2021车身大会 | 沈卫东：轻量化技术在车身研发中的应用

2021年3月23 -24日，由加斯帕主办的“2021中国体大会”隆重举行。本次会议围绕车辆轻量化、车辆安全法规、车身结构设计、先进车身材料、仿真技术、模块化车身结构等行业焦点话题展开。并对产业发展提出建议。会议期间，上汽大众产品管理高级总监、教授级高级工程师沈卫东发表了《轻量化技术在车身研发中的应用》主题演讲。

上汽大众产品管理高级总监、教授级高级工程师沈卫东。

以下为演讲实录:

尊敬的来宾和专家们，早上好。非常感谢邀请，很高兴也很荣幸能和大家分享。我的题目是“轻量化技术在车身研发中的应用”。

今天的报告主要有三个内容:首先简单介绍一下技术背景，其次和大家分享一下轻量化技术在汽车车身研发中的应用，最后是技术展望。

刚才，盖世汽车研究院高级分析师颜路谈了很多关于中国汽车未来发展的问题。软件定义汽车时代，突然想到在新员工迎新年的时候，一个95后的员工问了我一个问题:在汽车现代化飞速发展的时代，汽车车身研发应该怎么做？我能怎么做呢？按照习惯思维，我们的车身研发属于传统技术领域，新四化是未来发展的技术领域。那么如何做好车身研发中新兴和传统技术领域的交叉和发展，是我们面临的问题。

其实车身研发有很多事情可以做，比如轻量化技术。随着中国改革开放的发展，人们的生活水平有了很大的提高，人们从来没有如此关注环境和安全。众所周知，我们国家对节能减排的要求非常高。除了国家安全规定，还有很多消费者测试标准，其中一些标准实际上已经超过了欧洲标准。因为安全标准那么多，车身上会采取很多加强措施，而这些措施会带来车身重量的增加。车身轻量化的任务也很艰巨。国家节能与新能源汽车技术路线图已经明确了目标。预计2035年燃油乘用车轻量化系数降低25%，纯电动乘用车轻量化系数降低35%。

另一方面，我国实行双积分政策，不仅要求新能源车，还要求传统燃油车。车重减轻10%，燃油效率可提高6%-8%，车重减轻100 kg，二氧化碳排放量可减少5 g/km左右。此外，我们现在已经进入了全面拥抱新四化的时代。新能源汽车和纯电动汽车就在我们身边，新能源汽车的重量一般比传统燃油汽车高30%。新能源汽车如果减重100 kg，续航里程可以提高10%-11%，电池成本和其他日常损耗成本可以降低20%。同时，大家都很清楚，加速性能、操作性能、安全性能都可以通过轻量化技术来提升。由于车身占整车重量的30%左右，车身的轻量化是一个永恒的主题。

如何实现车身轻量化，有哪些技术路径？所有专家都清楚，首先，使用轻质材料是为了满足对轻质材料的需求。第二，优化车身结构，减少零件数量或把不必要的零件做薄，从而优化结构，减轻重量。第三，创新制造技术，达到轻量化的效果。

从轻量化技术路线图来看，目前提高高强度钢是重点，中期形成轻量化合金应用的方向，以及……目标是长期形成多材料混合应用系统。我来和大家分享一些轻量级的技术案例:

最重要的技术路径是热成型技术，已经存在很多年了。上汽大众首款MEB纯电动汽车ID.4 X大量使用屈服强度为1300Mpa至1500Mpa的热成型钢梁，比重超过28%。此外，77.7%采用高强度铁钢板，座梁也采用超高强度热成型钢，屈服强度1900Mpa。

还有一种常见的途径是通过替代材料来实现轻量化需求。铝最近成为一种关键的替代材料，因为铝具有良好的强度和韧性，密度低，从而实现了车身的轻量化需求。目前汽车常用的铝合金车型有6系、7系和5系。铝合金材料的应用其实是一个整体的开发体系，不仅包括结构设计，还包括耐腐蚀、测试、各种制造和连接工艺。铝合金车身应用主要有三种:铝冲压件、铝挤压件、铝压铸件，应用于车身地板件、四门二盖、电池组等车身部件。

铝冲压是一种常见的技术。和传统钢材相比，其实工艺很像，包括设计和图纸模拟，最后成型。铝冲压的原理和钢冲压的原理基本相似。设计完成后进行模拟，最后冲压，包括落料、拉延、切边。但是，与传统钢材有两点不同。一个是延伸率比钢低，成型时更容易开裂。另一个是铝的杨氏模量只有钢的三分之一，这使得它在成型过程中更有弹性。这两个方面都需要分析和考虑。以铝制车门为例，将总成的内板、加强板、外板全部分解，可以得出一个结论:钢制车门总成的重量一般为70-80 kg，采用铝制工艺，减重可达30-35%。

