淺談?wù)?chē)重量控制與輕量化實(shí)現(xiàn)

楊茂華

摘 要：通過(guò)個(gè)人的研究和體會(huì)，針對(duì)整車(chē)重量控制與輕量化實(shí)現(xiàn)等議題，介紹當(dāng)前的現(xiàn)狀及未來(lái)趨勢(shì)，闡述個(gè)人的意見(jiàn)和主張。

關(guān)鍵詞：整車(chē)性能 重量控制 減重 輕量化

the weight control and reduction for the passenger vehicle

Yang Maohua

Abstract：Based on the personal study， the author introduces the current situation and the future trend about the weight control and reduction for the passenger vehicle and gave his personal suggestion.

Key words：Vehicle Performance，Weight Control，Weight Reduction，Light Weight

1 整車(chē)重量意義及影響

一般來(lái)說(shuō)，乘用車(chē)的重量減輕10%，油耗降低6%-8%，加速時(shí)間減少8%，排放量減少10%，制動(dòng)距離減少5%，輪胎壽命提高7%，轉(zhuǎn)向力減小6%。

如今時(shí)下流行這么一句話：“如果想去評(píng)價(jià)一家汽車(chē)主機(jī)廠的核心研發(fā)能力到底如何，只要查看其整車(chē)重量控制及風(fēng)阻管理水平便略知一二”。此番言論足以說(shuō)明整車(chē)重量控制的難度及其重要性（關(guān)于“風(fēng)阻管理”，本文暫不做論述）。

另外，關(guān)于整車(chē)重量的影響及意義，個(gè)人認(rèn)為可以從用戶、企業(yè)、社會(huì)3個(gè)維度的來(lái)評(píng)價(jià)，具體見(jiàn)下表1。

2 重量控制的主要思路、工具和方法

“SWOT分析”、“PDCA循環(huán)”、“跨部門(mén)多功能聯(lián)合小組”、“頭腦風(fēng)暴法”等，在管理學(xué)當(dāng)中是相當(dāng)?shù)牧餍胁⒈粡V泛的應(yīng)用。對(duì)于以上所提及的4種工具和方法放之四海而皆準(zhǔn)。當(dāng)然，個(gè)人同樣覺(jué)得其適用于重量的管理和控制。

另外，“CAD、CAE、CAM”等計(jì)算機(jī)輔助工具，“平臺(tái)化、通用化”開(kāi)發(fā)理念等均可以加以綜合應(yīng)用和實(shí)踐。

以下將結(jié)合乘用車(chē)重量管理和輕量化實(shí)現(xiàn)做一簡(jiǎn)單的闡述和說(shuō)明。

2.1 SWOT分析

SWOT是Strengths＼Weaknesses＼Opportunites＼Threats四個(gè)英文單詞的縮寫(xiě)，其中文意思是“優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)、機(jī)會(huì)、威脅”的意思。也就是說(shuō)，我們需要結(jié)合當(dāng)前現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，將企業(yè)自身、產(chǎn)品自身與本行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手、相關(guān)競(jìng)品進(jìn)行對(duì)標(biāo)分析，評(píng)估我們的長(zhǎng)板與短板，尋找我們的威脅和機(jī)會(huì)，制定相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)的規(guī)避措施及相關(guān)目標(biāo)的達(dá)成路徑等。

2.2 PDCA循環(huán)

PDCA是Plan＼Do＼Check＼Action四個(gè)英文單詞的縮寫(xiě)，其中文意思是“計(jì)劃、執(zhí)行、檢查、處理”的意思。PDCA循環(huán)可以是大循環(huán)、可以是小循環(huán)、也可以是大小混合循環(huán)。針對(duì)重量管理，可以視具體情況去靈活掌握和應(yīng)用。對(duì)于我們重量管理來(lái)說(shuō)，個(gè)人建議可以遵從以下的思路和節(jié)奏予以開(kāi)展：目標(biāo)設(shè)定→目標(biāo)分解→目標(biāo)評(píng)估→目標(biāo)落實(shí)→目標(biāo)驗(yàn)證→結(jié)果評(píng)估→結(jié)果反饋→目標(biāo)修正→目標(biāo)確認(rèn)→目標(biāo)達(dá)成。與此同時(shí)，配合恰當(dāng)?shù)哪繕?biāo)管理和控制，從而確保整個(gè)過(guò)程和結(jié)果能夠有效得到管控。

