逆天的輕量化，轎車車身能減重60%？

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毋庸置疑，輕量化是汽車行業發展方向之一。理論上來說，車重每減輕100千克，百公里油耗會降低0.4升左右。在保證性能前提下，輕量化汽車既省油錢又環保，對消費者和環境都頗有益處。

通常汽車輕量化需要從材料和工藝入手。隨著技術的發展，新材料、新結構和新工藝結合，誕生了一種特殊的輕量化車身結構：一體成型車身。

一體成型可減重60%

常見轎車車身一般是由車門外板、頂蓋、前後翼子板、側圍蓋板、地板等一系列零部件組成，經過了鋼板衝壓、板件焊接、白車身塗漆和總裝四道工序形成整車。車身作為承載件，是轎車重量的主要來源，並對車內乘員的安全起著保護作用。在我們印象里它是下圖這樣的。

但是你有沒有聽過轎車車身還有別的製造方法？一種不需要焊接也不需要膠接的製造方法。這就是一體成型車身，它看起來則是下圖這樣。

其實，一體成型車身還有一個更加讓人意外的稱呼—全塑車身。顧名思議，車身主體部分採用的是輕質滾塑材料，即一種塑料。這種車身結構不同於傳統的車身製造方法，用高分子材料替代了鋼材，並採用滾塑整體成型工藝製造車身，由於原材料可以進行調色處理，車身就不再需要塗漆處理了，省略了衝壓和噴塗等工序，這就是「一次成型」。

塑料在汽車中應用很廣泛，但是全塑料製成的車身是不是出乎意料呢？這樣的工藝和材料，能夠讓車輛大幅減輕。

由於質量輕、結構簡單等特點，這類車身結構主要使用在電動轎車中，也是順應了新能源車發展趨勢。以丹麥節能電動車ECOmove QBEAK為例，車身尺寸為3,000×1,750×1,630mm，整備質量僅為425Kg。而同尺寸的傳統轎車車身重量基本在1,000千克以上，即使是尺寸更小的Smart，車身尺寸2,695×1,663×1,555mm，整備質量也有920-963千克。

毫不誇張地說，一次成型車身採用簡單結構和輕質塑料，比規格相近的金屬車身減重60%以上。

滾塑整體成型工藝：新車開發更快

上文我們知道了這種成型工藝帶來的好處，那麼什麼是滾塑整體成型工藝呢？簡單來說就是將塑料原料加入到特定模具中，然後使模具沿著兩垂直軸不斷地旋轉並加熱，模具內的塑料會在重力和熱能的作用下，均勻地塗布、熔融粘附於模腔的整個表面上，成型為所需要的形狀，再經過冷卻定形，脫模等工序後獲得一體成型製品。下圖是簡化後的工藝原理圖。

滾塑整體成型工藝的一大特點是：可以一次性製備出具有複雜曲面的大型或者超大型的中空塑料製品。這正好滿足了轎車車身體積大，外觀線條流線、曲面圓滑的要求。

有些人可能會混淆滾塑整體成型工藝和一體式衝壓成型工藝，其實後者是出於簡化焊接工藝、提高結構強度、增強美觀性的目的，多見於車門衝壓中，但這並沒有脫離傳統的車身製造方法，而前者則是一種顛覆性的方法，將車身的製造一次性完成。

雖然這項技術還不是很成熟，仍處在起步發展階段，但是這類技術仍具備很多優勢。比如說：

1.傳統整車開發大約需要1億元人民幣左右，這在很大程度上會制約汽車的發展，而這種新工藝簡化了車身結構，降低了零部件製造難度和成本，縮短了產品製造周期；

2.相比於傳統車身，全塑車身重量降低了一倍以上，這十分有利於實現車身輕量化，降低油耗的目的；

3.一般一次成型技術具有多種模塊套件，設計自由度大，可以實現定製生產，提高了車身個性化程度；

4.由於車身使用了環保型塑料，製備中不會對環境產生污染，車身日常使用不會受到腐蝕，耐久度高；

5.可以通過對原料調色的方法直接獲得A級表面的車身，與傳統塗裝工藝相比可以節省磷化、電泳工藝的巨大投入，使得生產過程更加環保、能耗減小。

塑料車身也可以安全

我們知道車身對安全的要求是很高的，這種一次成型車身真的能夠達到強度要求嗎，它能保護我們的安全嗎？它的優點在哪裡呢，缺點又在哪裡呢？

以某國產電動汽車為例，車身採用了一次成型技術，割除車門後車身質量約為71千克，整車質量也僅為500千克，但是限定安全車速不能超過60公里/小時。那麼一次成型的塑料車身就真的沒法保證強度了嗎？No，這裡有幾個補強方案。