铝压铸，压铸是液态成型工艺，其工艺更适合形状复杂、壁薄、型腔深的零件。比如SAIC-大众的辉昂前轮罩就采用了这种工艺，如果用传统钢材的话会很重，而铝压铸的重量只有4.2 kg，不仅大大减轻了重量，还提高了强度。此外，电池组外壳采用铝压铸而成，重量仅为17 kg。

还有常见的铝型材。以ID.4 X挤压铝合金门槛为例。有了这样的零件，在纯电动汽车的应用中，侧柱碰撞时碰撞能量可以主要消耗在门槛处，可以保护电池组免受冲击变形。

铝挤压的基本过程是挤压成型是一种实体成型。它实际上是利用实体型材通过模具实现挤压，最终完成一个零件。挤压工艺适用于截面形状一致的零件，如门槛、纵梁前部、保险杠等。

在车身轻量化方面，也有一部分是如何让电池组外壳轻量化，主要是使用铝型材，通过各种工艺达到减重的要求。

铝合金零件需要特殊的连接技术，这里列举了很多。你们都是专家，我就不赘述了。

以铝制车门为例，与钢制件相比，铝制件的连接方式发生了很大的变化。这种连接通过激光焊接、铝点焊和SPR实现。对防腐也有了新的要求，因为铝与铝、铝与钢、铝与各种其他材料的连接对防腐的要求更高。我们不仅通过部件级的防腐实验，还通过整车的防腐实验，达到严格的设计和测试标准。比如整车各种路面的动态防腐试验，以及路面的动态试验和环境舱试验，满足零部件和整车的防腐要求。

轻量化技术中还有碳纤维技术，这很好……每个人都知道。比如宝马i3的重量只有139 kg，两个人就能抬起侧架。使用钢制零件是不可想象的。

最后，轻量化技术的前景。

我们来看看轻量化车身发展的路径。90年代是钢密集型车身，2000年开始是铝密集型车身，包括现在几家初创公司用的全铝车身。2015年全铝车身和碳纤维发展非常迅速，全铝车身和碳纤维是这个时期的一个趋势。2020年后，进入多材料体发展路径时代。

首先看碳纤维，因为它的比重不到钢的1/4，强度远远超过钢，所以在赛车中首先使用的比较多。现在国外公司用的零件很多，比如内门板，前后盖，也许还有前盖，包括电池组外壳。但是在国内车企，因为成本问题，碳纤维在整车上的应用比较少。

那么，全铝机身是未来的技术趋势吗？我们可以看到奥迪A8的铝合金比例从92%下降到了58%。为什么？众所周知，铝合金零件有明显的缺点，制造工艺复杂，材料成本高，维护成本高。如果奥迪A8门板发生碰撞，可能会直接更换铝门，而不是传统的刮腻子喷漆的方式。此外，国产材料的性能与进口材料还有差距。

总的来说，无论是制造成本还是维护成本都比较高，给全铝机身带来了一定的劣势。如何克服材料成本的困难？大力发展国产铝型材，通过改进工艺和制造工艺来降低铝合金材料的成本，使其得到更广泛的应用，可能是未来的一个趋势。

最后是车身一体化铸造技术，特斯拉在Model Y的后轮罩由原来Model S的70个冲压件，现在通过一体化压铸技术变成了两个部分。这是一个颠覆性的制造过程。为什么？因为一般的OEM公司都在方圆30公里左右集中了很多冲压厂，也有车身分总成的供应商。此外，传统车企的工厂里还有四个制造车间。如果现在采用类似特斯拉的技术，可能会改变传统的车身制造方式，或者车身结构的设计。这意味着方圆30公里周围的这些供应商可能不得不重新思考他们未来的产品，传统汽车公司可能不再有两个车间:冲压和车身。

我们再来看看。特斯拉发布了一项汽车车架多向单铸机专利。从它的图片可以发现，它是全身，我们的第一印象是“不可能”。为什么？因为在传统思维中，有很多技术问题，比如圆角间隙，平面度差，车身尺寸精度控制，外观表面质量，都是问题。不过特斯拉之前做过一个案例，可以把70个零件变成2个零件，下一步可能会把一个车身变成现实。这些可能是未来的趋势。

