轻量化成为新能源汽车市场竞争的关键因素

汽车圈许多人受西方经济学的供求与价格关系的影响，在市场竞争中拼命地“卷”价格，以为价格足够低就能抢到更多的市场份额。

价格是市场竞争的唯一要素吗？8月23日在北京举办的“2024年汽车轻量化论坛”透出一个信息，轻量化成为新能源汽车市场竞争的关键因素之一。

这次论坛由《节能与新能源汽车年鉴》编制办公室主办，北京国能赢创能源信息技术有限公司承办。虽然这是一次偏向技术研讨的会议，但是，嘉宾们的演讲透露出明确的信息，汽车企业需要重视新能源汽车的轻量化，轻量化成为新能源汽车市场竞争的关键因素之一。

新能源汽车有减重的迫切需求

自汽车诞生以来，经历了几次革命？中国汽车技术研究中心有限公司中央研究院副院长、集团首席专家孟宪明的提问一下子引起了大家的兴趣。孟宪明打开PPT，清晰地显示4次革命，汽车行业正在经历第4次重大变革。

上世纪20年代之前，汽车1.0时代，汽车结构设计占据主导地位；上世纪70年代之前，汽车功能设计成为主要任务，这是汽车2.0时代，工程师们大力提升汽车的舒适性和动力性；上世纪80年代，汽车3.0到来，精准设计成为工程师们的主攻目标，平台化、模块化生产诞生，汽车的安全性、经济性得到大幅度提升。“我们正处于汽车4.0时代，数字化、智能化制造得到普及，汽车不再是简单的交通工具，各家企业都在强调绿色低碳、智能网联。”孟宪明表示。

在汽车4.0时代，一个现实的问题摆在大家面前。目前，我国乘用车普遍增重15～30%。新能源汽车取消了发动机，但三电系统的重量不是一台发动机可以抵消的。“为了减轻汽车重量，中国汽车工程学会要求到2025、2030、2035年，我国汽车重量要分别降低15%、25%、35%。”孟宪明说。

一汽集团研发总院首席专家杨钫提到，汽车技术整体上呈现出平台化、一体化、高压化、轻量化趋势。轻量化是解决节能减排的重要途径，也是提高汽车产品竞争力，实现可持续发展的长期任务。

东风汽车集团研发总院材料工艺总师李明桓提到，从增速或者渗透率可以看到，新能源汽车市场突然爆发，但是，面对突然爆发的市场，诸多相关方准备不足，轻量化没有得到有效重视就是其中之一。

新能源汽车爆发，新型汽车市场已形成，汽车产品的利润正在重新构建，轻量化也将重组汽车产业价值链。“油电同价的需求越来越迫切，这要求汽车轻量化技术的成本代价尽可能低。”李明桓说。

李明桓用数据论述了价值链重构的观点，实验表明，整车重量降低10%，燃油效率可提高6～8%，整备质量每减少100Kg，百公里油耗可降低0.3～0.6升。“汽车轻量化已成为全球汽车发展潮流。”李明桓说。东风商用车技术中心技术总师黄遵国提到，商用车重量减轻1000Kg，油耗可降低6～8%。

实验数据还表明，新能源汽车更需要轻量化，车辆轻量化400Kg～2500Kg后，在电池电芯相同的情况下，采用不同技术路径获得的百公里能耗下降相差较大，风阻降低0.3～0.35，滚动阻力降低9～9.5%，能量回收效率提升80～85%。

鞍钢为多家汽车企业生产钢材，鞍钢集团钢铁研究院高级研究员李春林提到，整车重量减轻10%，续驶里程可以增加13.7%。

汽车轻量化还能助推企业实现双碳目标，车辆每减轻1Kg钢铁，可以减少碳排放2.38Kg,每减轻1Kg铝合金，可减少碳排放16.3Kg。

轻量化的路径与方法

汽车轻量化的好处显而易见，各家汽车企业都在不遗余力地致力于轻量化研究。孟宪明说：“从全球汽车产业发展趋势来看，多材料轻量化车身成为重要的发展方向。”

据介绍，汽车产品车身轻量化趋势是从全钢车身向高强钢车身转变，随后出现钢铝混合车身，现在已是多材料混合车身，最典型的是宝马7系和奥迪R8。

在新材料的运用中，大量使用超高强钢，免热处理铝合金、铝镁合金、纤维复合材料等，新材料既有强度，又有一定的柔性与可塑性，使得零部件一体化得到推广，新车型结构成为主流趋势。

在多材料运用中，铝合金被广泛运用，未来汽车上铝合金用量还将增加。孟宪明介绍，铝合金具有轻质、抗拉强度高、回收性好、耐腐蚀、可塑性强、工艺相对成熟等特点，是现行技术工艺下最具性价比及可行性的轻量化材料。

