未來汽車的諸多發(fā)展方向中，現(xiàn)在關(guān)注度很高的有新能源，還有自動(dòng)駕駛，然而在汽車輕量化方面，卻很少有人去關(guān)注。甚至依然有人覺得，輕了之后，車就變得不安全了。其實(shí)汽車輕量化之后，不僅可以直接降低油耗。還可以間接改善動(dòng)力性能，提升駕駛性能，減少制動(dòng)距離。而油耗的降低減少了污染物的排放，對(duì)環(huán)保的意義更重大。因此未來汽車的競爭，也一定是一場輕量化的戰(zhàn)爭。

現(xiàn)在中國品牌的很多車型都在往高端方向發(fā)展，汽車的用料很足。因此整車的質(zhì)量比較大。很多用戶的評(píng)價(jià)都是開起來高級(jí)感很好，就是油耗太高。因此，輕量化已經(jīng)成為擺在汽車品牌面前一個(gè)難以攻克的難題。

最早我們知道的輕量化，或許是使用了鋁合金制造車身。其實(shí)汽車的輕量化是一個(gè)系統(tǒng)工程。無比的復(fù)雜，本篇文章就給大家簡單的介紹一下。

隨著世界各國簽訂《聯(lián)合國氣候變化框架公約》等協(xié)定，環(huán)保已經(jīng)成為世界議題。作為污染大戶的汽車，一直處在輿論的風(fēng)口浪尖?，F(xiàn)代汽車就制定了到2020年，生產(chǎn)的汽車質(zhì)量平均比現(xiàn)在降低10%，由此帶來油耗改善6%，污染物排放降低2.5~8.8%，加速性能提升8%，轉(zhuǎn)向性能提升6%，制動(dòng)性能提升5%的總目標(biāo)。

輕量化帶來的好處十分明顯，但是實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的前提是汽車的安全標(biāo)準(zhǔn)不能降低。如何在保證安全性的基礎(chǔ)上進(jìn)行輕量化就十分困難了。目前汽車制造商的主要做法是使用重量輕，強(qiáng)度高的材料，在車身，底盤，動(dòng)力系統(tǒng)等重量方面下功夫?qū)ζ囘M(jìn)行減肥。

在材料的使用方面，最受關(guān)注的是鋁合金與鎂合金，這兩種材料主要代替鋼鐵，減輕重量，提高強(qiáng)度。鋁的重量只有鐵的1/3，并且回收利用率高，汽車中的鋁有85%是可以回收的。是鐵的2倍。但是鋁也有很多缺點(diǎn)，比如鋁不能夠焊接，不容易鈑金，噴漆也麻煩，在安全性不如鋼。因此目前一些廠商只是部分使用鋁合金，車身大部分結(jié)構(gòu)還是鋼鐵的。

1990年，本田推出的NSX跑車是世界上最早量產(chǎn)的使用全鋁車身的車型，15年期間總共生產(chǎn)了1萬8000輛。而更大規(guī)模量產(chǎn)并廣為人知使用全鋁車身的汽車就是奧迪A8了，1993年奧迪發(fā)布了ASF(Audi Space Frame)技術(shù)，緊接著奧迪A8誕生。

最初奧迪A8使用全鋁車身，是因?yàn)樽约旱钠炫炣囆痛钶dquattro四驅(qū)系統(tǒng)，重量比競爭對(duì)手重100公斤。為了降低重量，才開發(fā)了全鋁車身技術(shù)。因此我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)奧迪A8即使使用了全鋁車身，整車質(zhì)量依然與競爭對(duì)手差不多。2006年推出的超跑R8，奧迪為了減輕重量，提高性能，將鋁合金的使用比例進(jìn)一步加大。今年推出的全新奧迪A8，在整車質(zhì)量上也比上一代輕28%。

在使用全鋁車身的廠商中，捷豹的貢獻(xiàn)也很大。捷豹在2003年第三代XJ車型上首次使用了鋁合金車身，在2006年發(fā)布的XK車型上，車身鋁合金的比例達(dá)到100%。隨著鋁面板圖層技術(shù)和鉚釘?shù)氖褂?，車體70%都是鋁合金的。2013年發(fā)布的F-type，2015年第二代XE，2016年F-pace也都使用了全鋁車身?？梢哉f，捷豹是目前汽車廠商中，推出全鋁車型最多的之一，最近幾年特斯拉大有趕超的勢頭。

