2021年3月23日-24日，由蓋世汽車主辦的“2021年中國車身大會”隆重召開。本次大會重點(diǎn)圍繞整車輕量化、汽車安全法規(guī)、車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、車身先進(jìn)材料、仿真技術(shù)、模塊化架構(gòu)車身等行業(yè)焦點(diǎn)話題展開探討，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展出謀劃策。會議期間，上汽大眾 產(chǎn)品管理高級總監(jiān), 教授級高級工程師 沈衛(wèi)東發(fā)表了“輕量化技術(shù)在車身研發(fā)中的應(yīng)用”的主題演講。

上汽大眾 產(chǎn)品管理高級總監(jiān), 教授級高級工程師 沈衛(wèi)東

以下為演講實(shí)錄：

尊敬的各位來賓，尊敬的各位專家，大家上午好。非常感謝蓋世汽車邀請，很高興也很榮幸和大家做分享。我的題目是“輕量化技術(shù)在車身研發(fā)中的應(yīng)用”。

今天匯報(bào)主要有三個(gè)方面的內(nèi)容：首先會做技術(shù)背景的簡述，其次和大家分享輕量化技術(shù)在汽車車身研發(fā)中的應(yīng)用，最后是技術(shù)展望。

剛才蓋世汽車研究院高級分析師 盧晏談了很多未來中國汽車的發(fā)展，在軟件定義汽車的時(shí)代，我突然想起在新員工迎新的時(shí)候，一個(gè)95后的新員工給我提出一個(gè)問題：在汽車新四化快速發(fā)展的時(shí)代，我們車身研發(fā)應(yīng)該做什么？能做什么事情？按照習(xí)慣思維，我們的車身研發(fā)屬于傳統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，而新四化是未來發(fā)展的技術(shù)領(lǐng)域，那么車身研發(fā)怎么去做好新興和傳統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的交匯發(fā)展，這是我們面臨的問題。

實(shí)際上車身研發(fā)有很多事情可以做，比如說輕量化技術(shù)。隨著中國改革開放的發(fā)展，人們生活水平有了非常大的提高，人們對環(huán)境和安全，從來沒有像現(xiàn)在這樣關(guān)注過。大家都很清楚，我們國家對節(jié)能減排有非常高的要求，除了國家的安全法規(guī)，還有很多消費(fèi)者的測試標(biāo)準(zhǔn)，有些標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上已經(jīng)超過歐洲標(biāo)準(zhǔn)，正因?yàn)橛羞@么多安全標(biāo)準(zhǔn)，所以在車身上會采取很多加強(qiáng)措施，而這些措施就會帶來車身重量的增加。車身輕量化的任務(wù)也很艱巨，國家節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖已明確目標(biāo)，預(yù)計(jì)2035年燃油乘用車整車輕量化系數(shù)會降低25%，純電動乘用車會降低35%。

從另外一方面來看，中國實(shí)行的是雙積分政策，不但對新能源車有要求，對傳統(tǒng)燃油車也有要求。整車重量降低10%，燃油效率可以提高6%-8%，汽車重量降低100公斤，二氧化碳排放可以減少約5克/公里。此外，我們現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入全面擁抱新四化的時(shí)代，新能源車，純電動車就在我們身邊，新能源車普遍比傳統(tǒng)燃油車重量要增加30%。如果把新能源汽車重量降低100公斤，續(xù)航里程就可以提高10%-11%，還可以減少20%電池成本以及其它日常損耗成本。同時(shí)，大家都很清楚，通過輕量化技術(shù)，還可以提升加速性能，操作性能，安全性能。因?yàn)?strong>車身在整車重量中占30%左右，所以，車身的輕量化是永恒的主題。

怎么實(shí)現(xiàn)車身輕量化，有什么技術(shù)路徑？各位專家很清楚，首先，通過材料輕量化，通過替代材料達(dá)到輕量化的需求。第二，優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)，減少零件的數(shù)量或者不必要部分減薄，這樣可以達(dá)到優(yōu)化結(jié)構(gòu)，降低重量。第三，在制造工藝方面創(chuàng)新，達(dá)到輕量化的效果。

從輕量化技術(shù)路線圖來看，目前是完善高強(qiáng)度鋼作為體系的重點(diǎn)，中期形成輕質(zhì)合金應(yīng)用為方向，遠(yuǎn)期形成多材料混合應(yīng)用體系為目標(biāo)。下面我和大家分享一些輕量化技術(shù)案例：

