A00級電動車車身技術路線研究

賈彥敏

（北京新能源汽車股份有限公司，北京 100176）

主題詞：車身輕量化 輕量化材料 平臺化 工藝 產線投資 收益

1 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：加速性能提升0.5 s，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并行管理辦法》[2]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》[3]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系數降低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復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制造的關鍵系統，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設備投入，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，并通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（Body In White,BIW）用材、工藝及結構，行業采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。鋼制BIW 及開閉件，局部輔以高強鋼、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，是汽車企業普遍采用的輕量化技術路線。

第2 種：鋁合金車身技術路線。該技術路線分沖壓板材式及鋁型材框架式2種。沖壓板材式車身以沖壓板材為主，技術相對成熟、成本較高，主要應用在中高端車型上，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，外覆蓋件采用塑料。技術也比較成熟，成本較鋁合金車身技術路線低，主要應用于低端車型上，如EQ1。

第3 種：鋼鋁混合車身路線。該技術路線以鋼及鋁合金沖壓為主，下車體骨架兼有鋁型材，鋼與鋁占比相當，兼有少量其他材料應用。目前主要應用于中高端車型，技術風險較高、成本也高。代表車型有Model 3、寶馬7系、Model S、廣汽Aion LX和北汽新能源Arcfox αT。

第4 種：碳纖維復合材料車身路線。該技術路線以碳纖維復合材料用材比例最高，兼有部分熱塑性塑料、彈性體、鋼及鋁合金材料應用。碳纖維復合材料車身用材及工藝復雜度較高，技術難度大，成本很高。主要用于跑車及高端車型。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，基于以上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

基于以上選擇的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）采用100%鋼質車身，三門兩座車型車身質量預估為300 kg。

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

表1 兩種車身方案用材及重量對比

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，通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）重新框架布置，增加B 柱總成及地板橫梁總成，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，修改地板及梁架結構；

（3）三門兩座車型加長后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于目標值；

（4）車門模塊化裝配，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，多了鋼與鋁連接類型，鋁型材與鋼的連接主要采用螺接形式，壓鑄鋁與鋼的連接主要采用鉚接形式（表2）。在工藝策略上，方案（2）主機廠不需投入沖壓車間，但由于采用了塑料覆蓋件，為保證外觀質量，主機廠需投入塑料件涂裝相應場地及設備。

表2 兩種車身方案工藝路線對比

3.4 車身材料成本粗算

基于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6 181元，鋁型材框架車身單車成本估算為10 732 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。

表3 三門兩座車身材料成本對比 元

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沖壓、焊裝、涂裝與總裝，鋁型材框架車身方案主機廠投入焊裝（含分總成焊裝）、涂裝與總裝。

以下對各階段投入進行估算分析。

3.5.1 沖壓投資分析

全鋼車身廠房（12 000 m2）、沖壓線及模檢夾設備由公司自行投入，共需投入34 660萬元。鋁型材框架車身公司不投入廠房及沖壓線，僅投入模具、檢具和夾具設備，且由于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沖壓投入6 100 萬元，比全鋼車身方案節省28 560萬元（表4）。

表4 兩種車身方案沖壓投資分析 萬元

3.5.2 焊裝投資分析

2 種技術路線對于廠房都有需求，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5 205 萬元。鋁型材框架車身焊裝，自建分總成焊裝線，共計需投入5 495萬元，比鋼車身方案投入增加290萬元（表5）。

表5 兩種車身方案焊裝投資分析 萬元

3.5.3 涂裝投資分析

全鋼車身涂裝投入按照傳統模式估算，預計投入20 560萬元，鋁型材框架車身焊裝需投入7 460萬元，比全鋼車身方案投入減少13 100萬元（表6）。

表6 兩種車身方案涂裝投資分析 萬元

根據以上投資分析，全鋼車身總計需投入60 425萬。鋁型材框架車身總計需投入19 055萬元，較全鋼車身方案投入減少43 953萬元。

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141 kg，較全鋼車身降低159 kg，降重53%，輕量化效果顯著。

4.2 性能提升收益

結合行業平均水平，具體到本案例，141 kg 降重預估可提升續駛里程8.3%，制動性能提升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（10 732 元）較全鋼車身（6 181 元）增加4 551元。從產線投入方面，按20萬輛產品周期計算，全鋼車身單車投入3 021 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2 068元。從節約電池電量方面考量，鋁型材框架車身可節約3 kW·h電量，較全鋼車身可節省單車成本約3 000 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。