提升駕駛樂趣最大的一個(gè)方法是車身前后配重比例50：50。寶馬一直在強(qiáng)調(diào)自己旗下車型的前后配重比例。2003年，寶馬汽車推出的第四代5系（E60）混動(dòng)版，在車身前半部分使用了鋁合金材料，讓車身比例達(dá)到50：50。這也是全球第一款使用鋁合金材料，達(dá)到50：50比例的混合動(dòng)力汽車。

還有比鋁合金更輕的金屬，那就是鎂合金。鎂的重量只有鐵的22%，鋁的66%。也是比較容易加工的金屬，并且鎂能很好吸收震動(dòng)，回收使用率能達(dá)到100%。但是缺點(diǎn)是價(jià)格高，不耐高溫，容易腐蝕，因此不能使用在高性能的賽車當(dāng)中，可以使用在方向盤等不重要的零部件中。

但是現(xiàn)在很多零部件供應(yīng)商已經(jīng)開發(fā)了使用鎂合金的座椅框架，并且2006年，雪佛蘭在自家超跑科爾維特的發(fā)動(dòng)機(jī)中，也使用了鎂合金。最近幾年，將這些相對(duì)稀有的金屬混入鋼板，制成的高張力鋼板和超高強(qiáng)度鋼板被廣泛使用，與普通鋼板先比，張力提高了2倍，重量也有所降低，在扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲強(qiáng)度上，比普通鋼板分別提高80%和50%以上。

與這些特殊的材料相比，通過技術(shù)工藝的提升，其實(shí)也可以提高強(qiáng)度。比如鐵板在900攝氏度加熱成型之后迅速冷卻可以加工成超高強(qiáng)度鋼板，達(dá)到1.5Gpa級(jí)別。此外，鋼板內(nèi)的填充物以及結(jié)構(gòu)構(gòu)造上的升級(jí)，也可以在保證強(qiáng)度的情況下減少鋼材料的使用，達(dá)到輕量化目的。

現(xiàn)代汽車目前新款旗艦車型捷恩斯EQ900，相比老款旗艦雅科仕，使用了3倍以上的超高強(qiáng)度鋼板，占整車車體的51%?，F(xiàn)代汽車研發(fā)的混動(dòng)車型ioniq整車使用了53%超高強(qiáng)度鋼。不僅碰撞性能提升，而且可以抵消電池的重量。

最近幾年，鈦合金也備受關(guān)注。鈦合金具有密度低、比強(qiáng)度高、抗腐蝕性能好、工藝性能好等優(yōu)點(diǎn)。目前主要應(yīng)用在航空航天，醫(yī)療領(lǐng)域，用在汽車上的情況還不多見。鈦合金制造的發(fā)動(dòng)機(jī)氣門彈簧比鐵輕58%以上。

還有一種可以降低重量的材料是碳纖維（CFRP）它的特點(diǎn)是柔軟，抗沖擊能力很強(qiáng)，重量只有鐵的50%，鋁的70%。強(qiáng)度卻是鐵的10倍，鋁的5倍。目前，碳纖維采用一些含碳的有機(jī)纖維（如尼龍絲、腈綸絲、人造絲等）做原料，將有機(jī)纖維跟塑料樹脂結(jié)合在一起，放在稀有氣體的氣氛中，在一定壓強(qiáng)下強(qiáng)熱炭化而成。由于制造成本高，產(chǎn)量有限，因此價(jià)格也很貴，現(xiàn)在只有少數(shù)跑車和賽車上使用。

寶馬汽車是在碳纖維領(lǐng)域走在前列的廠商，投入了1億美元用于建設(shè)碳纖維工廠，這是首個(gè)汽車制造商建設(shè)碳纖維工廠。并收購了全球知名的碳纖維生產(chǎn)商德國西格里(SGL)16%的股份。目前，碳纖維的生產(chǎn)成本是鋼鐵的20倍，這就不難理解，為什么寶馬i8這么貴了。

寶馬目前在i8和i3電動(dòng)車上使用了碳纖維作為車身材料，最終效果是i8的車身重量不到1.5噸，i3的車身重量1.3噸左右。在同級(jí)別車型中都是很輕的。寶馬計(jì)劃今后通過自己建設(shè)碳纖維工廠，大規(guī)模生產(chǎn)降低成本。并且把碳纖維材料逐步普及到寶馬7系等非新能源車型上。

車內(nèi)的裝飾材料也發(fā)生著變化，豪華車上的實(shí)木，金屬，普通車輛上的塑料等等，正在被高分子復(fù)合材料替代，比如FRP纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，纖維材料與基體材料（樹脂）按一定的比例混合后形成的高性能型材料。質(zhì)輕而硬，不導(dǎo)電，機(jī)械強(qiáng)度高，耐腐蝕。是車內(nèi)裝飾材料的理想選擇。

