国内高端进口品牌车型轻量化技术解析

1宝马CFRP车身解析

　　　宝马第六代7系将于10月24日登陆国内市场，德系三强ABB的新款旗舰车型都已进行了重大升级改进，科技进步不止，战斗不息。在此我们就来对ABB的轻量化车身做一个分析，同时也探讨一下奔驰W222新S为何缺席轻量化车身。

　　宝马全新第六代7系G11（标准轴距版）/G12（长轴距版）带着武装到牙齿的高科技装备即将与10月24日登陆国内市场。此次的全新7系是首次应用了CFRP（Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic碳纤维增强复合材料），也是将CFRP首次推入大规模工业量产的车型。

△ 全新7系不仅仅是BMW高效动力策略（BMW EfficientDynamics）的又一次全新阐释，更是宝马Intelligent Lightweight Design（宝马智能轻量化设计）的形象写真。

　　为什么说是宝马Intelligent Lightweight Design（宝马智能轻量化设计）的形象写真呢？全新7系相比上一代车型在这车总质量上降低了130kg。而白车相比上一代车型降低了40kg质量。

△ 同时全新7系的车身结构还是CFRP结合了Steel（钢材）、Carbon Fibre（碳纤维）和Aluminum（铝）打造而来的。图中橘黄色标识亮白色部分为铝材（本文中的铝代表铝合金材质），红色标识黑色部分为碳纤维，而蓝色标识灰色部分为钢材。

△ 在车身结构中部分碳纤维组成结构示意图，在需要承受标称力的部件上，碳纤维材质结构会作为支撑以及主要吸能部分。

△ 而钢材则会作为保持车身形状的支撑结构，与碳纤维或者是铝材进行配合。

△ 而铝材则一方面积极的配合车身的减重需要，另一方面也是与其他材料相辅相成。

　　其实CFRP材料已经有了一定的年头，只不过使用范围都多集中在航空航天以及军事科研领域，如大名鼎鼎的AH-64D（长弓阿帕奇武装直升机）以及Boeing 787（梦想客机）都是大范围使用CFRP材料的典型。

△ 在航空领域作为首款大规模应用CFRP的量产新型客机，波音787使用物料(按重量)组成为:61℅复合物料(碳纤维)，20℅铝，11℅钛，8℅钢。按体积，占787全机物料的80℅均为CFRP。

　　不同于以往的单纯对碳纤维材质的追捧，目前CFRP方案更加高效，同时在一定程度上也构成了更加符合工业产品本身使用习惯的智能化结构。

△ 在制造工艺方面，CFRP不是单纯的碳纤维复杂结构成型等，需要高耗时高成本投入，宝马Intelligent Lightweight Design（宝马智能轻量化设计）根据实际的车身需要计算出了一个十分完美的材料分配方案，在底层结构支撑基础上使用钢材，同时根据力学性能的需要再钢材表面加附碳纤维板材，并通过螺栓以及粘接剂紧固连接两者。

△ 例如在车身的B柱位置，由于希望提高对驾驶舱发生碰撞后的保护功能，故在钢材质车身主体结构上加附了碳纤维板材。

△ 这样再遭遇撞击时B柱并不会和碳纤维加强件一起溃缩，反而此处的碳纤维加强型塑料能够和钢材一起分散撞击产生的能量，但是碳纤维也只是其中起作用的一种材质而已。

　　作为即将在国内上市的车型，全新7系智能化结构的CFRP车身确实让我们眼前一亮。那么其他两家的呢？请往后看！

2奥迪ASF空间框架结构车身

　　奥迪在国内销售的旗舰车型A8L虽然保持在第三代车型，但是历经了年度改款车型的升级与改进也有了十分大的进步，其ASF（Audi Space frame奥迪空间框架结构）车身则是奥迪对于汽车轻量化设计的理解与阐释。

△ 目前生产的一汽大众奥迪A8L车型是奥迪A8家族的第三代车型后期改款，未来全新A8车型或将在2017年亮相。同时与宝马所用的CFRP作为车身结构不同的是，奥迪ASF则是在走铝合金中控铸造的方向上渐行渐远。

△ 在A8L上所使用的ASF车身结构的基础大型部件时采用了Vacunm Structural Csating（真空结构铸造）技术，同时使用的材质为铝合金材质。

　　在此笔者想提到的就是捷豹，捷豹全新XE车型也是其首款使用了全铝结构车身的车型，捷豹的全铝结构车身与奥迪ASF技术在使用的材质上是比较类似的，都是铝合金。但是在制造工艺以及焊接粘合等方面是不同的。

