前言

孫逢春院士在2017年中國汽車輕量化技術研討會指出［1］，汽車整備質量減少10%，可以明顯改善汽車動力經濟性、可靠耐久性、環境油耗性、安全性、操控駕駛與舒適性，如：加速效能提升0。5s，油耗降低6%~8%，續駛里程增加5。5%，尾氣排放減少7%，轉向力減少6%，剎車距離減少5%等。同時，隨著《企業平均燃料消耗量與新能源汽車積分並行管理辦法》等國家法規對能耗、排放等的逐步加嚴，以及消費者對汽車使用經濟性、續駛里程等的高度關注，將汽車輕量化作為重要技術途徑是各企業的普遍共識。《節能與新能源汽車技術路線2。0版》作為指導汽車行業發展的綱領，明確了2020~2035年輕量化階段目標及技術路線：2025年純電動乘用車輕量化係數降低15%，2030年降低25%，2035年降低35%。預計超高強鋼、鋁鎂合金及碳纖維增強複合材料的應用比例將逐步上升，以實現汽車輕量化目標。

車身系統作為汽車企業自主設計與製造的關鍵系統，是汽車輕量化的重要一環，汽車企業如何選擇合適的輕量化技術路線，是平衡輕質材料應用成本及裝置投入，實現收益最大化的關鍵。

因此，本文結合A00級兩座及四座產品規劃的制定，研究了目前車身的技術路線，從車身材料、平臺化策略、工藝路線、成本估算、產線投資方面進行全方位分析，並透過投入及收益分析確定最優技術路線。

2車身技術路線應用現狀

當前，根據白車身（BodyInWhite，BIW）用材、工藝及結構，行業採用的輕量化車身路線可歸為4種。第1種：傳統鋼車身技術路線。鋼製BIW及開閉件，區域性輔以高強鋼、超高強鋼、熱成型、拼焊等技術應用，該技術路線成熟度高、低成本，是汽車企業普遍採用的輕量化技術路線。

第2種：鋁合金車身技術路線。該技術路線分衝壓板材式及鋁型材框架式2種。衝壓板材式車身以衝壓板材為主，技術相對成熟、成本較高，主要應用在中高階車型上，主要代表車型有I-PACE、蔚來ES8等。鋁型材框架技術路線以鋁型材作為BIW框架，外覆蓋件採用塑膠。技術也比較成熟，成本較鋁合金車身技術路線低，主要應用於低端車型上，如EQ1。

第3種：鋼鋁混合車身路線。該技術路線以鋼及鋁合金衝壓為主，下車體骨架兼有鋁型材，鋼與鋁佔比相當，兼有少量其他材料應用。目前主要應用於中高階車型，技術風險較高、成本也高。代表車型有Model3、寶馬7系、ModelS、廣汽AionLX和北汽新能源ArcfoxαT。

第4種：碳纖維複合材料車身路線。該技術路線以碳纖維複合材料用材比例最高，兼有部分熱塑性塑膠、彈性體、鋼及鋁合金材料應用。碳纖維複合材料車身用材及工藝複雜度較高，技術難度大，成本很高。主要用於跑車及高階車型。代表車型有寶馬I3等。

擬開發的A00級兩座及四座產品定位為低成本國民車，規劃產量較低，基於以上4種技術路線分析初步確定“傳統鋼車身技術路線”及“鋁型材框架式車身技術路線”。

3主要方案對比分析

基於以上選擇的2種技術路線，細化形成了2種方案，分別為：

（1）全鋼車身方案，

（2）鋁型材框架（壓鑄鋁接頭）方案。

從車身用材、平臺化策略、工藝路線、成本、產線投資方面進行全方位分析。

3.1車身用材

2種方案的用材及質量對比請見表1。

方案（1）採用100%鋼質車身，三門兩座車型車身質量預估為300kg。

方案（2）採用鋁型材、板材及壓鑄鋁，3種材料佔比為64%，覆蓋件採用低成本工程塑膠，三門兩座與五門四座車型車身質量分別下降159kg、174kg。

3.2平臺化策略

為最大化降低車型開發成本，三門兩座與五門四座車型在設計中充分考慮平臺化和通用化，透過分析確定通用化率目標70%。在車身結構方面，五門四座車型白車身在三門兩座車型基礎上進行以下變化：