由於塑料天然的強度缺點，而且容易產生收縮變形，單純的塑料結構不足以滿足強度要求。為了解決這一問題，很多一體成型車身會採用內置鋼網結構或者添加強化材料如玻璃纖維等，來增強車身的結構強度。

以內置鋼結構為例，具體做法是將鋼網內嵌入模具內部，在滾塑加熱過程中使原料包覆鋼網，這就好像鋼筋混凝土結構一樣，鋼網抵消了塑料的收縮變形，提高了車身強度。此外，有的廠商為了進一步加強車身強度，還會在車身內側增加鋁製骨架，雖然重量增加了一部分，但可以有效地保證安裝在骨架上面動力系統的安全。

當然了，由於一次成型全塑車身對模具的加工精度、開合模速度、製品統一性有更高的要求，工藝難度大，如果單純地採用纖維增強，無論是預先混合還是後混合都無法使纖維與原料均勻地混合，這直接導致了車身製品的力學性能不是很穩定。

總之，一次成型全塑車身強度不及傳統汽車，但仍有值得努力提升的希望。現階段出於安全考慮。

小結：

一次成型從材料和結構角度大幅減輕了車身重量。雖然現階段來說這種車身還存在著諸多缺點，仍處在起步階段，但是已有提升強度的方案。

目前該工藝還只限於低速電動汽車市場領域，未來則有望拓寬使用範圍。安全性的提高將是大範圍推廣的關鍵所在。

未來倘若你在街上看到一輛電動車，別人也許只能說：「看哪，那車是塑料的。」你大可逼格滿滿地說：「親，那是一次成型車身。」

從奧迪A8「逆勢增重」看汽車輕量化設計作者：蓋世汽車資訊

作為奧迪旗下的豪華旗艦轎車，奧迪A8自1994年誕生之日起，就以全鋁空間框架式車身結構（ASF）、永久全時四驅quattro的獨門絕技和低調奢華的外觀不斷給世人帶來驚喜。奧迪A8現款車型於2009年上市，在競爭對手賓士S級及寶馬7系紛紛推出了換代車型後，奧迪官方近日宣布，新一代奧迪A8將在7月11日在西班牙巴塞羅那舉行的奧迪第一屆峰會上正式發布，將配備全新自動駕駛輔助系統。全新A8預計也將在9月舉行的法蘭克福車展上亮相，並於年底上市發售。新一代奧迪A8這次將帶來怎樣的驚喜？

而奧迪方面近日透露的信息，給我們帶來的意外和驚訝遠多於驚喜。據了解，全新奧迪A8對奧迪的全鋁空間框架式車身結構（ASF）技術進行了革新和升級，捨棄了奧迪向來引以為傲的全鋁車身，鋁合金佔比降至58%，車身卻比現款車型增重近51公斤，由現款A8車型的236kg增加到了282kg。據了解，全新的奧迪A8更注重輕量化材料的混合應用，其研發核心不再只關注鋁型材的比例，而是關心如何將多種材料正確混合使用。在當前汽車輕量化的發展趨勢下，奧迪A8「逆勢增重」給汽車輕量化設計帶來了哪些啟示？

車身結構中多種輕量化材料的仿生學組合

奧迪全鋁空間框架式車身結構（ASF）技術遵循了仿生學的原理，靈感來自於自然界的動物，通過對車架結構的優化，在關鍵部位應用超高強度材質、非承重部位應用輕量化材質，來達到整車輕量化的目的。奧迪作為車身輕量化領域的先驅，自上世紀80年代末就開始輕量化技術的研究，當時推出的奧迪V8就是奧迪車身輕量化應用的原型車。隨著對車身剛性和碰撞安全方面要求進一步提高，奧迪A8系列在車身材料方面，已經從1994年第一代奧迪A8的全鋁車身發展為現款混入8%鋼材的設計。此次，新一代奧迪A8鋁合金的應用進一步降至58%，除了高強鋼以外，在車身材料中加入了更多的複合材料。

新一代奧迪A8車身結構材料示意圖

全新奧迪A8採用鋁合金材料對車身整體框架進行了搭建，為確保結構強度，在關鍵聯接部位採用鋁製鑄件，車身表面採用了鋁製鈑金件。在車身座艙籠形結構中，大量採用熱成型超高強度合金鋼，遠多於現款A8高強鋼僅在B柱上的應用，該高強鋼材料和20年前的鋼材相比，剛度增強了5倍，重量降低了40%。車身結構中加入了鎂合金，車廂後部採用了CFRP碳纖維複合材料，從後壁板等細節降低了車身的重量。

