“雙碳”目標(biāo)下汽車輕量化亟需“三個突破”（規(guī)劃所）終發(fā)

1、2021 年 8 月 2 日第 53 期總第 666 期“雙碳”目標(biāo)下汽車輕量化亟需“三個突破”習(xí)近平總書記指出，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)性變革。交通領(lǐng)域作為僅次于電力熱力系統(tǒng)的第二大碳排放源，汽車碳減排成為“雙碳”目標(biāo)約束下的關(guān)注焦點(diǎn)。據(jù)測算，一輛乘用車減重 100 公斤，燃油效率將提高 6%-8%，輕量化是實(shí)現(xiàn)汽車節(jié)能減排的重要手段。賽迪研究院規(guī)劃研究所分析了當(dāng)前汽車輕量化遇到的“技術(shù)難、評價難、應(yīng)用難”三大難點(diǎn)，提出必須實(shí)現(xiàn)三個突破，即突破輕量化卡脖子技術(shù)、突破標(biāo)準(zhǔn)及評價體- 1 -系通用性一致性難點(diǎn)、突破產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用“死亡谷”。一、汽車輕量化面臨“技術(shù)難、評價難、

2、應(yīng)用難”（一）技術(shù)難：國際一流的汽車輕量化材料、工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)鴻溝難以跨越高端輕量化材料被美、俄、日等國掌控。車用輕量化材料包括高強(qiáng)鋼、輕合金、復(fù)合材料等。其中，鋁合金和碳纖維復(fù)合材料是目前國外高端車企車身制造的關(guān)注熱點(diǎn)。從車用鋁合金材料看，以美國、俄羅斯為代表，在汽車常用的 2000 系、5000系、6000 系鋁合金領(lǐng)域申請了大量牌號，形成了一定的專利霸權(quán)。我國在最近十年僅增加 29 個鋁合金牌號，在汽車領(lǐng)域的成熟產(chǎn)品僅有 6016 與 5182 兩種，其他仍未具備批量供貨能力。從碳纖維復(fù)合材料來看，車用碳纖維在原絲、設(shè)備、制作工藝上都有相當(dāng)高的標(biāo)準(zhǔn)，稍有不慎就會影響穩(wěn)定性。目前高強(qiáng)度

3、的碳纖維復(fù)合材料已被美、日兩國企業(yè)壟斷。美、日兩國還在高性能碳纖維等領(lǐng)域形成同盟，共同研發(fā)并廣泛應(yīng)用。我國僅中復(fù)神鷹、江蘇恒神等企業(yè)的碳纖維技術(shù)水平較高，能夠達(dá)到車用材料強(qiáng)度。但與日本東麗、帝人以及美國赫氏等國際企業(yè)- 2 -相比，產(chǎn)品性能差距明顯。輕量化材料焊接工藝被奧迪、寶馬等高端車企控制。相比國外車企，我國車企輕量化材料應(yīng)用明顯較少，目前仍以車輪、發(fā)動機(jī)缸體、缸蓋等小型壓鑄件為主，車身及覆蓋件的大規(guī)模應(yīng)用受到制造工藝制約。迄今，僅有蔚來推出兩款全鋁車身的純電動車型，紅旗 H9 采用全鋁底盤，其他大部分車企僅推出概念車，尚未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。歐美發(fā)達(dá)國家在汽車輕量化進(jìn)程上領(lǐng)先，重點(diǎn)在于其擁有較強(qiáng)的

4、輕合金焊接和異種材料連接工藝。奧迪、寶馬等高端車企都很重視先進(jìn)焊接工藝的應(yīng)用，比如，奧迪在新款 A8上首次采用了鋁合金電阻點(diǎn)焊、鋁合金激光焊、MIG 焊、摩擦焊元件焊接工藝等，全部車身連接工藝超過 10 種。寶馬則在 7 系白車身上連接碳纖維復(fù)合材料、鋁合金和高強(qiáng)鋼三種材料，應(yīng)用的成型技術(shù)超過 7 種，整車均衡減重 130 公斤。國內(nèi)車企輕量化正向設(shè)計追趕難度大。整車輕量化是各個系統(tǒng)整體的減重，需要對風(fēng)格、材料、工藝和技術(shù)進(jìn)行前瞻部署、整體優(yōu)化，是“牽一發(fā)而動全身”的正向設(shè)計，具有較大難度。目前，我國多數(shù)車企仍然聚焦于零部件輕量化設(shè)計，比如，奇瑞- 3 -和長城汽車致力于發(fā)動機(jī)減重、吉利汽車與

