愛馳：鋼鋁混合車身與全鋁車身，哪個更先進？

來自專欄 K博士和他的汽車朋友們

後發是劣勢，但同時也是優勢——可以避開先行者趟過的坑，並面向未來的技術趨勢進行更為前瞻性的設計。

與其他造車新勢力蔚來、威馬和小鵬相比，愛馳推出的第一輛量產車同樣也是一款SUV車型。那麼，有什麼特殊的亮點嗎？

我們談三個不同的點，鋼鋁混合車身、冗餘電源設計與ESP+ibooster系統

純電動車對全鋁或鋼鋁混合車身的需求更迫切

早在20多年之前，在純電動車還沒有起色的時候，寶馬就推出了第一個全鋁車身結構的BMW Z8，主要目標是輕量化。

最近幾年，伴隨著純電動車的，全鋁車身與鋼鋁混合車身突然變得更加重要。這主要是因為：傳統燃油車加油方便，一般是不考慮續航里程的，輕量化也就是省點油錢而已；而電動汽車充電很不方便，於是不得不背負著既重又貴的鋰電池包，而輕量化則可以降低電耗，從而減少電池的重量與成本。

使用全鋁或鋼鋁混合車身，成本會高一些，但如果因此可以少用一些電池，可以抵消部分增加的成本。所以純電動車在全鋁或鋼鋁混合車身方面的需求更迫切。

近年來，造車新勢力們在輕量化上的技能樹上點得並不一樣：

• 全鋁車身： 鋁的密度是鋼的1/3，而各自合金的強度之比約為1/2，所以同樣性能下所需要的鋁重量更低，從而可以實現輕量化。鋁的焊接比鋼難。
• 高強度鋼： 最傳統的方式，隨著更高性能的鋼合金與更優的結構設計方案出現，也能實現一定的輕量化效果。
• 鋼鋁混合： 上述兩者材料的結合與折衷，在性能與成本方面平衡性較佳。

在造車新勢力中，蔚來ES8使用的是全鋁車身，威馬EX5與小鵬汽車未查到公開信息，推測應該是以高強度鋼為主的車身，而愛馳則採用了鋼鋁混合結構。

全鋼、全鋁、鋼鋁混合三種技術路線，哪種先進？

關於車身材料，我們經常聽到的兩種說法，可能就代表著普通消費者的整體認知：

1. 我們的車採用全鋁結構，使用的是最高檔的7003航空鋁合金，不僅輕，而且性能佳！

2. 我們的車採用鋼鋁混合結構，與全鋁結構相比，更注重碰撞安全性。

從消費者的角度而言，忍不住產生了兩個疑問：莫非全鋁就一定比鋼要高檔？莫非全鋁結構的碰撞安全性一定就差？

從工程師的角度而言，最能體現技術水平、最能帶來價值的設計理念應該是「合適的材料應用於合適的位置」。

舉一個例子，即便完全不考慮成本，鋁合金就一定比鋼合金要好嗎？

未必！我們可以從一個不太嚴謹、但最容易理解的角度來考慮：

• 同體積下，鋼的強度大於鋁。車身上有一些部位的形狀是大體固定，如果非要改成鋁，那就要把鋁板加厚，重新設計。
• 同質量下，鋼的強度要小於鋁。車身上有一些部位的形狀調整空間較大，薄點厚點無所為，就比較適合替換成鋁。

下圖就是寶馬新X5的車身使用的材料示意圖，可以發現，鋼鋁混合結構並不是說只使用1種鋼、1種鋁，而且應該秉承「合適的材料應用於合適的位置」的理念，使用數十種材料去精細化設計每一個零件。

常用鋁合金包括5000系、6000系、7000系。

• 5000系是鋁鎂合金(圖中的AlMg3、AlMg4等)，具有良好的腐蝕性和焊接性能，但加工時比較困難。
• 6000系是鋁鎂硅合金(上圖中的AlMgSi、AlMg0.4Si1.2等)，具有較高的強度、較好的塑性和優良的耐腐蝕性，是最主流的車用鋁全金材料。例如奧迪A8就用的這種。
• 7000系是最高檔的，強度最高，當然也最貴。主要應用於航空航天，蔚來ES8說自己用的是「航空鋁合金」，倒是一點也沒吹牛，比A8用得還要高檔。

