一体式压铸、以铝代钢……车身轻量化关键技术你了解多少？

很长一段时间内，“车身越重越安全”的普遍认知在部分中国消费者心中根深蒂固，认为车重和车身的强度挂钩，车身轻则意味着不抗撞。不过，随着汽车走进千家万户，人们对汽车的认知也在逐渐发生转变，越来越多人意识到，汽车安全主要由车身结构、车身材料所决定，而并非车身重量。

既然在保证车身强度的基础上，车轻或车重并不会影响安全性，那么各大主机厂和零部件企业都在研究车身轻量化就不难理解了——轻量化带来的优势显而易见。首先，车身减重后，操控将变得更灵敏，制动距离也会相应地缩短。另一方面，在节能减排的号召下，轻量化显著地降低了车辆的能耗，研究显示，燃油车车重每减少10%，油耗就能降低7.5%-9%；电动汽车车重每减少10%，续航里程就能提高5.5%。可见，无论对于油耗还是电耗，轻量化都是降低能耗的有效途径。

从特斯拉看热门的车身轻量化技术

工艺、材料和设计是车身实现轻量化的三大途径。我们不妨结合市场上的这些量产车型，来看看主机厂如何在底盘和车身上成功实现减重的。

从工艺来看，提及轻量化，特斯拉是最具话题性的，因为多项轻量化技术都是特斯拉率先引入行业的。首当其冲就是一体化压铸，2019年特斯拉首次提出一体化压铸技术，2020年将这一技术应用在Model Y上。特斯拉通过大吨位压铸机将单独、零散的零部件高度集成后一次成型压铸成大型车身结构件。相较于传统的冲压焊接，一体化压铸的优势在于降本增效，因为其无需先冲压出零部件，再经焊接和总装后制作成结构件，而是直接将零部件一次压铸成型，省去了中间的步骤。

当然，一体化压铸不仅只是提高效率，降低成本，在车身减重方面也带来极大的优势。采用一体压铸技术可使车身减重约10%，由此续驶里程提升约14%。在特斯拉之后，大众、奔驰以及蔚来、理想、小鹏等都纷纷跟进尝试采用这种工艺。

材料方面，特斯拉的全铝车身也是其引以为豪的轻量化技术。Model S和Model X这两款高端车型完全用铝取代了钢材料，不仅是车身，前后悬架中的大部分材料也采用“以铝代钢”。相比钢材料，铝的密度更低，一辆钢制中型汽车的白车身重量约为300-400公斤，采用铝合金车身可以降低30-40%重量。目前，铝车身由于造价昂贵，只能用于一些高端车型，不过其减重效果非常显著，相信随着工艺的优化，将铝成本降下来后，更多铝材料的车身会逐渐应用于中低端车型。

在主流车型上，特斯拉则采用了钢铝混合金属材质，高强度钢具有疲劳寿命长、吸收碰撞能力高、强度高、弹性变形面积大等优点；铝材料本身具有更好的金属延展性，吸能能力高于传统钢材，同时还能保证车身减振、散热等性能。通过钢铝混合应用，特斯拉在轻量化、车身强度和成本上达到平衡。

从结构设计的角度来看，特斯拉通过优化车身结构来极尽可能地实现减重。比如在Model S上，取消了空气室下板，用塑料板代替钢制空气室下板进行流水，不仅增加了内部的布置空间，还达到减重40%的效果；特斯拉还采用无框车门的设计，相比辊压车窗和冲压车窗均明显减重。

还有哪些车身轻量化途径？

传统车企在轻量化方面的一些创新也是不容忽视的。例如宝马是最热衷于用碳纤维替代金属材料的车企。宝马早在2013年上市的纯电动车I3，就率先在量产车中使用碳纤维复合材料（CFRP）单壳体车身。碳纤维的强度比钢整整高10倍，但重量只有钢的四分之一。在此之前，只有超跑会将碳纤维复合材料和铝合金用于车架骨格的关键部位。宝马I3(图片|配置|询价)的白车身重量仅为138.1kg，作为对比，尺寸相近的马自达2白车身重量为228.1kg,宝马I3的轻量化效果非常显著，减重约40kg。

奥迪也在轻量化上有一些独特的设计。比如，在旗舰轿车奥迪A8(图片|配置|询价)上，体现了奥迪ASF(Aluminum Space Frame)铝合金框架的设计理念，车身框架大部分是由铝合金打造，相比传统的钢结构为主减重40%，新款A8的白车身重量仅为241公斤。