5、國外企業(yè)合作開展底盤降重研發(fā)工作，但針對整車的輕量化正向設(shè)計能力不足。雖然蔚來、奇瑞等車企推出了自己的輕量化汽車，但通常是參考了寶馬、保時捷、特斯拉等車型的“逆向設(shè)計”，受制于標(biāo)桿車限制，難以針對整體性能目標(biāo)制定相應(yīng)的技術(shù)路線。特斯拉、奧迪、寶馬等車企非常重視正向整體設(shè)計，詳細(xì)研究消費(fèi)者需求，并與輕量化相關(guān)的車身結(jié)構(gòu)、制造工藝、空氣動力學(xué)、人機(jī)工程學(xué)等技術(shù)相結(jié)合，細(xì)化開發(fā)流程與同步開發(fā)手段。比如，特斯拉為降低 MODEL 3 的整體重量，采用一體化壓鑄工藝，用 1-2 個大型部件替代了過去 70 個拼接的部件，并為此修改電氣化架構(gòu)布局，從而提高了生產(chǎn)效率，降低了資金成本和時間成本。（二）評價難

6、：國內(nèi)輕量化汽車數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)、評價體系的建設(shè)難以完善輕量化材料數(shù)據(jù)庫尚未打通。盡管自主品牌車企在汽車輕量化上做出了很大努力，但相關(guān)材料性能數(shù)據(jù)的收集、整理和應(yīng)用并不完善，與國外仍有較大差距。一方面，一些車企不是針對自身產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計相應(yīng)的新材料數(shù)據(jù)庫，而是過于依賴國外數(shù)據(jù)庫的試驗- 4 -數(shù)據(jù)。由于國外材料牌號與國內(nèi)有一定區(qū)別，且性能不一致，致使自身工藝數(shù)據(jù)收集不到位。另一方面，一些財力雄厚的大型車企通過購買大量其他品牌汽車做材料性能的拆解研究，建設(shè)周期長、研發(fā)成本高、重復(fù)工作多，造成了資源的消耗和浪費(fèi)。國外很多車企選擇以建立聯(lián)盟、建設(shè)創(chuàng)新中心等方式強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，利用不同地區(qū)和領(lǐng)域的資源與渠道，在車

7、輛輕量化研發(fā)和生產(chǎn)方面互相合作，提高研發(fā)費(fèi)用使用效率，從而降低成本。比如大眾北美公司加入美國“面向未來輕量化創(chuàng)新中心”，應(yīng)用輕量化金屬材料數(shù)據(jù)庫進(jìn)行研發(fā)，進(jìn)一步提升了汽車的輕量化水平。輕量化相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和評價體系缺乏。汽車輕量化是一個新命題，全球都在探索輕量化技術(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和評價體系。比如，寶馬提出了輕量化系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，目前作為評價白車身輕量化水平的指標(biāo)，被汽車行業(yè)普遍接受。蓮花提出了以整車名義密度評價整車輕量化水平。我國已形成團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)乘用車整車輕量化系數(shù)計算方法及地方標(biāo)準(zhǔn)純電動汽車輕量化設(shè)計通用技術(shù)條件等，但層次不高，國內(nèi)實(shí)際推廣應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的車企數(shù)量有限。在輕量化技術(shù)評價方面，國外通過舉辦國際會議的形

8、式，定期更新汽車輕- 5 -量化技術(shù)評價體系。比如，歐洲汽車車身會議（EuroCarBody）每年召開會議，對車身重量及材料占比、新材料應(yīng)用、焊接點(diǎn)數(shù)量、車身結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的連接方式等設(shè)計進(jìn)行討論評價。目前在我國則尚未形成有影響力的評價體系。（三）應(yīng)用難：部分輕量化新技術(shù)、新材料在汽車產(chǎn)業(yè)鏈難以應(yīng)用高校院所科研與市場脫節(jié)，輕量化研究成果難轉(zhuǎn)化。近年來，越來越多的院校加入車企輕量化技術(shù)研發(fā)，產(chǎn)學(xué)研合作不斷加深。但據(jù)反映，院校研究成果難以在產(chǎn)品上得到應(yīng)用。這是現(xiàn)行考核體系下“重論文、輕轉(zhuǎn)化”問題的表現(xiàn)。2019 年度中國科技論文統(tǒng)計結(jié)果顯示，我國熱點(diǎn)論文數(shù)量繼續(xù)保持世界第 2 位，增長率高達(dá) 30%，但

9、科研轉(zhuǎn)化率尚不足 5%。不少院校片面重視發(fā)表論文數(shù)量而非企業(yè)的真實(shí)需求，因此難以有的放矢。例如，我國汽車主機(jī)廠對鋁合金型材的焊接主要以弧焊、激光焊為主，但一些院校為了方便論文發(fā)表，更多關(guān)注子攪拌摩擦焊等先進(jìn)工藝，企業(yè)短時間難以應(yīng)用。另一方面，院校不了解真實(shí)的市場需求，科研人員很難真正形成具有轉(zhuǎn)化價值的研發(fā)成果，技術(shù)研發(fā)- 6 -活動在立項階段就可能與市場需求不一致。企業(yè)出于成本、周期等考慮，全新技術(shù)或新材料難以應(yīng)用。一方面，由于技術(shù)不成熟，輕量化新材料、新技術(shù)研發(fā)、制造和加工成本高，短期內(nèi)難以形成完善的產(chǎn)業(yè)鏈，應(yīng)用成本明顯上升。比如，碳纖維復(fù)合材料，僅原絲成本就高達(dá) 100-130 元/公斤，

