【奥迪100怎么减重车身】电动车减肥三部曲

在 F1名人堂中，科林查普曼是一位不像恩佐法拉利那么有名但绕不开的风云人物，20岁时创立了超级品牌“路特斯”，名下的车队在7年时间里获得F1年冠军。

与恩佐法拉利不同，查普曼不喜欢用马力论英雄，而是将驾驶工程和战斗机的经验运用到车身设计中，取得了巨大成功。用他的话来说：“大麻力可以使你在直线上快速，但轻量化可以使你在任何地方快速！”“。翻译成现代汉语：“宁愿少10马力，少1公斤。" "

但遗憾的是，查普曼于1982年因病去世，路德斯这个品牌也辗转美国人、意大利人和马来西亚人的手，没有人想到路德斯会成为特斯拉罗德斯的“缪斯”。不是电气化造诣，而是轻量化设计。

电动车卸下了发动机和变速箱，但电池这个大块头增加了，反而变得更重，对轻量化的需求尤为迫切。

例如，对于第一代Roadster，为了达到约400公里的寿命，将6831个小型圆柱形电池背在背上，320公斤加上线束、冷却系统、BMS、托盘和上壳，电池组的总重量达500公斤。一台发动机上的变速箱和冷却系统也只有30个。

为了让Roadster跑得更远更快，工程师们从Louthers那里得到了很多灵感，比如车身结构调整和碳纤维材料的使用，最终得到了100公里3.6秒的加速度，扫除了对电动车“不丑不坏”的刻板印象。(莎士比亚，哈姆雷特，《汽车名言》)。

在汽车行业，减肥可以带来立竿见影的效果。也就是说，车身重量每减少10%，油耗就减少6% ~ 8%，加速时间减少8%，排放量减少10%，制动距离减少5%。但是代价也不小。要同时改变材料、结构、工艺，动员全身。

燃油车时代，只有豪华品牌或性能车才能追求“魔鬼身材”。好像在回答奥运会加分问题。在电气时代，身材荒唐地增加了数百公斤，所以减肥成为摆在车企面前的必要答案。

01

车身：吸脂口

1985年，在德国汉诺威展会上，两名苗条的女子无力地举起奥迪100的铝车身，推开车身轻量化的第一个任意球。

在此之前，铝合金主要用于航空领域，其成分一度在德国被认为是国家机密，然后慢慢进入车内。与传统低碳铁相比，铝合金轻三分之一，弹性和可塑性更好，在发生碰撞时能更好地吸收衰变(即通过变形分散碰撞动能)。

然而，新材料想被量产车接受，但只要性能出色就不够。换新材料需要新工艺或结构。只有三者默契，才能在“质量-成本-性能”之间取得平衡。

自 8年以来，奥迪在汉诺威展会上正式推出了Audi空间框架(ASF)概念车。这辆没有涂层的车闪着耀眼的银光，也是A8的原型。1994年，采用全铝车身的第一代奥迪A8正式量产，其重量比上一代主力车轻248公斤。

这主要得益于ASF的结构设计。核心逻辑是将适当的材料放在适当的位置。例如，在诸如A、B、大梁等位置，可以用高强度材料从其他地方选择成本较低的钢材，从而在不影响碰撞要求和车辆性能的情况下最小化构件的重量。

全铝车身和ASF结构设计使工艺变差。

传统的低碳钢主要采用电阻焊接，成本低，速度快，但与铝合金不一致。到1999年为止，奥迪A2首次使用激光焊接，大大解决了铝合金材料的连接困难，推进了铝合金车体的应用。

随着时间的推移，高强度钢、镁合金、钛合金、碳纤维复合材料等越来越多的轻质材料也陆续上车。对于汽车企业来说，车身的材料越丰富，工艺上的连接就越困难，结构设计也就越复杂。

例如，最新一代奥迪A8不再是铝车身，而是使用了包括碳纤维、镁合金在内的4种材料，铝合金比重为58%，甚至重量进行了比较。

上一代重了约50公斤。但这并不代表轻量化不再重要，而是另有其因。

一方面是因为像碳纤维这样的材料依然有些高攀不起，每公斤约为120到200元，相当于铝合金的4倍，而且用在生产上效率也比冲压低不少。另一方面，车企在结构和连接工艺上不断取得突破，可以将不同材料用到极致，增强刚度和安全性的同时也能降低成本，从而获得一个“完美身材”，算下来，比全铝更划算。

新一代奥迪A8车身材料构成

换句话说，工艺可以通过组合加工的方式，弥补材料本身的缺陷。

随着电动车开始普及，车企不能只追求极致的性能，也要考虑赚钱问题。因此，材料也出现“降级”，比如，2018年宝马推出了新款i3，为了扩大销量，车身从碳纤维变成了铝合金；特斯拉Model 3的车身也从之前的全铝变成了钢铝混合（铝占比约为20%）。

这时就轮到工艺发挥作用了。

02

压铸：八块腹肌

2020年9月22日，马斯克宣布Model Y将采用一体式压铸后地板总成，零部件从80个变成2个，焊点从之前的700-800个减少到50个，原料回收利用率可以达到95%以上。一顿操作下来，车体总重量降低了30%。

