2020真是大落之后又大起的一年！

开春时人们还在为口罩发愁，谁能想到半年之后的10月份，北京就热热闹闹地举行了本年度全球唯一的A级车展。

同样让人想不到的是，为了实现更高的推重比，汽车厂商们都是如此激进地想要借助“胶水”方案实现车体的“轻量化”，其中最有风向标意义的，就是首次亮相的国产奥迪 e-tron！

这款新车的电池系统竟然用杜邦的BETAFORCE™聚氨酯导热胶完全取代了点焊和铆钉，一举成为汽车史上车体用胶面积最大的车型！

而同属BBA三豪门的奔驰AMG GLA35和BMW iX3也采用了大量杜邦的车体结构粘接胶方案，只求在保证性能的前提下尽可能地降低车身重量。

这就让人感觉，汽车行业的风向是真的变了！

记得就在十年前，如果逛车友论坛，几乎所有人都还是一边倒地支持“皮厚馅大车身重”的欧系品牌。理由简单又粗暴——太轻不抗撞，车身重一点才踏实！

这种“迷思”一直持续到2013年。

那一年欧6排放标准出台，欧盟的节能减排政策进一步收紧，如何更加省油成了车厂的头号大事。混合动力技术当然是个好办法，不过除此之外厂商们也惦记上了车子的“体重”。

因为相关研究显示，在动力不变的情况下，只要车身减重100kg，就可以轻松节油6%，这相当于每百公里少烧半升油，减排效果真是立竿见影啊！于是当初把“敦实厚重”作为卖点的欧洲大厂们集体转向，接连推出多款时尚炫酷的“轻量化”旗舰车型。一时间，能否成功“轻量化”突然就成了车企技术实力的硬指标！

干掉“铆钉”的“超级胶水”

事情始于上世纪90年代。

当时BMW在圈内试着寻找增强车身结构的解决方案。杜邦公司瑞士研究中心的工程师就从实验室里随手拿了一罐属于“全新概念”的环氧树脂胶水样品送去测试。

之所以说这款胶水是“全新概念”，主要是因为普通的环氧材料本身像玻璃一样又硬又脆；但是杜邦的这款还在实验室中全新概念的环氧树脂胶水却做到了既有玻璃的坚硬，又具备了敲不碎的“韧性”。

结果一试即中！在冲击实验中，用铆钉和焊点连接的钣金被完全撕裂，而点了这款胶水的结构件却基本保持了完整。BMW公司如获至宝，很快就把它用在了1999年出品的宝马5系车型上。

而这款“坚硬又柔韧”的环氧树脂胶水，自此有了一个日后在“轻量化”汽车行业很响亮的品名——BETAMATE™车身结构胶！

相信当时BMW的工程师看到用胶水粘起来的钣金结构，竟然比焊接铆接更结实，应该是非常震惊吧。然而在杜邦公司的科学家们看来，这无非是材料技术又一次破除了“胶水不如铁钉”的偏见而已。

胶接技术与汽车轻量化完美结合

随着汽车技术的发展，汽车行业出现了一些方向性的趋势，如这两年一直被提及的汽车“三化”，即电动化、轻量化、智能化。在节能减排政策与电动化加速的双重驱动下，汽车轻量化趋势明显。有实验表明，若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6-8%；汽车整备质量每减少100公斤，百公里耗油可降低0.3-0.6升；汽车重量降低1%，油耗可降低0.7%。

高强钢、铝合金、镁合金等金属材料，工程塑料、碳纤维增强复合材料等非金属材料，在材料本身和应用开发方面都取得了快速的发展，特别是迅速兴起的碳纤维增强复合材料，凭借优异的性能表现，开始在汽车轻量化的进程中大显身手。随之而来的问题是，混合材料的结构带来了连接技术的难题，当复合材料等非金属材料加入之后，只有胶接是比较可靠的连接方式。

胶接技术正是得益于不易变形、结合应力分布均匀的优点，脱颖而出。据3M公司介绍，胶接技术在新能源汽车电池包上已经开始应用，如底板的拼接使用胶接技术，其结构胶的最大抗剪力可以达到40MPa。

而且相对于机械紧固连接，胶粘剂接头中应力分布十分均匀，可使被粘接物强度和刚性全部得以体现，具有强度高、成本低、质量轻的优势。胶粘剂可调节不同材料被粘物之间热膨胀特性差别，还有防腐、密封等功能。

目前胶粘剂按应力-应变特性分为韧性及脆性两种，脆性胶粘剂的剪切强度高于韧性胶粘剂，韧性胶粘剂的连接静强度较高。

因此，环境温度低于100℃时尽量选用韧性胶粘剂，高温环境时最好选用脆性胶粘剂。目前碳纤维复合材常用的胶粘剂有：环氧树脂类、聚胺酯类、丙烯酸类。复合材料胶接表面处理：粘接物体表面的清洁度、粗糙度和表面化学结构这三个因素直接影响最终的粘接强度，表面处理工艺主要是改善材料表面提高粘接强度。

材料轻量化已经是车企减重主流技术

材料轻量化在三种方案中门槛最低、选择性最多，发展也最成熟，高强度钢、铝合金、工程塑料、碳纤维增强材料等都有应用。

新能源汽车也不是从石头里蹦出来的产物，TA因为大量延续了传统燃油车的设计思路，因此在材料轻量化上，与传统燃油车可谓不相伯仲。

当然你会说了：“现在安全事故频发，谈及轻量化就必须考虑安全，特别是新能源车，碰撞起火可不容小觑。”

