一、輕量化是降能耗、控成本、重設(shè)計的關(guān)鍵體現(xiàn)

經(jīng)過十年高速增長，截止到 2019年 10 月份，汽車消費增速顯著下滑，已經(jīng)連續(xù)十六個月同比負增長，整體進入行業(yè)調(diào)整期。2019 年前三季度同比下滑-10.2%，消費需求偏低。但是環(huán)比來看，從 8 月份開始，8、9、10 月三個月環(huán)比增長分別為 8.2%、16%和 0.6%，均實現(xiàn)正增長，但回暖趨勢不明顯。即使今年以來包括工信部等國務(wù)院各部門陸續(xù)發(fā)布了多項政策指導(dǎo)，但行情未見明顯改善，缺少市場增長的有效觸發(fā)點。

根據(jù)對市場上 700 多臺不同級別乘用車的重量和尺寸信息匯總，以重量比體積系數(shù)作為對比數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)越低，則輕量化水平越高。從數(shù)據(jù)上可以看出， 37%的 A 級轎車、35%的 B 級轎車以及 45%的 C 級轎車重量比體積系數(shù)較高，存在有較大提升空間；而SUV 中同樣有 30%~40%的比例期待提升。

（一）整車能耗要求日趨嚴苛，輕量化是直接關(guān)聯(lián)因素

節(jié)能水平歷來是汽車企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)需重點面對的焦點，隨著汽車電動化的發(fā)展，降低整車能耗水平就變得越來越重要。

從政策層面看，目前新能源補貼加快退坡，補貼更加關(guān)注續(xù)駛里程高、電池質(zhì)量能量密度大、整車能耗水平低的方面，特別是工信部于 2019 年 7 月發(fā)布《乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》修正案（征求意見稿），同樣鼓勵企業(yè)研發(fā)先進低油耗車，推動傳統(tǒng)車轉(zhuǎn)型，與新能源車協(xié)同發(fā)展，避免了單純依靠純電動車分擔(dān)積分壓力現(xiàn)象，實現(xiàn)節(jié)能目的。

從理論經(jīng)驗上看，汽車在運行時，需要克服一系列阻力， 包括滾動阻力，空氣阻力，坡道阻力，加速阻力等，除空氣阻力外，其他都跟車重直接關(guān)聯(lián)。此外，從整車能耗來看，影響整車能耗水平的因素除了行駛阻力因素外，還有空調(diào)性能、熱管理及電子電器附件的影響，而輕量化對能耗影響明顯，整車大約有 1/3 的能耗是跟重量密切相關(guān)的。對于當(dāng)前市場上在售的普通汽油機車來說，保守估計，重量每減輕 100Kg，油耗降低3%~5%左右；而純電動車續(xù)駛里程可以提高 3%~5%左右。

（二）輕量化是企業(yè)控制成本的主要路徑，體現(xiàn)核心設(shè)計能力

從整車來看，各大系統(tǒng)所用材料無非就是各種鋼材、鑄鐵、塑料、橡膠、鋁制件、鎂合金、玻璃和少量其他材料，以及高檔車上采用的碳纖維等材料。其中又以各種鋼材、塑料及純電動車的電芯材料所占比例較多。

對于純電動車，電池包所占比重極大，占比大約在 1/4~1/3，比如特斯拉 Model S采用全鋁車身，電池組大約占比 1/4。因此，電池包輕量化是重中之重。要實現(xiàn)電池包輕量化，一方面要降低模組箱體的重量，通過改善材料及制造工藝，優(yōu)化設(shè)計實現(xiàn)；另一方面，要降低電芯的重量，通過提升電池能量密度來實現(xiàn)，這部分是目前純電動車開發(fā)的核心所在。工信部在 2017 年 12 月頒布的《促進汽車動力電池發(fā)展行動方案》提出，到 2020年新型動力電池的能量密度要達到 300Wh/Kg，2025年要達到 500Wh/Kg，2019年天津力神研制的 NCA 電池已經(jīng)達到 303Wh/Kg，已經(jīng)達到方案要求；2018 年 1 月國家制造強國建設(shè)戰(zhàn)略咨詢委員會又發(fā)布了《<中國制造 2025>重點領(lǐng)域技術(shù)路線圖（2017版）》，提出 2020、2025、2030 年單體能量密度分別達到 350、400、500Wh/Kg。

