淺談整車重量控制與輕量化實現

楊茂華

摘 要：通過個人的研究和體會，針對整車重量控制與輕量化實現等議題，介紹當前的現狀及未來趨勢，闡述個人的意見和主張。

關鍵詞：整車性能 重量控制 減重 輕量化

the weight control and reduction for the passenger vehicle

Yang Maohua

Abstract：Based on the personal study， the author introduces the current situation and the future trend about the weight control and reduction for the passenger vehicle and gave his personal suggestion.

Key words：Vehicle Performance，Weight Control，Weight Reduction，Light Weight

1 整車重量意義及影響

一般來說，乘用車的重量減輕10%，油耗降低6%-8%，加速時間減少8%，排放量減少10%，制動距離減少5%，輪胎壽命提高7%，轉向力減小6%。

如今時下流行這么一句話：“如果想去評價一家汽車主機廠的核心研發能力到底如何，只要查看其整車重量控制及風阻管理水平便略知一二”。此番言論足以說明整車重量控制的難度及其重要性（關于“風阻管理”，本文暫不做論述）。

另外，關于整車重量的影響及意義，個人認為可以從用戶、企業、社會3個維度的來評價，具體見下表1。

2 重量控制的主要思路、工具和方法

“SWOT分析”、“PDCA循環”、“跨部門多功能聯合小組”、“頭腦風暴法”等，在管理學當中是相當的流行并被廣泛的應用。對于以上所提及的4種工具和方法放之四海而皆準。當然，個人同樣覺得其適用于重量的管理和控制。

另外，“CAD、CAE、CAM”等計算機輔助工具，“平臺化、通用化”開發理念等均可以加以綜合應用和實踐。

以下將結合乘用車重量管理和輕量化實現做一簡單的闡述和說明。

2.1 SWOT分析

SWOT是Strengths＼Weaknesses＼Opportunites＼Threats四個英文單詞的縮寫，其中文意思是“優勢、劣勢、機會、威脅”的意思。也就是說，我們需要結合當前現狀及未來發展趨勢，將企業自身、產品自身與本行業競爭對手、相關競品進行對標分析，評估我們的長板與短板，尋找我們的威脅和機會，制定相關風險的規避措施及相關目標的達成路徑等。

2.2 PDCA循環

PDCA是Plan＼Do＼Check＼Action四個英文單詞的縮寫，其中文意思是“計劃、執行、檢查、處理”的意思。PDCA循環可以是大循環、可以是小循環、也可以是大小混合循環。針對重量管理，可以視具體情況去靈活掌握和應用。對于我們重量管理來說，個人建議可以遵從以下的思路和節奏予以開展：目標設定→目標分解→目標評估→目標落實→目標驗證→結果評估→結果反饋→目標修正→目標確認→目標達成。與此同時，配合恰當的目標管理和控制，從而確保整個過程和結果能夠有效得到管控。

另外，關于目標設定及分解按照整車、系統、總成、零部件等“自上而下”的順序逐級進行;關于目標驗證及確認按照零部件、總成、系統、整車等“由下到上”方式進行。當然，目標設定與分解需要遵從一個相對科學嚴謹合理的輕量化系數和目標。

2.3 跨部門多功能聯合小組&頭腦風暴”

整車重量往往與整車的成本、進度、質量、性能、幾何空間等關鍵指標密切相關，可以利用跨部門多功能小組（項目管理、整車集成、造型、專業、試驗、質量、生產工藝、公告認證、采購、財務等）開展積極有益的“頭腦風暴”活動。當然，由于看待問題的出發點、角度和立場不同，有時矛盾和沖突也會異常激烈，此時需要大家放棄“零和博弈與零和競爭”思想，充分有效的開展多維度評估，全面考量、權衡各種利弊得失后再做出最佳抉擇和最佳實踐（讓步、妥協、折中、平衡）。

2.4 CAD、CAE、CAM

如今計算機輔助設計CAD、輔助工程CAE、輔助制造CAM技術日趨成熟，“新材料、新工藝、新結構、新技術”的應用均可通過計算機建模、模擬仿真快速實現“魯棒性設計”和“拓撲優化”的工作，從而滿足項目QCDT（質量&成本&進度&技術）的要求等。

2.5 平臺化、通用化

為了減少前期投資分攤帶來成本增加的不利影響，需要將以上成果進行“平臺化和通用化”實際應用推廣，通過量產基數擴大實現投資稀釋和降本增效。

3 輕量化實施路徑

眾所周知，實現輕量化的四大常見途徑有“新材料、新工藝、新結構、新技術”等。我們往往可以從大型車身外覆蓋件（包括發動機蓋板、車頂棚、車門和擋泥板等），重要的結構件（包括底板、立柱、橫梁和輪罩等）以及與碰撞性能相關的零部件等著手尋找機會和突破口。