值得一提的是，在寶馬i3和寶馬7系中，碳纖維複合材料主要用於車架單體或者車架核心，而新一代奧迪A8將碳纖維複合材料主要用在車輛的後排與尾箱的隔板。該碳纖維隔板由6到19層碳纖維布依照碳纖維的紋路縱橫交錯的堆疊在一起，用來分別對應車身後部不同方向上的應力，其先進之處在於不需將碳纖維布用環氧樹脂浸透，可讓成品碳纖維件在幾分鐘之內就固化。奧迪方面表示，僅這塊很輕的碳纖維部件就已給A8在提高車身抗扭剛性上貢獻了33%的份額，其重要性不言而喻。另一個亮點是鎂合金的使用。鎂合金用在了發動機艙內連接懸架頂端的三角加強架上，用鋁合金螺栓固定在支柱塔頂上，起到了「頂吧」的作用。奧迪工程師表示，該鎂合金的支撐桿可降低28%的重量，減重效果也是非常神奇。

整體來看，新一代奧迪A8車身重量達到了282Kg，相比第四代車型的231Kg車身增重了不少，但車身進行了很多加強，關鍵結構部位中高強鋼含量也進一步增加，使車身抗扭強度要比現款A8提升24%，滿足了更嚴苛的排放法規、電氣化、舒適性、噪音以及碰撞測試的要求，車輛的安全性和操控性都有了大幅提高。鋁合金材料含量達到了58%，和加入了碳纖維材料的寶馬7系相比，在輕量化方面依然勝出。綜合比較而言，全新奧迪A8的輕量化水平其實是有了實質性的提升。

鋁合金主導的車身結構成為輕量化技術趨勢

與奧迪A8鋁合金車輛架構相似，全球矚目的美國純電動汽車生產公司特斯拉研發製造的ModelS也採用全鋁車身。除了車身外，特斯拉前後懸架大部分材料也採用鋁材。因為電動車的電池容量和重量近乎成正比，為保證續航，電池重量佔了整車重量的很大一部分，所以有效地給車身減重顯得至關重要。特斯拉的電池非常笨重，必須通過降低車身的重量來彌補笨重電池的不足，而全鋁車身兼具輕量化與高強度的特性，很好的彌補了這一需求。由此也可見，探尋減重技術在電動車領域的應用也是未來汽車輕量化發展的重要方向。

全鋁車身的特斯拉電動汽車

類似的全鋁車身結構設計，還出現在今年年底即將亮相的全新一代勞斯萊斯幻影車型中，該車型基於寶馬集團全新的鋁製車身平台打造，整備質量將大幅下降。將於今年第三季度上市的路虎攬勝新成員星脈，新車車身含鋁量高達81%。而近期推出的林肯領航員也採用了全鋁車身，整車的剛度得到提升的同時，大幅降低了車輛的總重，車輛的動力性和燃油經濟性得到有效提升。

全鋁技術由於成本較高，主要應用於豪華品牌，在合資品牌和自主品牌當中較少見到。除了上文提到的奧迪A8、特斯拉、路虎攬勝等車型，目前從全球範圍內來看，能將全鋁技術應用得最徹底的當屬來自英國的捷豹品牌，其技術最成熟，鋁合金車的產量也最大。2016年4月位於江蘇常熟的奇瑞捷豹路虎全鋁車身生產線正式投產，成為國內汽車行業第一家能夠成熟地製造全鋁車身的工廠，以75%鋁合金材料應用比率而聞名的首款國產車全新捷豹XFL就從這裡下線。

和只對車身覆蓋件進行全鋁化的車型相比，採用全鋁白車身的減重效果更明顯，但是由於其製造難度以及成本更高，所以目前市面上大部分中大型豪華轎車的白車身材質主要採用以鋼材為主的鋼鋁合金，而捷豹XFL一直堅持選用鋁合金作為主要材料。

據了解，捷豹XFL全鋁車身解決方案出自本土供應商諾貝麗斯常州工廠。諾貝麗斯開發的RC5754高強度鋁合金，屈服度達到105-145 Mpa，抗拉強度達220 Mpa，在強度、耐腐蝕性、連接性及成型性率等方面性能優異，應用在捷豹XFL的多處車身結構件上。如AC600鋁合金應用於車身加強件、AC300鋁合金應用於防撞梁結構、AC170鋁合金應用於外板包邊和側圍覆蓋件等，助力捷豹XFL實現了高強度、高抗扭性及輕量化的優異性能。

與傳統車身相比，全鋁車身結構更加輕巧和堅固，方便進行模塊化設計，車身有更大的空間來配置複雜科技，產品更加多樣化。除了捷豹XFL，上汽通用生產的凱迪拉克CT6的白車身用鋁比例也達到了62%。同時，上汽、北汽及比亞迪等不少自主品牌也在越來越多的使用鋁材覆蓋件。可以推測，隨著國內汽車製造業的發展，未來車輛結構以鋁合金為主，高強鋼、鎂合金及碳纖維複合材料為輔將成為汽車輕量化最重要的解決方案。

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