未來，各國普遍看好固態(tài)鋰電池和三元富鋰電池的發(fā)展，相比較傳統(tǒng)鋰電池，固態(tài)鋰電池在安全性、能量密度上都有明顯提高，并且有一定產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)條件。目前，蜂巢能源正在開發(fā)的全新固態(tài)電池能量密度將超越 300Wh/kg。

隨著各整車企業(yè)對成本的精細化管理、規(guī)模效應(yīng)的體現(xiàn)，國內(nèi)汽車單車成本逐年降低。從原材料價格來看，雖然鎂合金材料呈下降走勢，但鋁合金、聚丙烯腈、塑料和橡膠的價格近兩年相對穩(wěn)定。當(dāng)前部分中低端車普遍從設(shè)計及集成方面開展輕量化工作，而對于中高端車及純電動車規(guī)模化采用輕量化材料，有助于拉動上游產(chǎn)業(yè)加快新材料及工藝開發(fā)的突破，形成產(chǎn)業(yè)鏈相互促進發(fā)展。

（三）滿足消費者對車輛性能的要求

除了能耗、排放、成本因素外，整車重量也影響了車輛的加速、制動、操控、安全、振動噪聲等性能，這些性能影響消費者對車輛的屬性感知和購車訴求。

我們統(tǒng)計了乘用車市場對購車期望以及滿意度的數(shù)據(jù)，TOP15 中有八項跟輕量化直接相關(guān)。這些因素一方面影響了消費者在試乘試駕時對車輛的直觀感受，從而影響其購車欲望；另一方面，也影響了已購車用戶的口碑傳遞。因此，一臺優(yōu)秀輕量化水平的車子，是能夠兼顧到車輛各個方面的性能要求。

（四）全球范圍內(nèi)輕量化新技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用

從全球范圍內(nèi)來看，輕量化有如下方向：現(xiàn)有鋼制材料優(yōu)化、成型工藝的輕量化；新型復(fù)合材料的替代；碳纖維的推廣；鋁鎂合金件應(yīng)用范圍持續(xù)擴大；系統(tǒng)集成化深度發(fā)展。

國內(nèi)市場在售的以鋁合金材料為主車型有：蔚來 ES8/ES6，凱迪拉克 CT6、奇瑞捷豹 XEL/XFL、特斯拉 MODEL S、奧迪 A8 等。其中凱迪拉克 CT6 鋁合金應(yīng)用比例 62%，高強鋼及熱成型鋼占比 31%；寶馬七系采用了碳纖維、鋁合金、高強鋼復(fù)合材料，白車身大約減重 40Kg；奧迪 A8 也是采用了碳纖維、鋁合金、高強鋼等混合材料。

（五）國家政策支持

近年來，工信部等陸續(xù)出臺了一系列相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策，立足于原材料和成型加工，開展高強鋼、鋁合金/鎂合金材料、高性能工程塑料、纖維復(fù)合材料的突破開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，特別是固態(tài)電池、電池模塊、車身、底盤件、部分內(nèi)飾件和電機電驅(qū)等零部件方面，支持拉動輕量化的發(fā)展。

二、傳統(tǒng)材料和新材料齊驅(qū)并進，結(jié)合新能源集成能力，實現(xiàn)輕量化

要實現(xiàn)輕量化，需要從整車系統(tǒng)各個維度，結(jié)合新材料、新工藝、新設(shè)計思路進行深度擴展。

（一）關(guān)注整車輕量化重點區(qū)域

傳統(tǒng)燃油車整個車身系統(tǒng)重量占比大約 30%，而白車身重量大約占整車 15%~18%左右。車身輕量化主要發(fā)展了四個階段：普通鋼制車身、高強鋼車身、鋼鋁混合車身和鋁合金/碳纖維等多種材料復(fù)合車身；目前大部分車身還是采用了鋼制材料，混合結(jié)構(gòu)或者全鋁車身占比很小，從全球范圍來看，大約是 15%和 12%。主要還是當(dāng)前鋼的加工成熟穩(wěn)定可靠，成本優(yōu)勢大。實現(xiàn)車身輕量化主要是從材料選擇、成型方式、鈑金件連接方式、阻尼及加強材料方面考慮。

其次，對于配置有傳統(tǒng)燃油機的汽車來講，動力系統(tǒng)對重量的貢獻有 20%以上。這里面有內(nèi)燃機、變速箱、進排氣系統(tǒng)、傳動軸和供油系統(tǒng)等，涉及到的零件復(fù)雜，對材料的要求也高，輕量化集中在發(fā)動機、變速箱和傳動系統(tǒng)等方面，比如上汽 SGE1.5T 發(fā)動機采用鋁合金缸體缸蓋、集成式排氣歧管、塑料進氣歧管、沖壓件油底殼等，可以實現(xiàn)發(fā)動機減重 10%以上。

