轻量化 一道留给汽车制造业的必答题
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发布时间：2022-04-28 23:26
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时间：2022-06-25 08:01
我们都知道在现如今愈来愈多的车企都在自己的发展目标当中提出了这样的一个发展路线，那就是将汽车逐渐轻量化。然而汽车轻量化并不仅仅是我们大家传统认知上的汽车车身减重。当然！车身的减重自然也是其中较为重要的一个环节。实际上汽车轻量化指的是在能够保证车子质量以及性能的情况下，来对车子的整体的重量来进行减压，从而让车子变得更加轻便。如此一来车子无论是在行驶提速的时候，又或是对平时车子的油耗、性能都能够得到大幅度的提升。
如今，在全民节能降耗的大背景之下，尤其受今年以来国六排放标准逐步推行的影响，汽车轻量化被赋予了更加重要的意义。
现实比我们想象中更严峻
从汽车行业当前特点看，如果单纯依靠设计的优化已不能满足环保上低耗与减排的要求，所以从行业发展趋势上看，汽车车身的轻量化已成为未来发展的必经之路。
相关研究表明，车身重量与排放有一定联系。若燃油汽车质量每下降10%，油耗将下降8%，排放将下降4%，车辆质量每下降100kg，二氧化碳排放将减少5g/k。车重若每减轻25%，能使汽车加速的时间从原来的10s减少到6s，轻量化的汽车在较低的牵引负荷状态下将会表现出同样的或者更好的性能。
该观点新能源汽车领域一样适用。因为新能源车的电池与燃油比能量差距巨大，电池组重量一般会比燃油发动机重量高2倍以上，目前电动商用车的电池系统重量通常占车辆总重的 10%~15%，而乘用车占比高达20%~30%，这直接导致电动汽车相比传统燃油车会增重30%~40%。但如果纯电动汽车整车重量能降低10%，那么平均续航里程将会增加 5%~8%，同时损耗成本也可相应下降。
所以，无论从传统汽车的减排还是从新能源汽车增加续航的发展趋势看，轻量化都是一个有效的手段。
然而车企虽然整天把轻量化挂在嘴边，但是现实比我们想象中更严峻。这一点从*在2012年公布的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012—2020年)》就能看出些问题。根据当时的计划，希望到2020年，生产的乘用车平均燃料消耗量降至5.0升/百公里，节能型乘用车燃料消耗量降至4.5升/百公里以下。但现在看来，当时的目标明显太过乐观。个中的原因与发动机技术升级不够理想有关，但肯定和轻量化推进不够理想也有关系。
镁合金是最佳解决方案吗？
几乎所有的企业在针对汽车轻量化的难题时，首先都会从车身框架的角度去试图找到解决方案。因为车身框架所占的总量与面积比重最大，而且比较方便主机厂进行车型卖点传播。
目前看，镁、铝合金是汽车进行轻量化的两大理想材料。据美国铝学会报告，如果汽车每使用0.45Kg铝，可使车身减重1Kg。以白车身为例，如果将铝合金代替钢和高强度钢，其车身重量为230kg，最高可减重40%。不过镁合金在减重上性能更优，由于其重量约为铝合金的2/3，仅为153kg，其减重比例可超50%。
不仅体现在重量上，镁合金还具备密度小，比强度、比刚度高，抗震、易回收和易加工等优势。对比等质量且具有近似界面构件的各金属比刚度，镁合金是钢的18.9倍，铝合金的两倍有余，位列三大轻量化金属的首位。
看起来，镁合金材料或许是汽车轻量化最为直接的有效解决方式。但是目前世界镁产量整体下降(我国产量最大，但受制于环保限产)，用全镁合金替代整个白车身不现实，但部分、逐步替代的思路仍然可行。
当前镁合金制造成本的逐步下降，而加工工艺也有所突破，使其应用领域越来越广，需求也有增加，不过目前汽车市场仍是其保持增长的主要推动力。据2016年统计数据显示，我国的汽车平均用镁量约3kg左右，相较于北美的汽车平均用镁量在10kg相距甚远。目前我国汽车用镁还主要停留在汽车方向盘领域，未来仪表盘支架、汽车轮毂、汽车大灯支架等潜在的渗透空间巨大。