最主要的一個(gè)技術(shù)路徑就是熱成型技術(shù)，該技術(shù)已存在多年，在上汽大眾第一款MEB純電動車ID.4 X上采用了大量屈服強(qiáng)度在1300Mpa到1500Mpa熱成型鋼，比重超過28%。另外77.7%采用高強(qiáng)鐵鋼板，座椅橫梁還采用超高強(qiáng)度的熱成型鋼，屈服強(qiáng)度達(dá)到1900Mpa。

還有一個(gè)比較常用的路徑是通過替代材料來達(dá)到輕量化的需求，鋁已成為近來關(guān)鍵替代材料，因?yàn)殇X具有良好強(qiáng)度和韌性，密度較小，從而達(dá)到車身輕量化需求。現(xiàn)在常用車用鋁型號有6系、7系、5系，實(shí)際上鋁合金材料運(yùn)用是整體開發(fā)體系，它不單包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還包括防腐性能、試驗(yàn)、各種制造和連接工藝。在鋁合金車身應(yīng)用方面主要有三種：鋁沖壓件、鋁擠壓件、鋁壓鑄件，應(yīng)用在車身地板件和四門兩蓋等車身零件以及電池包。

鋁沖壓件是常用技術(shù)，和傳統(tǒng)鋼相比，實(shí)際上流程是非常相似的，包括設(shè)計(jì)和拉伸模擬，最后成型。鋁沖壓原理基本上也和鋼的沖壓類似，設(shè)計(jì)完以后進(jìn)行模擬，最后進(jìn)行沖壓，包括了下料、拉深、切邊扥該工序。但是有兩點(diǎn)跟傳統(tǒng)鋼不一樣，一個(gè)是延伸率比鋼低，成型更容易開裂，另外一個(gè)鋁的楊氏模量只有鋼的三分之一，成型過程中回彈更大，這兩方面是需要分析考慮的。以鋁車門為例，總成所有內(nèi)板，加強(qiáng)板，外板等進(jìn)行分解，可以得出一個(gè)結(jié)論：鋼車門總成重量一般是70-80公斤，而采用鋁的工藝進(jìn)行制作，減重達(dá)到30-35%。

鋁壓鑄件，壓鑄是液態(tài)成型工藝，其工藝比較適合于形狀比較復(fù)雜、薄壁深腔零件。舉一個(gè)例子，比如說上汽大眾過得輝昂前輪罩就是采用該工藝，該工藝如果用傳統(tǒng)鋼做會非常重，而采用鋁壓鑄件其重量只有4.2公斤，不僅大大減輕重量，而且同時(shí)提高強(qiáng)度。此外，電池包殼體采用鋁壓鑄件重量只有17公斤。

比較常見的還有鋁擠壓件，以ID.4 X擠壓型材鋁合金門檻為例，通過這樣一個(gè)零件，在純電動車的應(yīng)用，可以在側(cè)面柱碰時(shí)，把碰撞能量主要消耗在門檻中，可以保護(hù)電池包受沖擊的變形影響。

鋁擠壓基本的流程是擠壓成型是一種固態(tài)成型，實(shí)際上是用固態(tài)的型材，通過模具來實(shí)現(xiàn)擠壓，最后完成一個(gè)零件，擠壓工藝適用于截面形狀是一致的零件，比如門檻、縱梁前部和保險(xiǎn)杠等零件。

在車身輕量化方面還有一部分就是電池包殼體怎么做到輕量化，主要也是采用鋁型材，通過各種工藝來達(dá)到減重的要求。

鋁合金件需要特殊的連接技術(shù)，這里羅列了很多，在座都是專家，所以我就不再重復(fù)了。

以鋁車門總成為例，對比鋼件來說，鋁件的連接的方式有很大的改變。通過激光焊和鋁點(diǎn)焊和SPR來完成這樣一個(gè)連接。對防腐也有新的要求，因?yàn)殇X跟鋁的連接、鋁跟鋼連接、鋁跟各種其他材料連接，這些對于防腐都有比較高的要求。我們不但是通過零部件層面的防腐實(shí)驗(yàn)，還通過整車的防腐試驗(yàn)來滿足嚴(yán)苛的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。比如說整車動態(tài)各種路面的防腐蝕試驗(yàn)，還有路面動態(tài)的試驗(yàn)和環(huán)境艙試驗(yàn)達(dá)到零部件和整車的防腐要求。