对于中国的汽车人或者说中国的车身人来说，我们的使命是，我们能否在中国实现像特斯拉一样的一体化车身铸造技术？这样可以把车身轻量化做到极致，这可能是我们未来的使命。

那是我的报告。谢谢你。2021年3月23 -24日，由加斯帕主办的“2021中国体大会”隆重举行。本次会议围绕车辆轻量化、车辆安全法规、车身结构设计、先进车身材料、仿真技术、模块化车身结构等行业焦点话题展开。并对产业发展提出建议。会议期间，上汽大众产品管理高级总监、教授级高级工程师沈卫东发表了《轻量化技术在车身研发中的应用》主题演讲。

上汽大众产品管理高级总监、教授级高级工程师沈卫东。

以下为演讲实录:

尊敬的来宾和专家们，早上好。非常感谢邀请，很高兴也很荣幸能和大家分享。我的题目是“轻量化技术在车身研发中的应用”。

T……在今天的报告中有三个主要内容:首先，简要介绍技术背景，其次，与您分享轻量化技术在汽车车身研发中的应用，最后，技术展望。

刚才，盖世汽车研究院高级分析师颜路谈了很多关于中国汽车未来发展的问题。软件定义汽车时代，突然想到在新员工迎新年的时候，一个95后的员工问了我一个问题:在汽车现代化飞速发展的时代，汽车车身研发应该怎么做？我能怎么做呢？按照习惯思维，我们的车身研发属于传统技术领域，新四化是未来发展的技术领域。那么如何做好车身研发中新兴和传统技术领域的交叉和发展，是我们面临的问题。

其实车身研发有很多事情可以做，比如轻量化技术。随着中国改革开放的发展，人们的生活水平有了很大的提高，人们从来没有如此关注环境和安全。众所周知，我们国家对节能减排的要求非常高。除了国家安全规定，还有很多消费者测试标准，其中一些标准实际上已经超过了欧洲标准。因为安全标准那么多，车身上会采取很多加强措施，而这些措施会带来车身重量的增加。车身轻量化的任务也很艰巨。国家节能与新能源汽车技术路线图已经明确了目标。预计2035年燃油乘用车轻量化系数降低25%，纯电动乘用车轻量化系数降低35%。

另一方面，我国实行双积分政策，不仅要求新能源车，还要求传统燃油车。车重减轻10%，燃油效率可提高6%-8%，车重减轻100 kg，二氧化碳排放量可减少5 g/km左右。此外，我们现在已经进入了全面拥抱新四化的时代。新能源汽车和纯电动汽车就在我们身边，新能源汽车的重量一般比传统燃油汽车高30%。新能源汽车如果减重100 kg，续航里程可以提高10%-11%，电池成本和其他日常损耗成本可以降低20%。同时，大家都很清楚，加速性能、操作性能、安全性能都可以通过轻量化技术来提升。由于车身占整车重量的30%左右，车身的轻量化是一个永恒的主题。

如何实现车身轻量化，有哪些技术路径？所有专家都清楚，首先，使用轻质材料是为了满足对轻质材料的需求。第二，优化车身结构，减少零件数量或把不必要的零件做薄，从而优化结构，减轻重量。第三，创新制造技术，达到轻量化的效果。

从轻量化技术路线图来看，提高高强度钢是目前的重点，中期形成轻量化合金应用的方向，远期形成多材料混合应用体系的目标。我来和大家分享一些轻量级的技术案例:

最重要的技术路径是热成型技术，已经存在很多年了。上汽大众首款MEB纯电动汽车ID.4 X大量使用屈服强度为1300Mpa至1500Mpa的热成型钢梁，比重超过28%。此外，77.7%采用高强度铁钢板，座梁也采用超高强度热成型钢，屈服强度1900Mpa。

还有一种常见的途径是通过替代材料来实现轻量化需求。铝最近成为一种关键的替代材料，因为铝具有良好的强度和韧性，密度低，从而实现了车身的轻量化需求。目前汽车常用的铝合金车型有6系、7系和5系。事实上，铝合金材料的应用是一个全面的发展系统，它不仅包括结构……标志，还要耐腐蚀，测试，各种制造和连接工艺。铝合金车身应用主要有三种:铝冲压件、铝挤压件、铝压铸件，应用于车身地板件、四门二盖、电池组等车身部件。

铝冲压是一种常见的技术。和传统钢材相比，其实工艺很像，包括设计和图纸模拟，最后成型。铝冲压的原理和钢冲压的原理基本相似。设计完成后进行模拟，最后冲压，包括落料、拉延、切边。但是，与传统钢材有两点不同。一个是延伸率比钢低，成型时更容易开裂。另一个是铝的杨氏模量只有钢的三分之一，这使得它在成型过程中更有弹性。这两个方面都需要分析和考虑。以铝制车门为例，将总成的内板、加强板、外板全部分解，可以得出一个结论:钢制车门总成的重量一般为70-80 kg，采用铝制工艺，减重可达30-35%。

