè)計人員也要在設(shè)計階段學(xué)會“隨機應(yīng)變”。對于采用輕質(zhì)材料的零部件還可以進行運動干涉等分析，使輕質(zhì)材料達到車身設(shè)計的不同要求。

三、工藝是紐帶

●先進制造工藝

對于上述的翼子板內(nèi)板等對碰撞比較敏感的區(qū)域，通常使用的是高強度鋼，這時候如果使用的仍然是普通的冷成型技術(shù)，則板材容易開裂，對于車身性能的影響是很大的，因此，通常情況下采用熱成型技術(shù)例如TWB（tailor blanked welded）或TRB（tailor rolled welded），一種先焊接后成型的熱成型技術(shù)來解決。

●先進的連接技術(shù)

無論是鋼材之間、鋁材之間或者鋼材與鋁材之間，合適的連接方式不但可以保證車身的各種性能要求，還可以對車身輕量化有巨大的貢獻，在此列舉幾種對減重十分有幫助的連接方法（包括但不限于）：

無鉚連接（clich）：速度最快，最經(jīng)濟的連接方式，因為無需外加連接體；激光拼焊（TWB）：通常用于高強度鋼之間的連接；攪拌摩擦焊（FSW）：鋁材之間最好的選擇，比如鋁型材的電池箱體之間的連接；鋁點焊：批量生產(chǎn)車型的最佳選擇，比較適合機械化操作；膠接：對于有密封或者減震導(dǎo)電等需求的區(qū)域的最佳選擇，同時具有等效焊點的強度。

『汽車連接技術(shù)』

車身輕量化，并非簡單的用輕量化材質(zhì)、更不是“偷工減料”，而是從材料到結(jié)構(gòu)的綜合考量。目前各大主機廠也都掌握各自擅長的輕量化技術(shù)來應(yīng)對車身減重這個重要的問題。

1、福特蜂巢狀結(jié)構(gòu)的MuCell微發(fā)泡注塑成型技術(shù)

這種成型技術(shù)是指以熱塑性材料為基材，通過特殊的加工工藝，使制品中間層密布尺寸從十幾到幾十微米的封閉微型孔，顯而易見，蜂巢結(jié)構(gòu)有利于輕量化，同時成型周期較短。

『福特全新?？怂拱l(fā)動機罩上應(yīng)用了蜂巢狀結(jié)構(gòu)的MuCell微發(fā)泡注塑成型技術(shù)』

福特在全新?？怂埂-Max、蒙迪歐等車型發(fā)動機罩上，都應(yīng)用了這種蜂巢狀結(jié)構(gòu)的MuCell微發(fā)泡注塑成型技術(shù)。福特一直致力于2020年之前實現(xiàn)小型車減重100kg以及大型車減重300kg的目標，這種成型技術(shù)在保證零部件耐用性，且優(yōu)化燃油性降低排放的同時可降低車身重量近20％。

2、寶馬的“Carbon core”和奧迪的“RTM工藝”

相對于福特采取獨有的成型方法，寶馬家的輕量化更多注重復(fù)合材料的應(yīng)用，例如A柱區(qū)域就是寶馬獨有的”Carbon core”，在鋼板制成的封閉截面內(nèi)側(cè)插入CFRP（碳纖維強化樹脂）制作的芯材，在減重的同時有提高了整車的穩(wěn)定性。

如寶馬7系，雖然車身的基本骨架仍然采用鋼材，但局部區(qū)域使用CFRP。新款7系相較于上一代車型，車身減重40kg，在使用碳纖維實現(xiàn)輕量化目標的同時也提高了整車的抗彎性能和抗扭性能。

『寶馬7系』

奧迪曾在第一代R8車型上采用了鋁材，但在第二代R8上，把MSS作為工具，將碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用在車身上面，大幅度提升了扭轉(zhuǎn)剛度和車身輕度，同時實現(xiàn)了車身減重。

奧迪的RTM（樹脂傳遞模塑）工藝，在被碳纖維包裹的泡沫材料中注入環(huán)氧樹脂，這項技術(shù)不僅是材料成型效率高，還可以減少原材料的使用，同時奧迪的工程師們還將單向碳纖維織物與快速硫化環(huán)氧樹脂體系結(jié)合在一起，采用泡沫夾層，以減少結(jié)構(gòu)件、加強件以及填充物的用量，2017款奧迪A8就同時采用了RTM工藝并在其后壁和后窗臺板上應(yīng)用了碳纖維復(fù)合材料。這些工藝與技術(shù)都為奧迪的輕量化做出了巨大的貢獻，奧迪在全球汽車市場中的強大競爭力與此也有密不可分的關(guān)系。

『奧迪A8』

3、蔚來的全鋁車身和先進的連接技術(shù)