以上途徑勢必會減少零部件的數量、縮小總成的體積，進而大大的減輕系統的重量。以下將結合當前各大主機廠及供應商的成功實踐予以詳細展開，具體見下圖1。

3.1 新材料

新材料可以說是新工藝、新技術、新結構的基礎。目前廣為認知并逐步得到廣泛應用的有：（超）高強度鋼、靜音鋼板、輕合金材料&超輕合金材料（鋁合金、鎂合金、鋁鎂合金……）、泡沫金屬、高性能塑料、復合材料（新型塑料復合材料、納米復合材料、高性能纖維復合材料……）等。

例如：鋁合金車身技術，目前在奇瑞捷豹路虎車型、奇瑞小螞蟻等車型得到了較好的應用和示范推廣;

例如：新型塑料技術，應用于奇瑞“大、小螞蟻”等車型外覆蓋件;

再例如：寶馬I3&I8碳纖維座艙技術。

3.2 新工藝

汽車行業的工藝主要涉及沖壓&成型、焊接、涂裝、總裝等工藝。眾所周知的輕量化工藝有：激光拼焊、變截面鋼板、液壓成型、熱成型、輥壓成型、半固態成形、鎖鉚連接技術、雙腔覆膜工藝、PU Spray、Mucell工藝、氣輔成型等。以上每一個工藝的改進、改良都會對整車重量做出或多或少的貢獻。

例如：當前應用較多的門內板激光拼焊技術、前縱梁激光拼焊技術等，根據需要將不同材料、不同料厚的部件焊接在一起，避免傳統的同材料等料厚帶來的過度冗余設計;

再例如：大家熟知的傳統的車身制造工藝是先充壓成單件，再通過不同的工位、工序、工藝焊接成部件、分總成、總成。但是，最近特斯拉公司完全顛覆了這一概念，其采用“多向鑄造機”和“多方向一體式鑄造工藝”從而將車身形成“一個整體鑄件”，其已成功申報了相應的專利技術并計劃在TESLA Model Y上實現量產。這樣，零部件的數量、焊接的重量、涂膠密封重量等會大幅度的減少。

3.3 新技術

當新技術由量變發生到質變時往往帶來產業的革命。自從汽車誕生之日起，本行業本領域的案例就不勝枚舉，以下列舉幾個小小的案例予以說明。

例如：傳統的空調高低壓管技術方案往往是兩條獨立的管路，采用了新的技術后，將空調高低壓管設計成“同軸管路”;

例如：傳統的線束方案被CAN總線技術替代;

例如：傳統的多個ECU模塊及功能被合并形成一個多功能集成的ECU等;

例如：隨著線控技術的發展和興起，傳統的機械轉向、液壓轉向、電動轉向被線控轉向逐漸所取代，傳統的機械制動、液壓制動、氣壓制動等被線控制所取代等;

例如：新能源汽車動力電池，作為EV、HEV、PHEV、MHEV等的關鍵核心部件之一，通過技術的革新（材料的革新、結構的革新、工藝的革新等），實現體積越來越小、重量越來越輕、能量密度越來越大、充放電效率越來越高、續航里程越來越長等;

再例如：在ADAS（Advanced Driving Assistance Systmen，先進駕駛輔助系統）系統中，不斷的對于新型雷達、傳感器、攝像頭、控制模塊進行小型化、輕量化、多功能化、集成化設計優化改進，從而使其重量增量相對較少。

3.4 新結構

新結構的采用往往是創新的源泉和原動力，這其中可以借助“有限元分析”、“拓撲優化”、“整車多目標優化”等手段。目前國內（中國是專利大國之一）的大部分專利（發明、實用新型、外觀）技術都與此有關。

傳統行業有一些可圈可點巧妙之處可供大家參考應用，新能源行業同樣也有好多奇思妙想可供大家學習借鑒。

例如：在相對靜止的空濾殼體、蓄電池托盤等零部件之上巧妙的集成“各種管路或者線束”固定結構;

例如：將發動機裝飾罩與空濾殼體進行集成共用;

例如：新能源行業的“二合一”、“ 三合一”（“2 in 1”及“3 in 1”）估計大家都并不陌生，即將電機及減速器二者集成、或者電機及電機控制器二者集成、或者將電機、電機控制器及減速器三者集成;

再例如：新能源行業的“電驅動橋E-AXLE”等。

4 結束語

本文作者希望通過以上陳述能夠再次引起相關OEM同行的高度重視和強烈共鳴，同時也希望能夠起到拋磚引玉的作用和效果。熱切期待在“官、產、學、研”的聯動機制下，本行業本領域能夠持續積極探索和實踐、大膽創新和突破，為“中國制造2025”國家戰略的實現增磚添瓦（完全可以這樣毫不夸張的說，其是一件功在當代、利在千秋的豐功偉績和偉大事業）。