底盤系統(tǒng)也是實現(xiàn)輕量化的關(guān)鍵路徑。一般來講，底盤由傳動、行駛、轉(zhuǎn)向和制動四大系統(tǒng)組成，而行駛系統(tǒng)則是四大系統(tǒng)中重量占比最大的。比如副車架和前下擺臂采用鋁合金材料或者高強鋼沖壓件，轉(zhuǎn)向節(jié)采用鋁合金材料等，都可以有效實現(xiàn)輕量化。

內(nèi)外飾系統(tǒng)輕量化也體現(xiàn)在了材料選擇和成型工藝上。比如選擇低密度材料、不等厚度成型、鎂鋁合金儀表板骨架等方案。

此外，純電動汽車的輕量化，更多的焦點集中在電池和電驅(qū)系統(tǒng)上，特別是電池系統(tǒng)，一方面是電池模組的重量，一方面是箱體等附件的重量。根據(jù)統(tǒng)計，傳祺 AION LX，東風(fēng)啟辰 T60EV，廣汽豐田 iA5 三款車的能量密度都是比較高的，而且三者都搭載了寧德時代(93.000, 3.30, 3.68%) NCM811 電池，其中傳祺 AION LX 電池包能量密度最大為 176Wh/Kg，但是距《促進汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》提出的 2020 年電池包能量密度達到 260Wh/Kg差距還很明顯。所以，需要從上述兩個方面同步開展，既要提升電芯能量密度，也要做好箱體等結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，采用更輕質(zhì)的高強度材料，更好的集成化設(shè)計方案。

（二）從零件實現(xiàn)三個維度入手

1、材料選擇實現(xiàn)輕量化

通過選擇高強鋼、輕質(zhì)材料，以及不同材料的組合實現(xiàn)。對于鋼制材料，提升高強鋼、超高強鋼應(yīng)用比例，可以降低材料厚度。一般這類材料用在部分外板件和車身結(jié)構(gòu)件上，比如立柱、車身縱梁、車頂橫梁、各防撞梁等。美歐系應(yīng)用比例較高，大約在 60%以上。

對于輕質(zhì)材料，有輕合金金屬、新型塑料和纖維增強復(fù)合材料等，是實現(xiàn)輕量化的重要路徑；同時因地制宜，根據(jù)功能需要選擇合適材料，或者多種材料聯(lián)合的方案，同時兼顧到成本、售后等方面。鋁合金的應(yīng)用除了上文提到的之外，還有引擎蓋、尾門、保險杠橫梁等，是除了鋼外的應(yīng)用最廣的金屬材料；鎂合金在方向盤骨架、儀表板骨架、座椅骨架、傳動系、底盤系等零件上有應(yīng)用；而塑料的應(yīng)用也逐漸增多，比如冷卻模塊框架、進氣歧管、尾門內(nèi)部結(jié)構(gòu)等，大約有 50%的減重效果。不過碳纖維復(fù)合材料由于成本昂貴，目前除了高級豪華車、跑車和部分高端電動車外，其他應(yīng)用還比較有限。

2、制造工藝優(yōu)化實現(xiàn)輕量化

選擇先進的制造工藝，不僅可以實現(xiàn)輕量化，也有效提高了生產(chǎn)效率，降低了零件成本。成型工藝方面，有熱成型、液壓成型、內(nèi)高壓成型、輥壓成型、變厚度成型方案等；連接技術(shù)方面，有激光焊，結(jié)構(gòu)膠粘接等，通過這些方案可以減少零件數(shù)量，提高材料利用率，提升零件剛度，實現(xiàn)輕量化。

比如副車架制造方面，對高強鋼進行一體液壓成型，在不降低零件剛度情況下，減少了零件數(shù)量，重量可以減輕 5~10%。而不等厚度工藝，除了鋼板外，在內(nèi)飾件上也有廣泛應(yīng)用，比如前圍內(nèi)部隔音墊采用的 EVA 材料，根據(jù)設(shè)計需要，不同區(qū)域采用不同厚度成型方案，預(yù)計可以實現(xiàn) 25%的輕量化。