某种程度上，特斯拉选择一体化压铸技术既是一种无奈之举，也是一种冒险。

压铸工艺在汽车制造中早已有之，其原理简单来说类似于将熔融的金属注入磨具，等待冷却后就得到一个成型的金属铸件。但因为在成型过程中的热胀冷缩容易出现误差，应用范围比较有限，传统车企的压铸件往往替代的是非结构件，在大型结构件上试水一体化压铸，这还是第一次。

特斯拉这次工艺升级，相当于把一个圆鼓鼓的肚子直接压出了八块腹肌，省掉了健身跑步这个环节。

一体化压铸将冲压和焊接两个工艺合并，简化了白车身的制造过程，而且零部件数量骤减也降低了模具开发和组装成本，并且大幅减少了机器人的使用。同时，一台压铸机占地仅100平方米。根据马斯克所述，采用大型压铸机后特斯拉工厂的占地面积减少了30%，算下来制造成本下降了40%。

这种做法不仅对冲了Model 3车身从全铝变成钢铝混合之后增重所带来的不利影响，而且能进一步提升生产效率，扩大销量。

虽然一体化压铸是新技术，设备、材料、工艺以及成本都存在不确定性和挑战，但这并不妨碍汽车行业过去两年刮起了一股压铸风暴，包括蔚来、小鹏、华人运通这样的新势力，也包括电动化转型比较激进的沃尔沃，都在主动拥抱这种新技术。

总的来说，一体化压铸是对传统汽车制造工艺的一次巨大变革。它的作用并不限于给车身减重，而是对汽车生产效率的一次体系化升级。

03

三电：优化骨架

在一辆电动车中，电池、电机和电控占了总重量的20-40%，随着减重需求的迫切，这头“房间里的大象”来到了台前。

按照传统思路，第一反应就是换材料。比如将电池Pack壳体从钢材变成铝材。早在2019年，宁德时代就宣称将航空级别的“7系铝”用在电池包下箱体，这样做能让整车质量减少250公斤，电池系统能量密度提升50%[12]。

其次是结构设计，化零为整。比如比亚迪的“八合一”电驱系统通过将不同模块集成化，可以实现在相同功率下，零部件体积减小20%，重量降低15%。此外，通用的奥特能（Ultium）纯电动平台通过无线BMS系统，也能够减少90%的线束布置。

但这些并没有触及电池包减重的核心。电池包有两个显著的特点：一是电芯重量占据了六成以上；二则是它的层级复杂，不仅包括成百上千的电芯打包成的模组，还有BMS、冷却系统、高压线束以及外壳等。

因此，最有效的减肥是对症下药。相比于在壳体和BMS上的边际改善，改变电芯形状和整个pack的成组方式才能优化骨架。另外，想要提升系统能量密度，最简单有效的办法就是去中介，减少中间结构件的数量。

2020年，比亚迪推出刀片电池，又长又薄的单体电芯形如刀片，直接跳过了模组环节，将电芯集成电池包（Pack），这就是所谓的CTP（Cell To Pack）。宁德时代、蜂巢能源等其他同行也采取了同样的设计思路。

虽然CTP省掉了模组，但上百公斤重的外壳却依然存在，这时候业内出现了一种更大胆的思路：既然电池是平铺在车辆底部，为何不干脆把车身地板当作电池壳，把车身、电池和底盘集成一个整体，将电池直接做成整车结构件。

这种想法多少有些“第一性原理”的意思，相当于把电池看作是汽油，把车身和底盘中间的空间看作是油箱。用马斯克的话来说就是：“没必要在盒子里面再装一个盒子。”

2020年，特斯拉官宣了CTC技术。马斯克表示，采用了这项技术之后，可以省掉370个零部件，能为车身减重10%，每瓦时电池成本也将下降7%。去年10月的柏林超级工厂发布会上，特斯拉对外亮相了4680的电池组，它可以直接作为车身结构的一部分。

相比于CTP，CTC不仅可以将系统能量密度提升了一个层次，更重要的是它的出现可以让电池厂突破电池包的范畴，直接将技术延伸到底盘开发，而这是整车最关键的零部件。

国内最早提出这个想法的则是曾毓群。2021年年初，宁德时代宣布将于2025年前后推出CTC（Cell To Chassis）技术，将电芯和底盘集成在一起，能让电动车续航里程达到800公里以上。

如果把换材料和结构设计比作是想办法让一个人的衣服变得更轻，那么已经量产的CTP和指日可待的CTC则是在想办法降低人本身的体脂率。

04

尾声

知乎上有人提过一个问题：“100 米短跑提高 0.1 秒有多难？”

国内最有资格回复这个问题的苏炳添亲自作答：“那太难了。0.1秒可厉害啦，提高0.01秒都有点难。我从9.99到9.91（提高0.08秒）用了3年时间吧。”

同样的道理也可以适用于电动车系统能量密度和减重问题上，续航从300公里到600公里相对容易，但越往后技术突破难度就越大，边际改善的成本也就越高。

但这不意味着就不用再啃这根硬骨头了，相反，越难的事越要去做，因为新能源车革命从不可能一蹴而就，而是在一点一滴中从量变实现质变的。

[1] 汽车轻量化及一体化压铸件行业分析，东方证券

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[5] 特斯拉改变汽车行业的“一体化压铸”是什么 ，睿格资产

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[8] Tesla Model S Weight Distribution，Teslarati

[9] 汽车行业一体化压铸专题铝压铸向大型化一体化发展，国信证券

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