在另一款高端车型奥迪Q7(图片|配置|询价)上，奥迪将高抗拉强度钢和铝合金材质的结合应用几乎做到了极致。Q7车身的41%使用了铝材料，前端、后端、舱位外壳、前挡泥板、前舱盖和后舱盖都用铝合金代替了钢合金。Q7的车身骨架运用了热压工艺，在舱内的主要框架中，对强度要求较高的零件，采用了热压钢板。将钢板加热到900℃，在其软化后进行冲压加工，同时注入模具，在与模具接触时利用冷却效果进行淬火。奥迪的热压工艺实现了超过70公斤的减重，再结合上述提到的铝合金的应用以及其他工艺和设计，奥迪Q7最终实现了惊人的300公斤减重效果。

省油一直是日系车的特色，这很大程度归功于日本车企对轻量化的探索。比如马自达通过采用1800 MPa极高张力钢板(UHTS)大幅提高了高张力钢板使用率，优化车身结构，在其创驰蓝天架构中实现减重8%，并且强度提升30%。

麦格纳对车身和底盘轻量化的探索

在“3060”双碳目标下，低碳化发展已经成为我国汽车产业的核心课题，轻量化是实现低碳的有效途径，上述提到那么多主机厂的轻量化技术，其中当然也离不开零部件企业的参与。

以麦格纳为例，麦格纳日前举办了一场线上直播，从材料、工艺和设计三大方向，展示了其车身与底盘系统事业部在轻量化方面的探索。

据麦格纳的专家介绍，轻量化材料主要指采用高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维等轻量化材料代替普通钢材料，通过降低材料用量或降低密度实现减重；轻量化工艺主要指发展一体化铸造、激光拼焊、液压成形、轻量化连接等制造工艺，通过减少零部件或连接件用量实现减重；轻量化设计主要指通过计算机自动化设计软件和力学理论对现有零部件进行尺寸优化、形状优化和拓扑优化，从而实现产品减重。

围绕上述的这些轻量化途径，麦格纳重点介绍了其车身与底盘事业部打造的五种具有代表性的轻量化解决方案。

从材料上来看，麦格纳的理念是扩展轻质高性能材料的应用，目前采用主流的用铝、碳纤维等多材料来替代钢材料，以达到车身减重的效果。比如麦格纳的高压铸铝副车架，相比钢制副车架，减重可达20%~30%左右；

麦格纳与福特合作的碳纤维复合材料副车架则更进一步，原钢制车架的重量是26.3KG，优化后的铝制车架重量是21.1KG，而碳纤维复合材料副车架重量仅为18.8KG。

从工艺上来看，麦格纳的理念是最大化地简化工艺流程。比如麦格纳的热成形一体式门环，根据车身设计的强度和刚度要求，通过激光焊接技术把不同厚度、不同材料的薄钢板焊接在一起，之后再进行热冲压。相较于传统的门环设计，可实现减重20%，并且降低零件综合成本，简化制造流程。

一体式高压铸铝近两年很热门，而麦格纳其实很早就开始研究这一领域，早在2012年，就将铝合金铸造加入工艺解决方案中。麦格纳的高压真空铸造技术名为HighQ-Cast™，通过该工艺制造的铝铸件大幅减少了车辆内的零件数量。在零件的整合下，整体重量减少高达25%。目前，麦格纳一体式高压铸铝主要产品包括：前后底板，电池盒体，前副车架等。

从设计上来看，麦格纳的五空腔单元防撞梁是一个独特的结构设计。据介绍，传统的铝型材防撞梁截面一般有日字型和目字型。而麦格纳的五空腔单元结构在设计上实现空腔大小可自由调整，壁厚也可连续的自由组合。在满足同样的碰撞性能的条件下，因具有更强的抗弯能力，利用的空间更加紧凑。通过多参数优化壁厚和空腔大小，使得截面具有更高的抗弯能力，从而实现减重，相比传统截面的防撞梁减重达到了15%。

写在最后

无论在当下还是未来，轻量化毫无疑问将是构成汽车核心竞争力的关键因素。从国家政策、行业需求到终端体验，通过轻量化方案来提高车辆节能效率、提升电动汽车续航能力都已经是大势所趋。

对于车身轻量化的探索，零部件供应商起到重要的推动作用。正如麦格纳专家介绍的那样，零部件供应商设计团队参与项目的时间点非常关键，如果能够更早参与到主机厂客户的项目，就能为客户提供更多的轻量化设计及优化思路。今后，麦格纳也将持续探索实现轻量化的途径，在第三代高强度钢、新型可持续铝合金、智能MIG焊接、热成型快速淬火技术、AR产品检测等领域投入研发，在经济性、安全性和舒适性等方面赋能轻量化技术发展。