通常情況下，底盤的重量越大，穩(wěn)定性越好。車門內(nèi)的填充物，包括前后發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)的隔音材料，包裹材料都是越輕越好。只有這樣才能降低整車的重心，提高行駛穩(wěn)定性。

此外，各種工程塑料也被光彩使用在車門內(nèi)，具有抗沖擊，耐腐蝕的特點(diǎn)，質(zhì)量也很輕。還有聚氨酯泡沫作為填充材料，使用在車門內(nèi)飾板和汽車保險(xiǎn)杠中，聚氨酯泡沫密度低，質(zhì)量輕，吸能效果好。

玻璃也是輕量化的對(duì)象，現(xiàn)在聚碳酸酯材料做成的玻璃，大有代替?zhèn)鹘y(tǒng)玻璃的趨勢。聚碳酸酯玻璃導(dǎo)熱率只有普通玻璃的20%，隔熱效果好，而且不容易碎。但是目前折射率和耐磨性不高，因此目前不能使用在前風(fēng)擋玻璃上。

模塊兒化的制造也是可以降低重量的，模塊兒化之后，車內(nèi)很多零部件的集成度更高，不僅組裝起來更容易，而且比原先單獨(dú)組裝每一個(gè)零部件，可以減輕20%的重量。

總結(jié)：

如今電動(dòng)汽車快速發(fā)展，汽車的重量已經(jīng)成為制約電動(dòng)汽車發(fā)展的瓶頸。純電動(dòng)汽車特斯拉model S，在使用了鋁合金車身的前提下，質(zhì)量依然在2噸左右。如果能再減重的話，那么加速和制動(dòng)性能還會(huì)再提升，因此減重將會(huì)是未來一段時(shí)間汽車制造中一個(gè)永恒的課題。

不是偷工減料，現(xiàn)在的車為什么越造越輕？

AutoLab

研究表明，車重每減輕 10%，油耗可降低 6% 到 8%。車身重量降低 100 千克，意味著百公里油耗減少 0.3 升，每公里二氧化碳排放也將相應(yīng)減少 7.5 克到 12.5 克。

但汽車工程師所遇到的困難遠(yuǎn)比想象的大得多，汽車的輕量化需要材料科學(xué)，結(jié)構(gòu)力學(xué)等多學(xué)科的支撐，力求在減輕重量的同時(shí)，車身剛性和安全性能絲毫不受影響。

我們回到今天要談的主角，凱迪拉克 CT6。上周我參加了一場凱迪拉克在上海國際賽車場舉辦的科技活動(dòng)（我們在賽道上真沒有跑，只是做了一些科技體驗(yàn)）。凱迪拉克 CT6 投入了不少宣傳，但在銷量來看并不算是成功的產(chǎn)品，原因不外是品牌、宣傳有沒有效果和產(chǎn)品力的原因。

但拋開這一些影響，只看 CT6 在底盤結(jié)構(gòu)和車身材料上，卻是讓人意外的先進(jìn)。

我們一向認(rèn)為美國人造車不太注重細(xì)節(jié)，技術(shù)不夠先進(jìn)、內(nèi)飾不夠精細(xì)之類，這里有大部分是事實(shí)，但也有個(gè)別是誤解。有時(shí)候我們應(yīng)該換一種思維看問題，例如在航空領(lǐng)域，沒有人懷疑美國人老大的地位，這其中就與美國材料先進(jìn)性有關(guān)。

回到造車本身，經(jīng)常性地發(fā)現(xiàn)美國人會(huì)發(fā)揮他們在材料方面的優(yōu)勢，然后有一些看似簡單，但卻非常有效的設(shè)計(jì)去解決問題。例如輕量化的話題上，先不用談什么福特 GT、科爾維特之類的超跑，我們拿一輛與奧迪 A6L、寶馬 5Li 對(duì)標(biāo)的凱迪拉克 CT6 來對(duì)比，也能發(fā)現(xiàn)不少有意思的事情。

CT6 開發(fā)的理念有點(diǎn)像寶馬，既要豪華但也要運(yùn)動(dòng)，它與寶馬 5 系一樣都是 50:50 的前后軸比重，同前是前置引擎后輪驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)，操控的底子非常高。只是 CT6 的尺寸要比 5 系要大，容易讓人忽略它的運(yùn)動(dòng)性。