10、目前只在超跑、賽車等高端車型上實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模應(yīng)用。另一方面，產(chǎn)業(yè)應(yīng)用周期長，不僅涉及汽車制造工藝的全面改進(jìn)，還包括相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的調(diào)整、人員技能培訓(xùn)等。比如，奧迪 1982 年就提出了全鋁車身設(shè)計項目，在之后的 20 多年，不斷改進(jìn)車身材質(zhì)、焊接工藝和框架設(shè)計，并推出多款概念車。通過四次技術(shù)迭代，才實(shí)現(xiàn)車身結(jié)構(gòu)逐步升級和車身重量顯著降低。二、解決汽車輕量化問題亟需實(shí)現(xiàn)“三個突破”（一）加強(qiáng)材料、工藝、設(shè)計三方面研究，突破輕量化“卡脖子”技術(shù)一是打破學(xué)科壁壘，形成系統(tǒng)性知識體系。通過優(yōu)化學(xué)科設(shè)置、支持科學(xué)家合作等方式，打通材料科學(xué)、拓?fù)鋵W(xué)、力學(xué)、成型技術(shù)等學(xué)科的界限，通過多學(xué)科融合，推動汽車輕量化問

11、題從- 7 -局部最優(yōu)解達(dá)到全局最優(yōu)解。二是整合行業(yè)資源，共同攻關(guān)工藝核心技術(shù)。用好國家科技攻關(guān)計劃、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)再造、智能制造等工程和專項，整合院校、材料企業(yè)和車企等科研資源，采取揭榜掛帥、賽馬等形式，攻關(guān)一批短板瓶頸、關(guān)鍵共性技術(shù)和工藝。三是優(yōu)化技術(shù)路線，提升整車輕量化正向設(shè)計水平。遵循汽車輕量化整車正向開發(fā)理念，研究制定科學(xué)合理的技術(shù)路線，通過技術(shù)對標(biāo)和整體規(guī)劃、汽車各系統(tǒng)協(xié)同輕量化設(shè)計、設(shè)定輕量化性能目標(biāo)、形成輕量化模型和實(shí)施方案等，自上而下逐步分解開展結(jié)構(gòu)設(shè)計、選材與工藝、裝配與連接的輕量化。（二）加強(qiáng)數(shù)據(jù)庫和評價體系建設(shè)，突破通用性、一致性難點(diǎn)一是推動汽車輕量化數(shù)據(jù)庫共享。建議整合各大

12、車企的企業(yè)級數(shù)據(jù)庫，以及汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟的汽車輕量化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)系統(tǒng)等現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫，參考軍工主干材料數(shù)據(jù)平臺方式，建立汽車輕量化主干材料數(shù)據(jù)庫。研究建立數(shù)據(jù)庫共享分成機(jī)制，規(guī)范輕量化材料和部件的研制與生產(chǎn)，滿足車企選材用件的通用性要求。比如，規(guī)定凡承擔(dān)由政府資金支持的科研和產(chǎn)- 8 -業(yè)化項目，均須共享在項目研究、試驗過程中形成的數(shù)據(jù)。二是完善汽車輕量化標(biāo)準(zhǔn)。建議進(jìn)一步加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)，推動地方標(biāo)準(zhǔn)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)升級，對標(biāo)國際標(biāo)準(zhǔn)，組織研制汽車輕量化設(shè)計、工藝、水平評估的國家標(biāo)準(zhǔn)。同時，加強(qiáng)降油耗、減排放等政策驅(qū)動作用，推動更多車企執(zhí)行更高水平的輕量化標(biāo)準(zhǔn)。三是用好高端平臺建立評價體系。以汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟等單位為主體，通過國際汽車輕量化大會等高層次平臺，聚集國內(nèi)外輕量化企業(yè)，展示汽車輕量化最新產(chǎn)品，開展汽車輕量化水平評估，把握前沿技術(shù)趨勢。（三）加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)合作，突破產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用“死亡谷”一是豐富合作形式。鼓勵由汽車主機(jī)廠牽頭發(fā)起，與鋼鐵、有色、碳纖維等企業(yè)開展戰(zhàn)略合作，比如組建輕量化材料聯(lián)合實(shí)驗室、開展車型和樣件開發(fā)合作、共建集中采購平臺、共建零部件制造基地等，密切上下游技術(shù)對接和供需