1.1、《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》強(qiáng)化輕量化重要性

“碳達(dá)峰”、“碳中和”指引下，我國力爭于 2030 年前控制二氧化碳的排放達(dá)到峰值，2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和，汽車產(chǎn)業(yè)是推動(dòng)節(jié)能減排的重要領(lǐng)域。中國汽車工程學(xué)會主導(dǎo)修訂的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖 2.0》圍繞著產(chǎn)業(yè)總體+9 大技術(shù)發(fā)展方向制定了“1+9”技術(shù)路線圖，主要圍繞著節(jié)能汽車、純電動(dòng)與插電混動(dòng)、氫燃料電池、智能網(wǎng)聯(lián)、動(dòng)力電池、 輕量化、智能制造等多個(gè)分支。根據(jù)技術(shù)路線圖，輕量化領(lǐng)域以完善高強(qiáng)度鋼應(yīng)用體系為重點(diǎn)，中期以形成輕質(zhì)合金應(yīng)用體系為方向，遠(yuǎn)期以形成多材料混合應(yīng)用體系為目標(biāo)。對于輕量化系數(shù)總體目標(biāo)，要求 2025 年/2030 年/2035 年燃油乘用車輕量化系數(shù)分別降低 10%/18%/25%，純電動(dòng)乘用車輕量化系數(shù)分別降低 15%/25%/35%。

燃油車方面，輕量化系數(shù)降低將有利于整車油耗的降低。汽車整備質(zhì)量每減少 100kg，每百公里油耗可降低 0.3—0.6L(二氧化碳排放可減少約 6-14 克/公里)，以 5L/100km 為標(biāo)準(zhǔn)，可以降低油耗 6%-12%，因此對于傳統(tǒng)能源乘用車，輕量化技術(shù)將有效減少油耗，有利于油耗標(biāo)準(zhǔn)的達(dá)標(biāo)。

新能源汽車方面，提升續(xù)航里程，減少電池成本是輕量化的重要貢獻(xiàn)。由于三電系統(tǒng)等增量零部件的原因（三電系統(tǒng)增重約 200-300kg），同級別的新能源汽車整備質(zhì)量要高于燃油車，當(dāng)前純電動(dòng)車受到續(xù)航里程短、充電時(shí)間長的瓶頸問題困擾，對于輕量化系數(shù)優(yōu)化 的需求更加強(qiáng)烈。汽車整備質(zhì)量每減少 10%，續(xù)航里程將提升 5-6%，以整備質(zhì)量 1500kg、續(xù)航500km的新能源汽車為計(jì)算基準(zhǔn)，汽車整備質(zhì)量每減少150kg，續(xù)航里程提升25km。除此之外，輕量化趨勢下，整車的制動(dòng)性能、加速性能以及最大時(shí)速等動(dòng)態(tài)參數(shù)也會得到 較好的表現(xiàn)。

1.2、汽車輕量化是綜合安全性、力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)性的系統(tǒng)工程

輕量化目標(biāo)零部件分為簧上零部件質(zhì)量+簧下零部件質(zhì)量，其中車身結(jié)構(gòu)件、座椅、乘員等質(zhì)量均屬于簧上質(zhì)量，底盤結(jié)構(gòu)件、車輪等屬于簧下質(zhì)量。評判整車的輕量化系數(shù)主要由白車身骨架質(zhì)量、車身靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度以及由軸距和輪距決定的白車身投影面積決定。提升輕量化系數(shù)的實(shí)質(zhì)是在不影響靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度（決定了汽車安全、NVH 表現(xiàn)、剛度等性能指標(biāo)）甚至提升靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度的前提下減少單位面積的白車身骨架質(zhì)量（其中白車身骨 架質(zhì)量不包含前風(fēng)擋、四門兩蓋覆蓋件、副車架等，僅包括白車身框架結(jié)構(gòu)）。因此，汽車輕量化不是簡單地減少重量，而是綜合汽車耐撞性、剛度強(qiáng)度性能、安全性、經(jīng)濟(jì)性的系統(tǒng)工程。

優(yōu)化輕量化系數(shù)的主要措施包括：

（1）采用輕質(zhì)的混合材料。當(dāng)前的探索方向主要包括先進(jìn)的高強(qiáng)度鋼、鋁合金、碳纖維復(fù)合材料，替代主流低碳鋼，可以分別減重 25%/40%/60%。近期目標(biāo)完善高強(qiáng)度合金鋼體系，遠(yuǎn)期形成多材料混合應(yīng)用體系。碳纖維復(fù)合材料有高性能和低密度的 輕量化特點(diǎn)，但是還處于技術(shù)探索階段，技術(shù)和成本沒有達(dá)到平衡，因此近五年或 成為鋁合金的快速滲透階段。根據(jù) DuckerFrontier 預(yù)測，北美單車鋁凈重量 2030 年可能達(dá)到 570 磅（259kg），以 F-150 為例，占整備質(zhì)量的 10%左右，鋁凈重量主要包含鋁板、鑄造、擠壓等工藝，其中鑄造占比達(dá)到鋁凈重量的 56%。根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測，2025 年國內(nèi)新能源單車鋁用量也將達(dá)到 300kg。

