迈向汽车强国之路

技术路线图对轻量化系数的目标指引

汽车轻量化的三大困境

 - 1. 如何兼顾轻量化与安全性- 

    目前公认的方法是从设计、材料、工艺三个方向出发，在减重的同时保证汽车良好的安全性[4-5]。中国汽车工程学会顾问、专家委员会主任陈一龙认为“设计是龙头，材料是基础，工艺是桥梁”。

    优化设计，一方面可以通过零件组合,运用模块化减重; 另一方面进行拓扑优化分析,利用精确算法合理优化零部件的尺寸和形状，从而达到提升功能、减重的效果[6]。特斯拉Model S采用了不同的车身设计，取消了空气室下板，由塑料件代替下板流水，减重效果达40%；车门无窗框设计相比于冲压窗框减重65%。

    新材料的使用方面，在钢铁仍是主流材料的情况下，铝合金、镁合金、碳纤维复合材料等汽车材料多元化发展。2013年上市的宝马i3是首款大批量生产的使用碳纤维车身的车型，总重近138kg；2017年上市的蔚来ES8是国内首个独立研发并量产的轻量化全铝车型，铝材含量达96.7%；上汽大众ID3的塑料尾门减重3kg。

    工艺的改进，主要包括成形技术和连接技术。高强钢的先进成形工艺如热成形门环、热气胀成形、超高强钢3D辊压成形、热成形软区等，可提高材料利用率，实现轻量化，车身碰撞性能。焊接技术的进步，比如激光焊工艺也可以减轻重量的同时，使车的密封性更好。特斯拉Model 3车身有70个组件，使用车身一体化压铸后的Model Y 车身只有2个组件。

 - 2. 国内与国外的差距 - 

    相比于国外，我国的汽车轻量化水平严重落后。以电动车为例，我国电动乘用车相比国外普遍偏重10%-30%，电动商用车普遍偏重10%-15%，这些负担一直在挤压汽车的续航里程[7]。

    这是因为，我国关键材料和零部件落后于人。一方面，目前我国新材料产品面临着低端过剩、高端不足的局面，前沿新材料技术有待突破，部分产品需依赖进口。另一方面，我国汽车零部件发展落后于整车发展，面临着关键核心技术缺失、外资品牌占据核心零部件产品市场等问题。[8]

 - 3. 产品升级与成本增加的矛盾 - 

    目前，我国在汽车的材料、设计和工艺等汽车轻量化方面已经有了很多突破性的进展，但一些技术的创新是否会造成生产成本的增加呢？如何在低成本的前提下实现汽车轻量化成为了许多专家关注的问题。

      汽车轻量化如果没有形成统一的工业体系和成熟的制造工艺，生产成本就降不下来，理论上的量产实际上只是一个概念。例如，碳纤维材料在轻量化汽车材料中占有绝对优势，但目前车用低成本碳纤维及其中间体材料产业链的缺乏、碳纤维汽车的维修等都是待解难题[9]。其中，高成本问题是最大的阻碍。使用碳纤维车身的宝马i3于2022年彻底停产，生命周期只有8年半，共卖出25万辆。

Tinius Olsen助力汽车轻量化

    要在汽车的安全性、耐用性、成本和重量之间保持平衡，汽车材料的强度和延展性是重要因素，因此汽车材料的机械性能检测至关重要。

    天氏欧森的万能材料试验机可以对金属/非金属的汽车材料进行静态下的机械性能测试，包括拉伸强度测试、剪切强度测试、压缩强度测试、弯曲强度测试、抗压入和破裂性能测试、撕裂强度测试、剥离强度测试等，从而检测产品的耐用性、稳定性和安全性等。

    电池也是新能源汽车轻量化的关键因素，电池盒减重也成为了新能源汽车轻量化的热点。新能源汽车的电池系统的外壳需要满足：（1）提供长期的机械性能（扭转、模态和弯曲刚度），保护电池免受腐蚀、电气短路等侵害。（2）在发生碰撞时，物理上保护电池系统不被挤压。（3）保持电池单元在理想的热工作范围。

    天氏欧森的万能材料试验机可以对电池进行压缩测试，从而保证在轻量化的同时保证电池的性能。