北汽A00级电动车车身技术路线研究

　　前言
　　孙逢春院士在2017年中国汽车轻量化技术研讨会指出〔1〕，汽车整备质量减少10，可以明显改善汽车动力经济性、可靠耐久性、环境油耗性、安全性、操控驾驶与舒适性，如：加速性能提升0。5s，油耗降低68，续驶里程增加5。5，尾气排放减少7，转向力减少6，刹车距离减少5等。同时，随着《企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》等国家法规对能耗、排放等的逐步加严，以及消费者对汽车使用经济性、续驶里程等的高度关注，将汽车轻量化作为重要技术途径是各企业的普遍共识。《节能与新能源汽车技术路线2。0版》作为指导汽车行业发展的纲领，明确了20202035年轻量化阶段目标及技术路线：2025年纯电动乘用车轻量化系数降低15，2030年降低25，2035年降低35。预计超高强钢、铝镁合金及碳纤维增强复合材料的应用比例将逐步上升，以实现汽车轻量化目标。
　　车身系统作为汽车企业自主设计与制造的关键系统，是汽车轻量化的重要一环，汽车企业如何选择合适的轻量化技术路线，是平衡轻质材料应用成本及设备投入，实现收益最大化的关键。
　　因此，本文结合A00级两座及四座产品规划的制定，研究了目前车身的技术路线，从车身材料、平台化策略、工艺路线、成本估算、产线投资方面进行全方位分析，并通过投入及收益分析确定最优技术路线。
　　2车身技术路线应用现状
　　当前，根据白车身（BodyInWhite，BIW）用材、工艺及结构，行业采用的轻量化车身路线可归为4种。第1种：传统钢车身技术路线。钢制BIW及开闭件，局部辅以高强钢、超高强钢、热成型、拼焊等技术应用，该技术路线成熟度高、低成本，是汽车企业普遍采用的轻量化技术路线。
　　第2种：铝合金车身技术路线。该技术路线分冲压板材式及铝型材框架式2种。冲压板材式车身以冲压板材为主，技术相对成熟、成本较高，主要应用在中高端车型上，主要代表车型有IPACE、蔚来ES8等。铝型材框架技术路线以铝型材作为BIW框架，外覆盖件采用塑料。技术也比较成熟，成本较铝合金车身技术路线低，主要应用于低端车型上，如EQ1。
　　第3种：钢铝混合车身路线。该技术路线以钢及铝合金冲压为主，下车体骨架兼有铝型材，钢与铝占比相当，兼有少量其他材料应用。目前主要应用于中高端车型，技术风险较高、成本也高。代表车型有Model3、宝马7系、ModelS、广汽AionLX和北汽新能源ArcfoxT。
　　第4种：碳纤维复合材料车身路线。该技术路线以碳纤维复合材料用材比例最高，兼有部分热塑性塑料、弹性体、钢及铝合金材料应用。碳纤维复合材料车身用材及工艺复杂度较高，技术难度大，成本很高。主要用于跑车及高端车型。代表车型有宝马I3等。
　　拟开发的A00级两座及四座产品定位为低成本国民车，规划产量较低，基于以上4种技术路线分析初步确定传统钢车身技术路线及铝型材框架式车身技术路线。
　　3主要方案对比分析
　　基于以上选择的2种技术路线，细化形成了2种方案，分别为：
　　（1）全钢车身方案，
　　（2）铝型材框架（压铸铝接头）方案。
　　从车身用材、平台化策略、工艺路线、成本、产线投资方面进行全方位分析。
　　3。1车身用材
　　2种方案的用材及质量对比请见表1。
　　方案（1）采用100钢质车身，三门两座车型车身质量预估为300kg。
　　方案（2）采用铝型材、板材及压铸铝，3种材料占比为64，覆盖件采用低成本工程塑料，三门两座与五门四座车型车身质量分别下降159kg、174kg。
　　3。2平台化策略
　　为最大化降低车型开发成本，三门两座与五门四座车型在设计中充分考虑平台化和通用化，通过分析确定通用化率目标70。在车身结构方面，五门四座车型白车身在三门两座车型基础上进行以下变化：