近年来，镁合金兴起，相比铝合金，镁合金的密度更小，具有高比强度、比风度和良好的铸造性、抗震减噪能力，在轻量化和一体压铸中前景广阔。目前，镁合金主要用在壳体类和支架类零部件上。

复合材料中，碳纤维运用比较多，主要用于车身面板、车身结构、座椅组件、悬挂系统、刹车系统、空气动力部件、电动车辆组件、内饰部件等。

2021-2025年轻量化目标是较2015年减重20%，这意味着第三代汽车钢应用比例达到白车身重量的30%，铝用量超过250Kg，镁合金用量达到25Kg，碳纤维占车身2%，成本比上阶段降低50%。2026年减重35%，2000MPa以上钢材用量占一定比例，铝用量超过350Kg，镁合金用量45Kg，碳纤维占车重5%，成本比上阶段下降50%。

孟宪明说：“新型材料的大量使用，一体压铸被普遍采用，多材料混合运用促进了多种冷热连接技术。”

杨钫说，解放轻量化降重主要体现在车身、车架、底盘、车桥等大总成上，实现整车技术降重18%。

在轻量化道路上，大家广泛采用一体化压铸技术，铝合金、镁合金等新型材料，东风汽车集团的方法与其他企业有所不同，他们采用零部件空心化的方法。在会议间隙，记者与专家沟通，他们告诉记者，这个思路来源于航空航天领域，航空航天受载荷的限制，从一开始就对轻量化很关注，比如，飞机发动机的叶片就是空心化零件，不仅减轻重量，还有利于散热。

目前，新能源汽车都使用电机，转子是其中的关键零部件，大多数转子采用硅钢合金，东风汽车集团李明桓提到了碳纤维转子，让人眼前一亮。据介绍，30000rpm的永磁同步电机正在开发之中，包裹碳纤维护套使得转子屈服转速提升7%以上，碳纤维百度为0.9mm时，屈服转速提升13%，在不同碳纤维百度下，小V结构的屈服转速比大V结构高约26%。

目前，东风汽车正在开发镁合金车轮，镁合金比铝合金轻量化20～30%，可有效减轻簧下质量，显著提升新能源汽车续驶里程。东风汽车还把镁合金用在座椅骨架开发上，减轻重量8Kg。

玄武岩纤维新材料异军突起

前不久，我国嫦娥6号登月之后，亮出了一面鲜艳的五星红旗，这面五星红旗就是用玄武岩纤维织成。玄武岩纤维新材料不仅在登月中使用，在新能源汽车上也是异军突起。

北汽福田特级总师、世界生产力科学院院士任起龙说，汽车上大量使用铝合金、镁合金，可以减轻汽车重量，但是对于大多数汽车产品来说，轻量化要付出成本代价。铝合金、镁合金的价格都不便宜，在当今价格战越来越激烈的背景下，汽车轻量化对汽车企业的财务压力也是显而易见的。“我们需要考虑汽车轻量化方案可接受与否的财务判据。”

任起龙提到了2个数值，对于经济型乘用车来说，车减重1公斤的成本控制在15元以内才是一个可接受的范围；对于重卡，企业客户接受每减重100公斤多花1000-2000元购买。

一方面，汽车轻量化势在必行，另一方面，财务压力也是摆在面前的一道难题，在这种情况下，玄武岩纤维复合材料进入了汽车人的视野。

据介绍，玄武岩纤维复合材料，不仅零碳，而且相当于汽车传统用碳钢1/4的重量。玄武岩纤维复合材料的特点很鲜明，轻型、低湿性、阻燃性，高强度、高韧性，耐高温、耐极低温，低导热、高电阻、防辐射、防噪音。

玄武岩纤维复合材料已在福田汽车上使用，任起龙介绍了玄武岩纤维刹车片的使用情况。安全性表现在高灵敏度刹车性能、摩擦系数稳定、紧急制动距离；平稳性表现为在泥浆路面紧急刹车不摆头、不甩尾，缓解刹车时的轻微抖动；不管是在初期安装或后期的维护，都不会出现擦边和接触产生的异响噪音，这表明玄武岩纤维复合材料有很好的低噪音性能；玄武岩纤维复合材料的使用寿命较长，这主要缘于玄武岩纤维复合材料有超强稳定的物理化性能，无论是在高温550℃或低温状态磨损都较低。

任起龙强调，目前，许多摩擦材料在高温状态下，摩擦系数都会出现明显的下降，但是玄武岩纤维复合材料在持续高温550℃状态下，摩擦性能系数可保持0.4以上，确保在任何恶劣道路条件下的安全性能要求。

汽车轻量化已成为趋势，大量的硬件被新材料取代，在会议中，杨钫提了一个问题引起大家的思考，高效的软件代码是不是轻量化？