△ 奥迪的ASF除了车身基础部件采用了Vacunm Structural Csating（真空结构铸造）技术外，其车顶以及A柱和C柱位置部件都采用了Extrusion profiles（挤压成型）的制造工艺，材质同样为铝合金材质。然后加附上图中红色的Sheet Aluminum（铝合金板材）。

　　虽然大部分的结构都为铝合金材质，但是高强度钢材也没有被遗忘。

△ 在对整车安全影响较大的B柱区域，奥迪ASF车身继续使用的是高强度钢材。

　　奥迪空间框架结构就像一副生物骨架，其中每块“骨头”既相互独立又相互辅佐，从而使构成车身的各个部件都具有最轻的重量和最优化的性能，让整个车身完美和谐地统一起来。

△ 同时再制造ASF车身的过程中，最让奥迪感到自豪的莫过于激光焊接技术了。这是一个极其精密的工艺流程，允许误差只有0.1毫米。例如，奥迪A8车身两侧的车顶和车身侧面之间各有1.8米长的无缝焊接铝板，便是使用激光焊接工艺制作而成。在完成激光焊接工艺后还会对焊接表面进行抛光处理。

　　同时考虑到环保方面的因素，奥迪A8 L车型的ASF车身上59%的铝材可以被经行回收再利用。

　　稍早与宝马，奔驰旗舰级车型S级的第十代W222在2013年就开始进入国内市场进行销售，对于后排乘坐体验十分注重的奔驰势必要在车身这个方向上有着自己最深厚的见解。

△ 由于设计理念的决定，奔驰新S级W222势必要有着自己独到的对于汽车的理解在其中，要不然岂不是辜负了“我们再次发明汽车”这句口号。

　　对于安全性以及乘坐舒适性的考量在奔驰新S级的设计中所占的权重相当的大，新S级车身结构基本上使用的是高强度钢材，铝合金材质的使用只是在车身的发动机舱盖、车门以及后备厢出使用，这些部位目前市面上的绝大部分车型也都是在使用铝合金材质。因此梅赛德斯·奔驰在旗舰车型上的轻量化程度并不是很高。

△ 图为梅赛德斯·奔驰新S级W222车身材料示意图，车架结构大规模采用的是高强度钢材，在外表面的车身重才使用到了铝合金材质。

　　通过上表我们也看出，新S在车身尺寸并不是压倒性的优势面前，其整车质量也高于另外两款车型不少。看来大奔还是最注重的乘坐舒适感啊，不仅如此新S装备的MBC（Magic Body Control魔幻车身控制系统）也是在尽量的压低重心的高度以获得最佳的乘坐舒适性体验。

　　因此，梅赛德斯·奔驰是真的在技术上实现轻量化车身结构遇到了困难吗？当然不是，早些年的奔驰SLR迈凯伦高性能跑车几乎完全使用了CFRP材料制成。

△ 图为梅赛德斯·奔驰在2008年推出的SLR迈凯伦高性能跑车敞篷版。该车的车身大规模的使用了CFRP材质。 

　　这里我们也许能感触到为什么新S没用快速步入轻量化车身时代，因为对乘坐舒适度的极高要求以及在极端碰撞条件下的车身稳定性考虑，奔驰旗舰车型依然保持着高强度刚才结构车身。不过不能不提的是宝马对于碳纤维工业化量产所作出的积极努力，目前控股SGL Carbon SE一共37%的股份，其CFRP材质需要从日本大竹到美国摩西湖，再到德国瓦克斯多夫、兰茨胡特以及莱比锡的三个国家五条生产线共同完成的。

　　总结：面对全新7系的CFRP结构车身以及奥迪的ASF空间框架结构车身的轻量化技术，奔驰并没有过于内敛不卑不吭，因为车身轻量化对于整车带来的提高很多是加速性能的提升以及排放的降低，但时同时成本大范围攀升，也带来了一定的环保回收新材料问题。需要提高车辆加速能力不应该完全依赖于轻量化的车身，更加合理的空气动力学设计也是必不可少的，奔驰新S级0.23的风阻系数就值得大家学习，同时高速行驶时的车辆稳定性等也都需要车身质量的平衡。所以说奔驰也没有偷懒，毕竟咱们还是要保持自己“汽车发明者”的身份！