精打细算的轻量化道路

2014中国轻量化车身会议与2014中国汽车工程学会年会同期举行。7款自主品牌车型的设计师、工艺师介绍了各自企业轻量化设计思想和解决方案，与参会者们分享了各自企业轻量化车身的开发经验。设计师的报告涉及了轻量化设计技术、轻量化材料应用技术、轻量化制造技术和NVH、安全等性能方面。

世界各国纷纷公布了各自最新的排放标准和节能减排目标。欧盟要求汽车制造商在2021年以前将汽车二氧化碳排放量削减27%，不超过95g/km；美国2025年燃油经济性法规要求新车平均燃油经济性达到54.5英里/加仑；2020年，我国乘用车的平均燃料消耗量要求下降到5.0L/100km。而据工信部公告，2013年我国乘用车平均燃料消耗量实际为7.23L/100km。汽车制造商该如何满足越来越严苛的排放标准？

生产新能源汽车固然是一种解决方案，但零排放的电动车尚受到续驶里程、充电基础设施等因素的制约。而且，纯电动车作为一种新技术，尚未获得大众消费者的认可。实验证明，汽车重量每减少100kg，百公里油耗可降低0.3-0.6L。汽车轻量化对提高燃油效率的效果是立竿见影的。因此，汽车轻量化已经成为应对各国政府节能减排政策的重要途径。

谈到轻量化，人们可能会想到“高大上”的碳纤维材料。刚上市不久宝马i3作为一款纯电动车，整备质量仅1195kg，轻量化的秘诀就在于使用CFRP碳纤维复合材料制造车身。而这款车型44.98万元的官方指导价格，彰显了它豪华车的身份。宝马i8插电式混合动力车同样采用这种轻量化材料，这两款成功的产品给人们留下了深刻的印象，消费者心目中的轻量化便与碳纤维材料挂上了钩。

但采用价格高昂的碳纤维材料对自主品牌汽车而言就是奢侈的轻量化了。以性价比高为卖点立足于市场的自主品牌汽车，该如何走出一条属于自己的轻量化道路？2014中国轻量化车身会议让我们一睹自主品牌 “精打细算”的轻量化道路。

轻量化材料的选择

2014中国轻量化车身会议由汽车轻量化技术创新战略联盟主办，与2014中国汽车工程学会年会同期举行。在会议上，7款自主品牌车型的设计师、工艺师分享了各自企业轻量化车身的开发经验和成果。这7款车型分别为东风风神AX7 SUV、上汽荣威e50、奇瑞瑞虎5、长安逸动Hybrid、北汽绅宝D50、江淮瑞风S5和长城哈弗H6。

上述7款车型均未采用碳纤维复合材料。自主品牌汽车在轻量化材料的选择上必须精打细算，严格评估成本效益。虽然上汽荣威e50曾试制过碳纤维材料的前盖，但因为成本过高最终弃用。从设计师的报告中可以发现，自主品牌车型车身的轻量化首选使用高强度钢，先进强度钢、超高强度钢和热成形钢等钢材也有广泛的应用。大部分展示车型的车身对此类钢材料的应用比例超过50%。因此可以毫不夸张地说，钢铁材料的进步与轻量化息息相关。

国际上普遍将屈服强度在210MPa至550MPa的钢板称为高强度钢板。北汽工程师在报告中将数款自主品牌车型与国外车型的车身平均屈服强度进行比较后指出：现阶段自主品牌车身平均屈服强度在250-290MPa之间，而国外车型车身平均屈服强度在300MPa以上。因此，自主品牌车身高强度钢的用材比例还有很大的提升空间。

如今，车辆发动机缸体材料及变速器壳体多采用全铝、铝合金或铝镁合金制造。而这些轻质材料及塑料复合材料也在车身轻量化的选择范围之内。在会上展示的7款车型中，有3款车型的车身采用了此类材料，分别是上汽荣威e50、长安逸动Hybrid和江淮瑞风S5。其中对塑料复合材料应用比例最高的是上汽的纯电动小车荣威e50，达到2%。由于这是一款新能源汽车，考虑到其搭载的电池重量，车身的轻量化显得尤为重要。因此，荣威e50大量采用塑料复合材料，应用于充电口及小门、蓄电池托盘、尾门、行李箱隔板等。通过采用非金属材料，共减重6kg。

长安的混合动力产品逸动Hybrid通过采用铝、镁合金及复合材料，共减重18.68kg。其铝合金前罩总成重10.98kg，与采用钢材料的原零件相比，减重7.92kg，减重率达42%。生产铝合金前罩，还须引入铆接技术。采用镁合金的转向支撑减重4.75kg，减重率达到55%。可见，采用铝、镁合金的轻量化效果非常显著。但长安工程师也指出，铝、镁合金材料的成本很高，其中镁合金的焊接技术往往是材料供应商的专利，还会增加额外的成本。