在公開的資料中，蔚來整車工程副總裁Roger Mulkusson表示，ES8全鋁車身上鋁材的使用率高達96.4%，這也是全球量產的全鋁車身中最高比例的鋁材應用量，還在前縱梁處大量使用了航空級的7003號鋁合金，最終實現了44140 Nm/Deg整車抗扭剛度，大概是同類車型22500Nm/Deg的兩倍，比高強度鋼或鋼鋁混合車身的還要高！

在北京車展上，愛馳的工作人員在介紹鋼鋁混合車身時，使用了一種方便理解的話術：「鋁合金可以輕量化，比全鋼的要好；而鋼結構可以保證強度、保證碰撞安全性，比全鋁的要好」。 言外之意，就是說全鋁的強度不如鋼鋁混合的高。

然而，從數據對比上來看，蔚來ES8的全鋁車身整車抗扭剛度達到44140Nm/Deg，而愛馳的數值為36500Nm/Deg，雖然說遠遠大於同行業22000Nm/deg標準，但實際上還是要低於全鋁的蔚來ES8的。

也就是說，「全鋁結構的碰撞安全性一定就差」這種說法是不科學的。「鋼鋁混合車身的強度就一定比全鋁結構的更高」，也是不科學的。

然而，從工程師的角度來講，用最好的材料、實現最好的性能，真是太爽不過的事情了。但是，羊毛出在羊身上，如果說實現44140 Nm/Deg的整車抗扭剛度，需要你多掏10萬大洋，而且在碰撞時其實也就更安全了那麼一點點，你願意嗎？如果能預見到量產成本控制的困難，ES8還是選擇這種「過設計」嗎？

因此，像寶馬、奧迪現在已經從全鋁的技術路線進化到鋼鋁混合車身的技術路線了。從業內角度來看，鋼鋁混合車身是未來的大趨勢。

也就是說，車身材料的進化路線是 全鋼 → 全鋁 → 鋼鋁混合。所以說，愛馳所選擇的其實是更具前瞻性的技術路線，這也是後發優勢的體現之一。

鋼和鋁熔點差別很大，是不能焊接的，愛馳優化了SPR自穿孔鉚接技術，在全球首次實現了1500Mpa以上高強度鋼板和高強航空鋁的可靠連接，保證密封和互鎖。

然而，在生產技術上的創新，也意味著新的風險。可不要因為這個點，而出現了類似特斯拉的量產困難與蔚來的成本控制困難的情況。

可拆卸的電池包僅僅起到了充電寶作用嗎？

可拆卸電池包技術=換電技術+多電池包並聯技術+多能源冗餘備份技術。

換電技術不用多說，之前蔚來已經演示過了一把，雖然有管路、電氣連接方面存在一定的風險，但技術上基本可控。

多電池包並聯技術是一個比較複雜的技術，猜想愛馳的並聯結構如圖所示，可拆卸電池包（組）通過雙向DCDC和整車原有高壓匯流排連接，雙向DCDC同時還具有隔離可拆卸電池包和整車電源網路的功能。

除了商業角度可以給用戶更多選擇外，在技術角度來看多電池包的最大好處，就是實現了高壓電源的冗餘。

在運行模式中，通過DCDC變換，將可拆卸電池包的能量和主電池包一起供給整車的用電器，如驅動電機、壓縮機、400-12VDCDC等。從下圖中看，主電池包供電路徑為黃色，而備用電池包的路徑為藍色，二者可以共同為高壓匯流排上的用電器提供能量。

和傳統電動車的單電池包設計相比，由於可拆卸電池包的存在，多電池包形成了電源冗餘設計。相當於，主電池包壞了，還有備用電池包給電機提供能量，為動力系統設置了「雙保險」，媽媽再也不用擔心我拋錨在半路了。幾年前大眾的DSG門可能大家還記憶猶新，在高速上突然動力中斷，讓人驚心動魄。而雙電池則是從電源角度做好了動力的備份，會大大降低失效的概率