同樣的 2.0T 直列 4 缸、后輪驅(qū)動(dòng)的寶馬 528Li 對(duì)比凱迪拉克 CT6 28T，尺寸方面 528Li 為 5055x1860x1491mm，車重為 1760kg；而 CT6 28T 為 5179x1879x1500mm，顯然要比寶馬 528Li 要大上一圈，但車重反而只有 1655kg！顯然美國人在輕量化方面做得德國人還要到位。

四輪驅(qū)動(dòng)的 CT6 PHEV 動(dòng)力和電池組

其實(shí)現(xiàn)在各大豪華品牌都在大量使用鋁合金材料造車，但它們的實(shí)現(xiàn)方式不同，大部分都是用鋼材造好了白車身，然后在某些關(guān)鍵部位加入鋁合金材料。例如懸掛用鋁合金是最有價(jià)值的，可以降低簧下質(zhì)量，讓懸掛的反應(yīng)更迅速。還有有引擎蓋使用可以減輕車頭重量，對(duì)行人保護(hù)也有利，車頂采用鋁合金可以降低重心等。

但凱迪拉克 CT6 的做法不一樣，它真的在生產(chǎn)白車身的時(shí)候就大塊大塊地使用鋁合金，情況有點(diǎn)像奧迪 TT 那么大陣仗。

最傳統(tǒng)是鋁板沖壓，質(zhì)量輕盈的鋁制沖壓件，搭建結(jié)構(gòu)要求不高的上車外覆蓋件，大幅減輕了車身總重。這與上前提到別家品牌用在車頂和引擎蓋的方式是一樣的。除此之外還有高壓鑄鋁的零部件，把多個(gè)零件整合在一個(gè)鋁制部件內(nèi)。重量輕巧，機(jī)械性能更好，在小批量的情況下成本更優(yōu)。

CT6 PHEV 和 CT6 仍然是鋼結(jié)構(gòu)為主體

還有一種是擠壓鋁：把鋁材料做成一個(gè)封閉的截面（類似方形空間鋁管），這種設(shè)計(jì)在力學(xué)力傳遞更為優(yōu)異，加下鋁本身在碰撞時(shí)變形，所以吸能效果更好。這東西我去奧迪 R8 工廠參觀的時(shí)候見過，全鋁的 R8 就用類似設(shè)計(jì)。

除此之外，鋼材的作用必不可少，它比鋁除了重量的缺點(diǎn)外，在強(qiáng)度方面優(yōu)勢很明顯。CT6 采用 PHS 高強(qiáng)度鋼，用來完整保護(hù)乘員艙的安全。另外鋼板沖壓件放在底盤的最下面，因?yàn)殇摬脑?NHV 性能更優(yōu)秀，用在對(duì)聲響較為敏感的下車體覆蓋件可以大幅降低了乘員艙的噪音。

這讓我想起了一句話；" 在正確的地方采用正確的材料 "。什么叫 " 在正確的地方采用正確的材料 "？我第一次聽到這樣觀點(diǎn)的是奧迪，奧迪的工程師向我們舉例：例如在某些地方，我們在更輕量化的鋁合金和鋼材，某些地方我們用了更薄的鋼板。

是否一定要堅(jiān)持全鋁車身？每個(gè)品牌都有自己的理念，就連最早使用全鋁車身的奧迪，當(dāng)初一個(gè)勁在 A8、A2、TT 和 R8 上使用，但新一代 TT 也不再堅(jiān)持全鋁，而是鋼鋁混合結(jié)構(gòu)。另一位用鋁高手是捷豹路虎，可能它們建立了最大的鋁工廠，能夠大幅降低全鋁車身的成本（而且它們的產(chǎn)量不如奧迪高），所以才堅(jiān)持了全鋁車身方向。

對(duì)于凱迪拉克 CT6 來說，這套車身結(jié)構(gòu)基于鋼鋁混合，當(dāng)然這當(dāng)中鋁合金的貢獻(xiàn)是最大的，混合鋁制合金材料車身占比超過 57%，抗扭強(qiáng)度達(dá)到同級(jí)最好的 36.6Knm/Deg。

其實(shí)不僅是鋁合金，而是基于長久以來在航空航天領(lǐng)域復(fù)合材料學(xué)，結(jié)構(gòu)力學(xué)，多種復(fù)合材料的鏈接，讓最適合的材料以最恰當(dāng)?shù)男螒B(tài)出現(xiàn)在最需要的地方，才能讓 CT6 輕量化的同時(shí)又保持車身高剛性和安全性。

技術(shù)·服務(wù)創(chuàng)造價(jià)值