3、面向輕量化的設(shè)計開發(fā)是實現(xiàn)輕量化的最主要途徑和出發(fā)點

輕量化設(shè)計開發(fā)，不僅包含零件本身的設(shè)計，也包括系統(tǒng)和整車的集成開發(fā)，這是一個企業(yè)的具有自主開發(fā)能力的核心體現(xiàn)。一方面既要保證有效的減重，又要考慮到整車和零部件的強度、剛度和耐久等性能不因減重而受影響；另一方面，系統(tǒng)集成水平的提高也有助于提升輕量化水平。比如寧德時代最新的電池集成技術(shù)，實現(xiàn)了整車減重250Kg；比亞迪(43.370, -0.11, -0.25%) e2 的電驅(qū)技術(shù)集成實現(xiàn)了 25%的減重；電動公交車的輪邊電機也替代了傳動軸等零件，整體重量可以減輕 250~500Kg。

對于車身輕量化設(shè)計評價，按照目前汽車行業(yè)內(nèi)比較通用的公式，即輕量化系數(shù)計算公式，該公式為輕量化系數(shù)=白車身重量/（扭轉(zhuǎn)剛度*正投影面積），能用來對比評價不同廠家的設(shè)計水平，即在同級別車型中，白車身重量越低，扭轉(zhuǎn)剛度越高，輕量化系數(shù)越小，車身設(shè)計越好，反之越差。從歐洲汽車車身會議歷年輕量化系數(shù)平均值來看，表現(xiàn)出總體趨小的趨勢。

面向輕量化的設(shè)計，除了車身件外，還有底盤車架等，這些零件的連續(xù)拓撲優(yōu)化，已經(jīng)比較成熟，但是涉及到整車非線性、離散結(jié)構(gòu)，還需要跟實車實驗結(jié)合，作進一步完善，這也是跟企業(yè)的開發(fā)能力和經(jīng)驗積累密切相關(guān)。

三、順勢而為，抓住輕量化發(fā)展機遇

外資企業(yè)持續(xù)注入，為新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展激發(fā)了新的活力，是輕量化發(fā)展必需增量。隨著特斯拉上海臨港(24.200, 0.07, 0.29%)工廠的投產(chǎn)，上汽大眾 MEB 平臺的國產(chǎn)化的推進等，作為新能源車關(guān)鍵技術(shù)需求的輕量化，是始終繞不開的話題。目前幾大車企都已在國內(nèi)設(shè)立合資或者獨資新能源項目，將會帶動新一輪行業(yè)發(fā)展。

大眾 MEB 平臺全稱為"電動車模塊化平臺"，是大眾汽車集團首款為大規(guī)模生產(chǎn)而開發(fā)的純電動車平臺。該平臺采用平板式電池模組布置方式，使車輛擁有更長軸距與更短前后懸尺寸，軸距和同級別傳統(tǒng)燃油車相比有很大提升，車輛內(nèi)部空間更寬敞；沒有中央地臺，后排乘客可享受舒適腿部空間；電池包完全嵌入車底，顯著降低車輛重心，實現(xiàn)接近 50：50 的前后重量分配；該平臺擴展性強，可以根據(jù)不同車型用途，配置不同容量電池；支持快速充電，15-30 分鐘內(nèi)可充滿 80%電量；動力電池采用輕量化鋁制零件，配有集成式冷卻系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)，大幅度提高電池防護水平和安全性；智能網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)集成創(chuàng)新，實時在線。

從國家產(chǎn)業(yè)政策上看，《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》征求意見稿，進一步指明了未來十五年發(fā)展的思路，2025 年銷量要達到整個市場銷量的 25%。如果以當(dāng)前新能源車市場銷量來估計，預(yù)計每年要有 40%的增長率，空間廣闊，不排除后續(xù)會有相對應(yīng)的持續(xù)支持。特別是純電動車，占據(jù)了新能源市場銷量的 80%。該意見稿在當(dāng)前新能源銷量低迷時發(fā)布，無疑是一注強心劑，堅定了"市場主導(dǎo)、創(chuàng)新驅(qū)動、協(xié)調(diào)推進、開放發(fā)展"的基本原則。

根據(jù)節(jié)能與新能源車制造技術(shù)路線圖，按照到 2025 年鋁合金單車用量達到 250Kg來計，疊加其他成本，單車成本大約 5700 元，那么保守估計，五年內(nèi)鋁制件的市場需求量至少為 400 億元。

支持零部件輕量化的中上游企業(yè)比較多，有車身件、底盤件、內(nèi)飾件以及動力電池零件等，我們重點關(guān)注金屬件和部分內(nèi)飾件的標(biāo)的。