　　（1）重新框架布置，增加B柱总成及地板横梁总成，考虑角接结构；
　　（2）在车身前部造型一致情况下，保证前排前部结构不变，修改地板及梁架结构；
　　（3）三门两座车型加长后在角接点位置适当增加压铸件比例，保证车身框架刚度不低于目标值；
　　（4）车门模块化装配，造型充分考虑2个车型的通用性。
　　（5）铝型材借用供应商已有截面形状方案，减少模具投入。
　　3。3工艺路线分析
　　方案（2）与方案（1）相比，多了钢与铝连接类型，铝型材与钢的连接主要采用螺接形式，压铸铝与钢的连接主要采用铆接形式（表2）。在工艺策略上，方案
　　（2）主机厂不需投入冲压车间，但由于采用了塑料覆盖件，为保证外观质量，主机厂需投入塑料件涂装相应场地及设备。
　　3。4车身材料成本粗算
　　基于三门两座车型对车身材料成本进行估算及对比分析，详见表3。全钢车身单车成本估算为6181元，铝型材框架车身单车成本估算为10732元，铝型材框架车身较全钢车身上涨约105。五门四座车型相比三门两座车型成本约上涨20左右。
　　3。5产线投资分析
　　为更好进行产线投资分析，预定以下前提条件：
　　（1）按产能4万年、生产时间为5年，每天2班计；
　　（2）总装费用差异较小，产线投资对比不计总装投入；
　　（3）三门两座与五门四座车型模具、检具和夹具考虑设计通用率目标为70；
　　（4）全钢车身方案主机厂投入冲压、焊装、涂装与总装，铝型材框架车身方案主机厂投入焊装（含分总成焊装）、涂装与总装。
　　以下对各阶段投入进行估算分析。
　　3。5。1冲压投资分析
　　全钢车身厂房（12000m2）、冲压线及模检夹设备由公司自行投入，共需投入34660万元。铝型材框架车身公司不投入厂房及冲压线，仅投入模具、检具和夹具设备，且由于型材从供应商现有截面形状中选择，可与供应商分摊成本。经测算，铝型材框架车身方案需为冲压投入6100万元，比全钢车身方案节省28560万元（表4）。
　　3。5。2焊装投资分析
　　2种技术路线对于厂房都有需求，因此在此不做评估，仅评估差异性较大的部分。全钢车身焊装投入按照传统模式估算，预计投入5205万元。铝型材框架车身焊装，自建分总成焊装线，共计需投入5495万元，比钢车身方案投入增加290万元（表5）。
　　3。5。3涂装投资分析
　　全钢车身涂装投入按照传统模式估算，预计投入20560万元，铝型材框架车身焊装需投入7460万元，比全钢车身方案投入减少13100万元（表6）。
　　根据以上投资分析，全钢车身总计需投入60425万。铝型材框架车身总计需投入19055万元，较全钢车身方案投入减少43953万元。
　　4收益综合分析
　　4。1轻量化效果
　　以三门两座车型为例，在同等扭转刚度及模态目标下，铝型材框架车身质量共计141kg，较全钢车身降低159kg，降重53，轻量化效果显著。
　　4。2性能提升收益
　　结合行业平均水平，具体到本案例，141kg降重预估可提升续驶里程8。3，制动性能提升7。5，转向力降低9。
　　4。3投入产出综合收益
　　以三门两座车型为例。从单车成本估算方面，铝型材框架车身（10732元）较全钢车身（6181元）增加4551元。从产线投入方面，按20万辆产品周期计算，全钢车身单车投入3021元；铝型材框架车身单车投入953元，较全钢车身单车投入减少2068元。从节约电池电量方面考量，铝型材框架车身可节约3kWh电量，较全钢车身可节省单车成本约3000元。综合以上主要方面，铝型材框架车身较全钢车身单车减少投入517元。
　　5结束语
　　车身轻量化技术路线选择应根据公司现有资源、车型投入等情况进行具体分析。针对本公司需全新投入产线及产量规划情况，选择铝型材框架车身能够用更低的前期投资，实现单车效益的最大化