据我国汽车轻量化技术路线规划看，2020年、2025年和2030年中国单车用镁量需要分别达到15kg、25kg和45kg。若2030年单车用镁量需要达到45kg(2016年仅3kg)，2030年汽车用镁量有望达到172万吨。
我们用倒推的方法测算，白车身全铝合金重量约为230kg，减重效果40%左右，则采用高强度钢的白车身重量约为383.3kg(230/0.6)。单车用镁量若为45kg，则占比为11.7%(45/383.3)，大于碳纤维用量。从产量看，全球镁产量主要在我国，而由于环保限产，所以整体产量肯定小于铝合金，因此白车身用料主要以铝合金为主。
但从增长性看，2030年单车用镁量较2016~2020年初步规划将增长3倍(45/15)，而铝合金用量增长不到2倍(350/190)。所以从增长幅度和占比看，汽车轻量化将大幅带动镁合金及相关镁金属产业快速增长。机会较为确定。
铝合金的优缺点也很明显
说完了镁合金，我们再来谈谈铝合金。铝合金是一种在各行各业都广泛使用的基础材料。即便在汽车制造业，铝合金也不光是应用在车身设计上，在一些关键零部件像发动机、底盘都在大量采用铝合金部件。虽然铝合金在绝对重量上与镁合金相比不占优势，但是铝合金使用场景的广泛性比镁合金更突出。
2018款奥迪A8放弃了全铝车身
汽车行业对于全铝车身的研发，最早竟然可以追溯到80年代。来自欧美日等很多汽车厂家都与铝业公司合作研发，大家都想在铝车身结构上有所突破，但是这其中的困难似乎比预料得还要多。到了1995年的时候，奥迪率先实现了铝车身的批量生产，但是好景不长，由于成本的因素，没能坚持下去。
汽车制造业发展到今天，铝合金材料车身的应用比例虽然是不断的提高，但是有勇气采用全铝合金材料造车身的还是凤毛麟角。比较有名的捷豹全铝车身来到中国也是变成了钢铝混合，宾利添越作为天价豪车当然是消费得起全铝合金，但是车身一旦出现撞击就无法常规修复。铝合金车身技术的不断发展，虽然成本有所降低，但距离全面推广普及还是十万八千里。
而全铝车身最大的问题就在于“成本居高不下”。所以我们才看到只有宾利添越这种级别的豪车才敢大胆的使用全铝车身。造车新势力领头羊蔚来旗下的纯电动SUV ES8也采用了全铝车身，售价在45万以上。对于这些高价位的车型来说，全铝车身除了轻之外，能够提高车辆的抗腐蚀的能力，同时可以设计出更加好看和平滑的车辆曲线，实现更高的车身刚性和抗扭性能。
在安全的系数上面也得到进一步的提高，再者对于车辆而言，采用全铝的车身，也可以作为自身的一大销售的亮点，提高自身的市场竞争力度，目前市场上面采用全铝的车身车辆还是比较少的，对于这样的车辆而言自然在宣传和销售上面能够达到耳目一新的感觉，同时也能够提高自身的市场的竞争力。
不过，全铝车身的缺点也十分明显。车辆发生碰撞后，也会带来更加费时和昂贵的维修成本，车身凹坑通过传统的打腻子喷漆来修复及其轻微的伤，我们也无法把较大的凹陷敲击平整。因为铝合金材质的弹性小，生产的时候是在受热过程中发生形变定型的，但是却很难二次定型，凹坑敲击后会由于金属的延展性而变得面积扩散，几乎无法修复。由于铝板的厚度比钢板厚，强行进行修复会导致铝合金表面涨裂。对于铝合金件受损，只能将变形部位切割，整体更换，这对于豪华车来说简直就是灭顶之灾，转手出售的时候肯定会当成事故车了。
百姓评车
若把全铝车身作为未来汽车轻量化的发展路径，笔者认为这过于理想化。轻量化的目的不是为了牺牲安全性，反而是要在保障安全性的基础上实现轻量化。从这个角度上来说，铝合金或者镁合金材料才是未来汽车车身轻量化发展的必经之路。这既能保证标准之上的使用安全，又能在一定程度上减轻车身重量。
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