如果大家覺得電池包壞了拋錨半路不要緊，那麼自動駕駛的時候，這個意義就大了。按照SAE的L4-L5自動駕駛定義，當系統出現故障時，需要系統能夠把車開到安全區域，顯然一個電池包是無法滿足的。愛馳此舉，應該也是使用更具前瞻性的技術架構，而為了將來的高階自動駕駛做準備。

當然，目前的可拆卸電池包，只能說是提供了一種基礎架構，為未來實現電源冗餘設計提供了基礎。而真的要實現電源冗餘設計，還有以下若干難點，而且這裡每個難點都不是那麼容易解決了。從一個角度來說，愛馳是在創新；但從另外一個角度來說，它也是給自己挖了很多坑啊！

• 兩個包之間的均衡問題。由於兩個電池包工況不一樣，甚至使用時間長度都不一樣，很容易導致兩個電池包之間的電芯差異，從而影響整體性能和壽命。單個電池包的均衡尚且是個難題，就更別提兩個電池包之間的均衡了。
• 冗餘備份邏輯。雖然看似兩個電池包並聯即滿足了冗餘備份的邏輯，實則還需要考慮電池包繼電器、熱管理系統、通訊控制等外圍系統的備份。
• 高壓安全。多了一個電池包，所有的高壓安全策略都需要重新考慮、重新設計，並不是複製一套電池包的高壓安全需求就好了的。
• 控制策略，兩個電池包是兩個能量源，兩個能量源之間的能量轉換，需要精細的設計，從而起到最大程度節約能量的目的。從某種角度來說，這也是一種「混合動力」。

Ichak Adizes曾在《把握變革》一書中提到，創新E與執行P有時候是矛盾的。這些技術上的難點，從創新E的角度來說是喜聞樂見的，而從執行P的角度來說則是困難重重，必須在創新E與執行P之間保證一個平衡，才能不扯著蛋。而工程師通常屬於P的角度，從與工程師的交流來看，他們大多對此方案都直搖頭，因為這些技術難點解決起來真的不簡單。

目前美國和歐洲在研發的L4以上自動駕駛項目中，確實沒有冗餘高壓電源的方案，但是他們大多使用的是混動車，混動車本身就有電池-電機系統和發動機系統兩個做動力備份，所以不需要考慮高壓電源冗餘的事情。

而如果是純電動車，就必須要考慮高壓電源冗餘的設計了，愛馳的可拆卸電池包是實現冗餘設計的其中一種方案。

與博世戰略合作協議

為什麼和博世簽署戰略合作協議？（而且博世是唯一的傳統供應商）考慮到愛馳並沒有和聯電合作整車控制器開發，那麼重視博世的唯一原因幾乎就成了底盤。因為博世的幾個底盤控制器ESP, EPS等技術是其他零部件廠幾乎無法逾越的「門檻」。

從這裡可以看出，愛馳的領導思維其實蠻好，關鍵地方花重金，其他地方能省則省，省出來的是真正的實惠。

使用了博世最新一代的ESP+ibooster，最顯著的特徵就是新一代ibooster可以支持複合制動能量回收。如下圖所示，一代ibooster只能把能量回收和機械制動解耦，特斯拉就用的這種，舒適性較差，回收的能量也不多；而二代ibooster則可以在駕駛員踩下制動時控制增加能量回收（如圖中藍色部分），這樣既增強了舒適性，也增加了回收能量。

另一方面，博世提供的二代ibooster和ESP同時具有制動加壓功能，在制動方面也是形成了冗餘的控制方案。和高壓電源的冗餘一樣，底盤系統也實現了冗餘備份的目標。

二代ibooster結構如下圖所示，相比於一代的ibooster，通過調節電機助力和踏板之間的關係，可以實現相同踏板位置下的電制動和機械制動分配。

綜上，愛馳的後發是劣勢，但同時也可以更專註於正確的創新E上，從而形成優勢。而創新E則意味著風險，有可能會建立優勢，但也可能執行不到位而拖慢後腿。