作為新造車企業(yè)的代表，蔚來ES8采用的就是全鋁車身，2018年蔚來ES8的一位用戶不慎正面撞在了路邊燈柱，多數(shù)人關(guān)注的是ES8的破損情況，進而對這輛“中國Tesla”的被動安全性能做一個初步評估，但筆者更關(guān)注的是曝露出來的7系鋁制防撞梁，鋁制防撞梁在車身減重方面的作用是毋庸置疑的，且部分7系鋁是可以做熱處理強化的，且在正碰的時候潰縮量要大于鋼材，吸能效果更好，從而更好地保護乘客安全。

作為全鋁車身的先驅(qū)者，蔚來自然擁有更加成熟的鋁連接技術(shù)，目前ES8車型上應(yīng)用的連接技術(shù)就有很多種，從FDS（熱融自攻鉚接）到RSW（鋁點焊）到CMT（冷金屬過渡弧焊）到SPR（自沖鉚接）都有應(yīng)用。

『蔚來ES8』

4、通用對復(fù)合材料的應(yīng)用

通用一直致力于輕量化材料的合理使用，并應(yīng)用在自家品牌旗下的車型之中。價格低廉但耐疲勞的低碳鋼曾一度成為通用乘用車和輕卡的標配，低碳鋼不僅價格經(jīng)濟，且成形性和可焊性都較好，當然低碳鋼也存在自身的不足：耐腐蝕性差、重量較鋁合金、鎂合金等更重，在車身減重環(huán)節(jié)就存在較大的劣勢。

通用在雪佛蘭C7 Corvette和MALIBU的制造過程中，使用了大量的鋁板制造車身鈑金件，使用了大量的擠制鋁材制造車架滑軌，新款CT6更是采用鋁材取代了低碳鋼，為此通用還采取了比較先進的焊接技術(shù)，使得容點不盡相同的兩種材料可以焊接在一起，這也使得該款凱迪拉克在重量方面優(yōu)于大部分其他同款配置車型。通用在鎂合金以及碳纖維兩種材料的應(yīng)用上面也做了足夠的研究工作，早在2011年通用就在研發(fā)碳纖維增強熱塑性塑料這種材料的應(yīng)用。

『雪佛蘭科爾維特』

5、PSA對高強度鋼的合理應(yīng)用

標致雪鐵龍作為歐洲第二大汽車制造商，在輕量化技術(shù)上的研究絲毫不弱于競爭企業(yè)，有些方面甚至優(yōu)于其他主機廠。標致汽車的輕量化技術(shù)很全面，從材料到結(jié)構(gòu)到設(shè)計全部都有涉及，車身的每個零部件的重量就是經(jīng)過嚴格的計算與優(yōu)化的。

在這重點的談一談標致汽車在高強度鋼方面的應(yīng)用，因為標致汽車全球化布局，它更多注重的是輕量化之后的性能與安全，對整車的性能表現(xiàn)和碰撞要求都十分嚴格，同時滿足側(cè)碰，正碰，頭部保護以及后碰等實驗要求，從它的新2號平臺EMP2到整個白車身，對高強度鋼的應(yīng)用都十分的精細。

今年表現(xiàn)不錯的標致4008、標致5008，和即將推出的標致508L，在車身上面都做足了功夫，翼子板區(qū)域的熱成型高強度鋼的TWB技術(shù)，B柱區(qū)域的TRB技術(shù)，以及風擋立柱和縱梁區(qū)域的高強度鋼的應(yīng)用，熟悉碰撞試驗的專業(yè)人士應(yīng)該清楚的知道，這些都是對性能影響十分重要的區(qū)域。在這些區(qū)域采用高強度鋼不僅可以滿足安全性能的需要，還大大減少了材料的使用量，將輕量化與結(jié)構(gòu)材料及工藝完美的應(yīng)用的產(chǎn)品中，不得不說標致的用心良苦。

『標志5008』

●總結(jié)

明顯可見，未來的汽車市場競爭愈加多元化，也愈加激烈，無論是傳統(tǒng)燃油車或者是新能源汽車，車身減重都不能使避而不談的話題，畢竟從車輛本身的性能到消費者的切身利益，車身減重都能做出巨大的貢獻。

當然，汽車輕量化不是簡單的降低重量，而是在成功減重的同時還能對整車的性能有所提高才是輕量化的真正意義。那么對于眾汽車廠商而言，如何做到在減輕車身重量的同時保證靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度和動態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度，從而保證車身抗扭性能和整車NVH性能；如何做到減少整車重量，卻可以保證配置不被減少甚至有所升級；如何做到減少重量的同時保證碰撞新能擁有更好的主被動安全且能平衡成本，將會是各大主機廠未來的研究方向。

如何圍繞著材料選擇、優(yōu)化設(shè)計、先進工藝三方面同時進行改良和提高，是每個主機廠應(yīng)該認真研究的課題，可以說，誰真正的掌握了輕量化技術(shù)，誰就可以在激烈的競爭中脫穎而出，笑傲群雄！（文/汽車之家行業(yè)評論員 康賤貓）

 

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