輕量化技術(shù)中還有碳纖維技術(shù)，這個(gè)大家都非常熟知，比如寶馬i3車身重量只有139公斤，兩個(gè)人就可以抬起側(cè)框，如果采用鋼件是不可想象的。

最后是輕量化技術(shù)的展望。

看一下車身輕量化發(fā)展的路徑，90年代是鋼密集型的車身，到了2000年開始鋁密集型的車身，包括現(xiàn)在有幾家初創(chuàng)公司用全鋁的車身。在2015年全鋁車身和碳纖維得到了非常迅猛的發(fā)展，在這段時(shí)間全鋁車身和碳纖維是一種潮流。在2020年之后進(jìn)入了多材料車身發(fā)展路徑的時(shí)代。

首先，看一下碳纖維，因?yàn)楸戎夭坏戒摰?/4，而且它的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鋼，所以在賽車上首先用的都比較多。目前國外公司在某些零部件方面用的比較多，在內(nèi)飾門板，前后蓋，也許是前蓋上面用的相當(dāng)多，包括電池包殼體等。但是在國內(nèi)車企里面，因?yàn)槌杀镜膯栴}實(shí)際上整車的碳纖維應(yīng)用相對來說比較少。

那么，是否全鋁車身就是未來的技術(shù)趨勢？我們可以看到奧迪A8，其鋁合金占比從92%降到了58%，這是為什么呢？大家都知道，鋁合金件有明顯的缺點(diǎn)，比如說制造工藝比較復(fù)雜，材料成本比較高，維修成本也比較高。如果奧迪A8門板發(fā)生碰擦可能就直接更換鋁門，不會用傳統(tǒng)的刮膩?zhàn)釉賴娖徇@種方式去解決。另外，國產(chǎn)材料性能和進(jìn)口材料還有差距。

總得來說，不管是制造成本，還是維修成本，相對來說都比較高，這些都給全鋁車身帶來一定的劣勢。怎么去攻克材料成本難關(guān)呢？或許大力發(fā)展國產(chǎn)鋁型材，通過完善工藝、完善制造流程等，通過這些環(huán)節(jié)把鋁合金材料成本降下來，從而更廣泛的應(yīng)用，這可能是未來的一個(gè)趨勢。

最后是車身一體化鑄造技術(shù)，特斯拉在Model Y 后輪罩從Model S 原有的70個(gè)沖壓零件，現(xiàn)在通過一體化壓鑄技術(shù)變成了2個(gè)零件。這是一個(gè)顛覆性的制造工藝，為什么呢？因?yàn)橐话愕腛EM公司在方圓30公里左右都集中了很多沖壓廠，還有車身分總成供應(yīng)商。另外在傳統(tǒng)車企的工廠都有四大制造車間，如果采用像特斯拉現(xiàn)在這樣的工藝，可能改變了傳統(tǒng)車身制造的方式或者車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。這就意味著方圓30公里周圍這些供應(yīng)商可能要重新思考未來的產(chǎn)品，而傳統(tǒng)車企可能也不再有沖壓和車身兩大車間了。 

再看一下，特斯拉已經(jīng)發(fā)布了一個(gè)汽車車架多向單體鑄造機(jī)的專利，可以從它的圖片上發(fā)現(xiàn)，它是整個(gè)車身，我們第一印象就是“不可能”，為什么呢？因?yàn)橛脗鹘y(tǒng)的思維來說，這里面有很多技術(shù)問題，比如說圓角縫隙、平整度面差、車身尺寸精度控制以及外觀表面質(zhì)量，所有這些都是問題。但是特斯拉前面已經(jīng)做了一個(gè)案例，可以把70個(gè)零件變成2個(gè)零件，后一步可能把一個(gè)車身變成現(xiàn)實(shí)，這些可能都是未來的趨勢。

對于中國汽車人或者對于中國的車身人來說，我們的使命是，在中國是不是能夠?qū)崿F(xiàn)像特斯拉這種車身一體化鑄造的技術(shù)？這樣可以把車身輕量化做到極致，這可能是我們未來的使命。

以上就是我的匯報(bào)，謝謝大家。

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