所以这么看，新能源汽车与轻量化的矛盾更大？

其实得益于出色的CAE结构分析与实测碰撞分析，如今材料轻量化与整车碰撞安全的矛盾得到了有效缓解，纵观国内外汽车碰撞测试结构测评结构，全铝/钢铝混合车型同样能拿到好成绩。

比如钢铝混合车身的Model 3被获得了IIHS最高TSP+安全评价（2019年），全铝车身的蔚来EC6则是在中保研C-IASI 2020年所有测试车型中，碰撞安全表现最优。

由此可见，中高端车型在轻量化与安全上有了长足进步。

当然了，一分价格一分货的道理不能小看，中低端新能源车型在轻量化上就不出彩。

好消息是，一些腐蚀率比较高的零部件（如仪表板横梁、座椅骨架），也呈现了材料使用下探的趋势，而且这些零件出现在新能源汽车上的概率更高。

结构轻量化突破还看新能源领域

汽车轻量化落地技术最新进展中，最喜人的还是结构轻量化和制造工艺轻量化在近几年有所突破。

比如在结构轻量化上，蔚来ES8、ES6、EC6在前后轮罩处使用的“铝合金Torque box防护枢纽”。

这种蜂窝结构有类似海边堤坝提供的立体多维支撑效果，能将各方向上碰撞力进行吸收和疏导，与之连接的雪橇板、门槛梁、A柱一起承担受力，减少撞击力集中。

中保研C-IASI碰撞测试成绩也证明，它有极佳安全保护能力。

未来电池包轻量化也是重点攻坚方向。

新能源汽车电池包重量动辄几百千克，比如第一代Model S的电池包重量就高达900kg，蔚来ES8的电池包也达到了525kg，这还是在电池包箱体采用铝型材制造的基础上得来。

除了继续采用轻量化材料，电池模组、电池包壳体的结构优化很热门，比如比亚迪刀片电池，因为采用的是大体型的单体电池，可以减少电池包壳体骨架数量，线束布置、冷却系统排线也可以得到降低。

随着智能网联技术的发展，同样值得期待的还有通用汽车的无线电池管理系统。这项技术将使得各个电池模块通过无线网络而不是传统电缆进线通信，可减少90%线束布置，降低整车质量，并为搭载更多电池创造空间，有利提升续航里程。同时，因为线束的减少，电池包的设计更加简洁，结构调整更加便捷，制造工艺更加稳定。

通用汽车方面表示，未来所有基于Ultium电池打造的通用汽车电动车都将标配无线电池管理系统。

电池仓除了简化，更重要的是很多纯电动汽车通过这么一个小且轻的电池仓，静态抗扭转刚度真的是轻轻松松，超越了燃油车辛苦做到的成果。

比如福特Mach-E，全铝加复合材料的电池仓才76千克，却提供了10000牛米/°的抗扭转刚度，最终有31000牛米/°，在这方面降维打击内燃机不是随便开玩笑的。即使是油改电，加了电池仓也有同样的效果。

可以看到，轻量化寻求突破的主力还得是新能源车型。

原因有二：一是，新能源汽车对轻量化的需求更加迫切（若汽车整备质量减轻10%，则油耗减少4%——5%），在锂动力电池能量密度和安全性的矛盾没有解决之前，减重是提高续航里程的有力保证之一。

再来，越来越多得新能源汽车采用了纯电平台，从零开始虽然成本投入大，但好处是摆脱了油改平台的条条框框。

制造工艺也能玩起轻量化？

制造工艺轻量化中，核心思路是往集成化开发，辅助以无需轻量化焊接模式，比如激光焊接不需要填料，车身不会额外增重。

在众多车企中，反而是新势力更有突破意识。

最值得关注的新进展当属特斯拉，他们在Model Y 的后地板制造上，采用了一体成型工艺，后地板总成重量降低约30%，估算下来，减重上百斤。普通一体式车架由几十个小部件组成（比如Molde 3这块区域就有70个零件），它们在冲压机中被巨型模具折叠切割而成，然后由胶水或焊接的方式粘在一起。

此工艺的缺点是，制造工艺复杂，材料使用冗余。

特斯拉Model Y则是直接为1个铸造件，虽然由于一体铸造机的成本巨大，其他企业很难借鉴，但笔者相信，符合车身技术发展理念的方式终会得到广泛认可。

总结

轻量化，即是在满足碰撞要求且保证汽车整体性能不受影响的前提下，最大限度地减轻各零部件的质量，达到质量-性能-成本三者的最优结合。

因为结构轻量化和制造工艺轻量化的升级需要调整大量的制造设备，比如冲压机的更改、焊接方式的更改等，都非一日之功。所以相比材料轻量化，结构轻量化的发展速度和程度明显滞后。

比如虽然奥迪ASF白车身框架式结构综合表现出色，并在2008年就获得了“欧洲车身年会年度发明奖”，但至今也仅限于A8、R8能称为最纯粹的代表。

当然，随着新能源行业的崛起，以及锂动力电池续航能力不足的瓶颈凸显，轻量化势在必行，新能源汽车所展示的一系列突破性进展，也就不奇怪了。