另外，關(guān)于目標(biāo)設(shè)定及分解按照整車(chē)、系統(tǒng)、總成、零部件等“自上而下”的順序逐級(jí)進(jìn)行;關(guān)于目標(biāo)驗(yàn)證及確認(rèn)按照零部件、總成、系統(tǒng)、整車(chē)等“由下到上”方式進(jìn)行。當(dāng)然，目標(biāo)設(shè)定與分解需要遵從一個(gè)相對(duì)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)合理的輕量化系數(shù)和目標(biāo)。

2.3 跨部門(mén)多功能聯(lián)合小組&頭腦風(fēng)暴”

整車(chē)重量往往與整車(chē)的成本、進(jìn)度、質(zhì)量、性能、幾何空間等關(guān)鍵指標(biāo)密切相關(guān)，可以利用跨部門(mén)多功能小組（項(xiàng)目管理、整車(chē)集成、造型、專(zhuān)業(yè)、試驗(yàn)、質(zhì)量、生產(chǎn)工藝、公告認(rèn)證、采購(gòu)、財(cái)務(wù)等）開(kāi)展積極有益的“頭腦風(fēng)暴”活動(dòng)。當(dāng)然，由于看待問(wèn)題的出發(fā)點(diǎn)、角度和立場(chǎng)不同，有時(shí)矛盾和沖突也會(huì)異常激烈，此時(shí)需要大家放棄“零和博弈與零和競(jìng)爭(zhēng)”思想，充分有效的開(kāi)展多維度評(píng)估，全面考量、權(quán)衡各種利弊得失后再做出最佳抉擇和最佳實(shí)踐（讓步、妥協(xié)、折中、平衡）。

2.4 CAD、CAE、CAM

如今計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD、輔助工程CAE、輔助制造CAM技術(shù)日趨成熟，“新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)”的應(yīng)用均可通過(guò)計(jì)算機(jī)建模、模擬仿真快速實(shí)現(xiàn)“魯棒性設(shè)計(jì)”和“拓?fù)鋬?yōu)化”的工作，從而滿足項(xiàng)目QCDT（質(zhì)量&成本&進(jìn)度&技術(shù)）的要求等。

2.5 平臺(tái)化、通用化

為了減少前期投資分?jǐn)値?lái)成本增加的不利影響，需要將以上成果進(jìn)行“平臺(tái)化和通用化”實(shí)際應(yīng)用推廣，通過(guò)量產(chǎn)基數(shù)擴(kuò)大實(shí)現(xiàn)投資稀釋和降本增效。

3 輕量化實(shí)施路徑

眾所周知，實(shí)現(xiàn)輕量化的四大常見(jiàn)途徑有“新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)”等。我們往往可以從大型車(chē)身外覆蓋件（包括發(fā)動(dòng)機(jī)蓋板、車(chē)頂棚、車(chē)門(mén)和擋泥板等），重要的結(jié)構(gòu)件（包括底板、立柱、橫梁和輪罩等）以及與碰撞性能相關(guān)的零部件等著手尋找機(jī)會(huì)和突破口。

以上途徑勢(shì)必會(huì)減少零部件的數(shù)量、縮小總成的體積，進(jìn)而大大的減輕系統(tǒng)的重量。以下將結(jié)合當(dāng)前各大主機(jī)廠及供應(yīng)商的成功實(shí)踐予以詳細(xì)展開(kāi)，具體見(jiàn)下圖1。

3.1 新材料

新材料可以說(shuō)是新工藝、新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。目前廣為認(rèn)知并逐步得到廣泛應(yīng)用的有：（超）高強(qiáng)度鋼、靜音鋼板、輕合金材料&超輕合金材料（鋁合金、鎂合金、鋁鎂合金……）、泡沫金屬、高性能塑料、復(fù)合材料（新型塑料復(fù)合材料、納米復(fù)合材料、高性能纖維復(fù)合材料……）等。

例如：鋁合金車(chē)身技術(shù)，目前在奇瑞捷豹路虎車(chē)型、奇瑞小螞蟻等車(chē)型得到了較好的應(yīng)用和示范推廣;

例如：新型塑料技術(shù)，應(yīng)用于奇瑞“大、小螞蟻”等車(chē)型外覆蓋件;

再例如：寶馬I3&I8碳纖維座艙技術(shù)。

3.2 新工藝

汽車(chē)行業(yè)的工藝主要涉及沖壓&成型、焊接、涂裝、總裝等工藝。眾所周知的輕量化工藝有：激光拼焊、變截面鋼板、液壓成型、熱成型、輥壓成型、半固態(tài)成形、鎖鉚連接技術(shù)、雙腔覆膜工藝、PU Spray、Mucell工藝、氣輔成型等。以上每一個(gè)工藝的改進(jìn)、改良都會(huì)對(duì)整車(chē)重量做出或多或少的貢獻(xiàn)。