（1）重新框架佈置，增加B柱總成及地板橫樑總成，考慮角接結構；

（2）在車身前部造型一致情況下，保證前排前部結構不變，修改地板及樑架結構；

（3）三門兩座車型加長後在角接點位置適當增加壓鑄件比例，保證車身框架剛度不低於目標值；

（4）車門模組化裝配，造型充分考慮2個車型的通用性。

（5）鋁型材借用供應商已有截面形狀方案，減少模具投入。

3.3工藝路線分析

方案（2）與方案（1）相比，多了鋼與鋁連線型別，鋁型材與鋼的連線主要採用螺接形式，壓鑄鋁與鋼的連線主要採用鉚接形式（表2）。在工藝策略上，方案

（2）主機廠不需投入衝壓車間，但由於採用了塑膠覆蓋件，為保證外觀質量，主機廠需投入塑膠件塗裝相應場地及裝置。

3.4車身材料成本粗算

基於三門兩座車型對車身材料成本進行估算及對比分析，詳見表3。全鋼車身單車成本估算為6181元，鋁型材框架車身單車成本估算為10732元，鋁型材框架車身較全鋼車身上漲約105%。五門四座車型相比三門兩座車型成本約上漲20%左右。

3.5產線投資分析

為更好進行產線投資分析，預定以下前提條件：

（1）按產能4萬/年、生產時間為5年，每天2班計；

（2）總裝費用差異較小，產線投資對比不計總裝投入；

（3）三門兩座與五門四座車型模具、檢具和夾具考慮設計通用率目標為70%；

（4）全鋼車身方案主機廠投入衝壓、焊裝、塗裝與總裝，鋁型材框架車身方案主機廠投入焊裝（含分總成焊裝）、塗裝與總裝。

以下對各階段投入進行估算分析。

3.5.1衝壓投資分析

全鋼車身廠房（12000m2）、衝壓線及模檢夾裝置由公司自行投入，共需投入34660萬元。鋁型材框架車身公司不投入廠房及衝壓線，僅投入模具、檢具和夾具裝置，且由於型材從供應商現有截面形狀中選擇，可與供應商分攤成本。經測算，鋁型材框架車身方案需為衝壓投入6100萬元，比全鋼車身方案節省28560萬元（表4）。

3.5.2焊裝投資分析

2種技術路線對於廠房都有需求，因此在此不做評估，僅評估差異性較大的部分。全鋼車身焊裝投入按照傳統模式估算，預計投入5205萬元。鋁型材框架車身焊裝，自建分總成焊裝線，共計需投入5495萬元，比鋼車身方案投入增加290萬元（表5）。

3.5.3塗裝投資分析

全鋼車身塗裝投入按照傳統模式估算，預計投入20560萬元，鋁型材框架車身焊裝需投入7460萬元，比全鋼車身方案投入減少13100萬元（表6）。

根據以上投資分析，全鋼車身總計需投入60425萬。鋁型材框架車身總計需投入19055萬元，較全鋼車身方案投入減少43953萬元。

4收益綜合分析

4.1輕量化效果

以三門兩座車型為例，在同等扭轉剛度及模態目標下，鋁型材框架車身質量共計141kg，較全鋼車身降低159kg，降重53%，輕量化效果顯著。

4.2效能提升收益

結合行業平均水平，具體到本案例，141kg降重預估可提升續駛里程8。3%，制動效能提升7。5%，轉向力降低9%。

4.3投入產出綜合收益

以三門兩座車型為例。從單車成本估算方面，鋁型材框架車身（10732元）較全鋼車身（6181元）增加4551元。從產線投入方面，按20萬輛產品週期計算，全鋼車身單車投入3021元；鋁型材框架車身單車投入953元，較全鋼車身單車投入減少2068元。從節約電池電量方面考量，鋁型材框架車身可節約3kW·h電量，較全鋼車身可節省單車成本約3000元。綜合以上主要方面，鋁型材框架車身較全鋼車身單車減少投入517元。

5結束語

車身輕量化技術路線選擇應根據公司現有資源、車型投入等情況進行具體分析。針對本公司需全新投入產線及產量規劃情況，選擇鋁型材框架車身能夠用更低的前期投資，實現單車效益的最大化