铝压铸，压铸是液态成型工艺，其工艺更适合形状复杂、壁薄、型腔深的零件。比如SAIC-大众的辉昂前轮罩就采用了这种工艺，如果用传统钢材的话会很重，而铝压铸的重量只有4.2 kg，不仅大大减轻了重量，还提高了强度。此外，电池组外壳采用铝压铸而成，重量仅为17 kg。

还有常见的铝型材。以ID.4 X挤压铝合金门槛为例。有了这样的零件，在纯电动汽车的应用中，侧柱碰撞时碰撞能量可以主要消耗在门槛处，可以保护电池组免受冲击变形。

铝挤压的基本过程是挤压成型是一种实体成型。它实际上是利用实体型材通过模具实现挤压，最终完成一个零件。挤压工艺适用于截面形状一致的零件，如门槛、纵梁前部、保险杠等。

在车身轻量化方面，也有一部分是如何让电池组外壳轻量化，主要是使用铝型材，通过各种工艺达到减重的要求。

铝合金零件需要特殊的连接技术，这里列举了很多。你们都是专家，我就不赘述了。

以铝制车门为例，与钢制件相比，铝制件的连接方式发生了很大的变化。这种连接通过激光焊接、铝点焊和SPR实现。对防腐也有了新的要求，因为铝与铝、铝与钢、铝与各种其他材料的连接对防腐的要求更高。我们不仅通过部件级的防腐实验，还通过整车的防腐实验，达到严格的设计和测试标准。比如整车各种路面的动态防腐试验，以及路面的动态试验和环境舱试验，满足零部件和整车的防腐要求。

轻量化技术中还有碳纤维技术，大家都很熟悉。比如宝马i3的重量只有139 kg，两个人就能抬起侧架。使用钢制零件是不可想象的。

最后，轻量化技术的前景。

我们来看看轻量化车身发展的路径。90年代是钢密集型车身，2000年开始是铝密集型车身，包括现在几家初创公司用的全铝车身。2015年全铝车身和碳纤维发展非常迅速，全铝车身和碳纤维是这个时期的一个趋势。2020年后，进入多材料体发展路径时代。

首先看碳纤维，因为它的比重不到钢的1/4，强度远远超过钢，所以在赛车中首先使用的比较多。现在国外公司用的零件很多，比如内门板，前后盖，也许还有前盖，包括电池组外壳。但是，在国内车企，因为成本问题，carbo的应用……全车纤维比较少。

那么，全铝机身是未来的技术趋势吗？我们可以看到奥迪A8的铝合金比例从92%下降到了58%。为什么？众所周知，铝合金零件有明显的缺点，制造工艺复杂，材料成本高，维护成本高。如果奥迪A8门板发生碰撞，可能会直接更换铝门，而不是传统的刮腻子喷漆的方式。此外，国产材料的性能与进口材料还有差距。

总的来说，无论是制造成本还是维护成本都比较高，给全铝机身带来了一定的劣势。如何克服材料成本的困难？大力发展国产铝型材，通过改进工艺和制造工艺来降低铝合金材料的成本，使其得到更广泛的应用，可能是未来的一个趋势。

最后是车身一体化铸造技术，特斯拉在Model Y的后轮罩由原来Model S的70个冲压件，现在通过一体化压铸技术变成了两个部分。这是一个颠覆性的制造过程。为什么？因为一般的OEM公司都在方圆30公里左右集中了很多冲压厂，也有车身分总成的供应商。此外，传统车企的工厂里还有四个制造车间。如果现在采用类似特斯拉的技术，可能会改变传统的车身制造方式，或者车身结构的设计。这意味着方圆30公里周围的这些供应商可能不得不重新思考他们未来的产品，传统汽车公司可能不再有两个车间:冲压和车身。

我们再来看看。特斯拉发布了一项汽车车架多向单铸机专利。从它的图片可以发现，它是全身，我们的第一印象是“不可能”。为什么？因为在传统思维中，有很多技术问题，比如圆角间隙，平面度差，车身尺寸精度控制，外观表面质量，都是问题。不过特斯拉之前做过一个案例，可以把70个零件变成2个零件，下一步可能会把一个车身变成现实。这些可能是未来的趋势。

对于中国的汽车人或者说中国的车身人来说，我们的使命是，我们能否在中国实现像特斯拉一样的一体化车身铸造技术？这样可以把车身轻量化做到极致，这可能是我们未来的使命。

那是我的报告。谢谢你。

标签：特斯拉大众奥迪奥迪A8宝马

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