（2）優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過局部加強(qiáng)設(shè)計(jì)、提升環(huán)狀路徑接頭結(jié)構(gòu)的封閉性，可以有效提升閉合型腔的斷面力學(xué)性能，改善車輛剛度表現(xiàn)，從而有利于輕量化系數(shù)的優(yōu)化。如一體壓鑄技術(shù)可以減少焊接部位，提升整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，改善輕量化系數(shù)。

（3）優(yōu)化車身整體布局形式。如采用承載式車身取消車架、減薄車身板料厚度、在適合的區(qū)域增加減重孔等措施均有助于車重的大幅度降低。

1.3、底盤與車身結(jié)構(gòu)件將率先實(shí)現(xiàn)一體化壓鑄

特斯拉 Model Y 率先于 2021 年 3 月推出一體壓鑄后底板，70 多個(gè)零部件減少至 2 個(gè)， 相較于傳統(tǒng)沖壓焊接工藝在成本經(jīng)濟(jì)性、工藝流程和生產(chǎn)節(jié)拍、材料利用率等方面具備較強(qiáng)優(yōu)勢，形成了示范效應(yīng)，并計(jì)劃拓展到前底板、前圍模塊甚至中底板。國內(nèi)蔚來、小鵬、 理想陸續(xù)跟進(jìn)，沃爾沃、奔馳相關(guān)外資也陸續(xù)推進(jìn)一體壓鑄廠房改造和底盤一體化結(jié)構(gòu)件的推出。一體化壓鑄適用的零部件主要有車身結(jié)構(gòu)件和底盤結(jié)構(gòu)件，車身結(jié)構(gòu)件+底盤結(jié) 構(gòu)件的輕量化，將實(shí)現(xiàn)簧上+簧下重量的同步減重。

車身結(jié)構(gòu)件：車身結(jié)構(gòu)件質(zhì)量占汽車整備質(zhì)量的 20-30%，是一體壓鑄輕量化的重點(diǎn)區(qū)域。車身結(jié)構(gòu)件、車身加強(qiáng)件、車身覆蓋件共同構(gòu)成汽車框架，其中車身結(jié)構(gòu)件包括前后總成、 A/B/C 柱、左右減震器懸掛部分、左右縱梁、橫梁、上邊梁等零部件，起到支撐承載的作用，是支撐車體的“骨骼框架”。主流的車身結(jié)構(gòu)件由普通鋼、高強(qiáng)度合金鋼、鋁合金、 鎂合金、合成材料等不同材料組成，鋼的占比較多，鋁用量受到限制主要因?yàn)殇X的焊接性能較差。零件之間連接方式包括焊接、螺接、膠接、鉚接等拼接方式，焊接方式居多，但是鋁制零件由于易氧化產(chǎn)生氧化鋁、膨脹系數(shù)大易產(chǎn)生焊接變形，因此鋁制零件不易焊接，而采用一體壓鑄鋁件可以減少過多的焊接點(diǎn)，從而避開焊接點(diǎn)過多可能產(chǎn)生的問題。

由于車身結(jié)構(gòu)件起到了支撐和抗沖擊的作用，是整車碰撞安全的重要保障，因此在進(jìn)行車身結(jié)構(gòu)件輕量化的同時(shí)，還需要“因地制宜”，即不同區(qū)域的零部件要求不同，采用的材料也應(yīng)該有所不同，未來車身結(jié)構(gòu)件的趨勢是混合材料車身，在力學(xué)性能、輕量化和成本方面達(dá)成平衡。尤其是車身結(jié)構(gòu)件減重的同時(shí)務(wù)必保障 C-NCAP、C-IASI 涉及的碰撞試 驗(yàn)要求，因此我們認(rèn)為，鋁壓鑄零部件暫時(shí)不會滲透到前保橫梁、A/B 柱加強(qiáng)板、中央通道等采用熱成型工藝加工而成的超高強(qiáng)度合金鋼，該部分安全結(jié)構(gòu)件的拉伸屈服強(qiáng)度需要高達(dá) 1000-1250Mpa。

底盤結(jié)構(gòu)件：底盤結(jié)構(gòu)件占汽車整備質(zhì)量的 27%，承載了 70%的車體重量，是簧下質(zhì)量 （懸掛系統(tǒng)中的彈性元件支撐的零部件，包括副車架、車輪、彈簧、減震器等）的重要組成部分。汽車簧下質(zhì)量越小，則地面給予汽車的運(yùn)動(dòng)慣性反饋更小，讓汽車懸掛擁有更好的動(dòng)態(tài)相應(yīng)和操縱性能，因此簧下質(zhì)量一直是汽車輕量化的重要區(qū)域。底盤結(jié)構(gòu)件中前后副車架、控制臂、輪轂、轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向器殼體等零部件是以鋁合金為主，其中采用鋁壓鑄工藝的主要有副車架、轉(zhuǎn)向器殼體等零部件。