优化结构设计，保证安全性

虽然自主品牌车型在轻量化材料的选择上处处受制于成本，但车身设计师往往通过设计的优化，将高成本的轻质材料“用在刀口上”。对不同钢种的灵活运用，也使设计师能够在优化车身尺寸性能的同时，严格控制重量与成本。

车身轻量化设计以不牺牲安全性，甚至提高安全性为前提。降低材料的厚度往往伴随着材料强度的提升。其中车架扮演着非常重要的角色，在碰撞事故发生时，车架的吸能、抵御碰撞变形往往能起到对车内人员的保护作用。因此，工程师在车架的设计中，将不同的钢种应用于不同的部分来保证车辆的安全性。

以东风自主品牌SUV风神AX7为例，其白车身中35%的材料为软钢板，主要运用在外覆盖件、地板、前围等面积较大，形状较复杂的零件。其余65%均采用高强度钢。采用高强度钢提升了材料的强度，材料的厚度因此降低，再经过优化，风神AX7的白车身最终重量为357kg，减重23kg。

其中，普通高强度钢板的运用比例为20%，主要运用在车身骨架中载荷不是非常大的区域，同时运用在车身前端，起到碰撞吸能的效果。强度相对更高的先进强度钢运用比例为35%，用于车身骨架中载荷较大、较关键的部位，如A、B柱加强板、前舱纵梁等，主要起到承载作用。同时，也提高了车身强度，起到抵抗碰撞变形的作用。超高强度钢板运用比例为10%，主要用于车身碰撞时首先与车身接触的部位，如前后防撞钢梁，起到强化车身正面、侧面及后部边界的作用。经过设计师一系列的碰撞性能设计，风神AX7得到了C-NCAP碰撞测试的五星评价。

除了保证安全性，设计师在车身轻量化设计的过程中还必须考虑车辆的NVH性能，即噪音、振动和平顺性三项标准，这关乎车辆乘坐时的舒适感，同样不能大意。因此，汽车轻量化的背后，车身设计师更是付出了巨大的心血。只有精益求精的设计方案才能够有效利用各种材料，调配出兼顾轻量化、成本与性能并重的车身。

生产制造工艺

奇瑞在报告中介绍了其“V字型”整车开发流程，由整车性能目标、系统目标、零部件目标层层深入，以各个部件的性能目标来实现对整车开发性能目标的呼应。而随着汽车生产向平台化、模块化发展，供应商会直接将部件作为模块来供应。因此奇瑞工程师指出，轻量化应该从供应商体系中做起。

长安汽车与宝钢的合作关系已有数年之久，合作内容也全面深入。宝钢除了供应材料以外，还加强液压成形、热压成形、辊压成形等新工艺的售后服务，长安也因此减少了开发费用，控制了整车成本。如逸动Hybrid的高强钢侧围门槛加强件采用辊压成形技术，减重4.08kg，成本却下降了12元。使用高强钢的B柱加强件采用热成形工艺，减重3kg，成本下降10元。

而汽车制造商的生产工艺在汽车轻量化中也有着举足轻重的作用。根据不同的材料采用不同的制造工艺，才能令材料发挥轻量化的作用。自主品牌大量采用高强度钢，因此激光拼焊、辊压成形、热成形等工艺被广泛运用到生产中。如江淮瑞风S5在B柱加强板和门槛加强板上采用热成形技术、在发动机舱前后纵梁上采用激光拼焊板。

我们欣喜地看到，国内自主品牌汽车已经将先进的轻量化制造工艺运用到了量产的车型中，并且这些车型已经推向市场，在安全性方面也有着不俗的成绩。而我国汽车企业能够走上自己的轻量化道路，除了企业自身的努力，还离不开汽车轻量化技术创新战略联盟的努力。

汽车轻量化技术创新联盟成立于2007年12月，成员包括行业机构、高等院校、材料企业、整车企业等。这些单位积极投身于汽车产业技术进步，致力于在汽车企业与科研机构、高等院校、上下游产业之间建立产学研合作新机制，实现联盟成员的共同发展。联盟举办“2014中国轻量化车身会议”正是为国内汽车企业搭建了技术交流的平台，通过企业间互相分享轻量化开发经验，促进企业共同成长。此外，联盟还积极开展汽车轻量化技术规范体系研究和标准制定工作，服务于全行业汽车轻量化技术的发展。

因此，我国自主品牌在轻量化的发展方面拥有着独特的优势——行业间的协同合作和跨行业的集成。对自主品牌而言，轻量化的创新贵在坚持。通过材料、设计、工艺三方面的努力，自主品牌兼顾车辆的性能与成本，正走上一条属于自己的轻量化道路。

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