例如：當(dāng)前應(yīng)用較多的門(mén)內(nèi)板激光拼焊技術(shù)、前縱梁激光拼焊技術(shù)等，根據(jù)需要將不同材料、不同料厚的部件焊接在一起，避免傳統(tǒng)的同材料等料厚帶來(lái)的過(guò)度冗余設(shè)計(jì);

再例如：大家熟知的傳統(tǒng)的車(chē)身制造工藝是先充壓成單件，再通過(guò)不同的工位、工序、工藝焊接成部件、分總成、總成。但是，最近特斯拉公司完全顛覆了這一概念，其采用“多向鑄造機(jī)”和“多方向一體式鑄造工藝”從而將車(chē)身形成“一個(gè)整體鑄件”，其已成功申報(bào)了相應(yīng)的專(zhuān)利技術(shù)并計(jì)劃在TESLA Model Y上實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。這樣，零部件的數(shù)量、焊接的重量、涂膠密封重量等會(huì)大幅度的減少。

3.3 新技術(shù)

當(dāng)新技術(shù)由量變發(fā)生到質(zhì)變時(shí)往往帶來(lái)產(chǎn)業(yè)的革命。自從汽車(chē)誕生之日起，本行業(yè)本領(lǐng)域的案例就不勝枚舉，以下列舉幾個(gè)小小的案例予以說(shuō)明。

例如：傳統(tǒng)的空調(diào)高低壓管技術(shù)方案往往是兩條獨(dú)立的管路，采用了新的技術(shù)后，將空調(diào)高低壓管設(shè)計(jì)成“同軸管路”;

例如：傳統(tǒng)的線束方案被CAN總線技術(shù)替代;

例如：傳統(tǒng)的多個(gè)ECU模塊及功能被合并形成一個(gè)多功能集成的ECU等;

例如：隨著線控技術(shù)的發(fā)展和興起，傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)向、液壓轉(zhuǎn)向、電動(dòng)轉(zhuǎn)向被線控轉(zhuǎn)向逐漸所取代，傳統(tǒng)的機(jī)械制動(dòng)、液壓制動(dòng)、氣壓制動(dòng)等被線控制所取代等;

例如：新能源汽車(chē)動(dòng)力電池，作為EV、HEV、PHEV、MHEV等的關(guān)鍵核心部件之一，通過(guò)技術(shù)的革新（材料的革新、結(jié)構(gòu)的革新、工藝的革新等），實(shí)現(xiàn)體積越來(lái)越小、重量越來(lái)越輕、能量密度越來(lái)越大、充放電效率越來(lái)越高、續(xù)航里程越來(lái)越長(zhǎng)等;

再例如：在ADAS（Advanced Driving Assistance Systmen，先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)）系統(tǒng)中，不斷的對(duì)于新型雷達(dá)、傳感器、攝像頭、控制模塊進(jìn)行小型化、輕量化、多功能化、集成化設(shè)計(jì)優(yōu)化改進(jìn)，從而使其重量增量相對(duì)較少。

3.4 新結(jié)構(gòu)

新結(jié)構(gòu)的采用往往是創(chuàng)新的源泉和原動(dòng)力，這其中可以借助“有限元分析”、“拓?fù)鋬?yōu)化”、“整車(chē)多目標(biāo)優(yōu)化”等手段。目前國(guó)內(nèi)（中國(guó)是專(zhuān)利大國(guó)之一）的大部分專(zhuān)利（發(fā)明、實(shí)用新型、外觀）技術(shù)都與此有關(guān)。

傳統(tǒng)行業(yè)有一些可圈可點(diǎn)巧妙之處可供大家參考應(yīng)用，新能源行業(yè)同樣也有好多奇思妙想可供大家學(xué)習(xí)借鑒。

例如：在相對(duì)靜止的空濾殼體、蓄電池托盤(pán)等零部件之上巧妙的集成“各種管路或者線束”固定結(jié)構(gòu);

例如：將發(fā)動(dòng)機(jī)裝飾罩與空濾殼體進(jìn)行集成共用;

例如：新能源行業(yè)的“二合一”、“ 三合一”（“2 in 1”及“3 in 1”）估計(jì)大家都并不陌生，即將電機(jī)及減速器二者集成、或者電機(jī)及電機(jī)控制器二者集成、或者將電機(jī)、電機(jī)控制器及減速器三者集成;

再例如：新能源行業(yè)的“電驅(qū)動(dòng)橋E-AXLE”等。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文作者希望通過(guò)以上陳述能夠再次引起相關(guān)OEM同行的高度重視和強(qiáng)烈共鳴，同時(shí)也希望能夠起到拋磚引玉的作用和效果。熱切期待在“官、產(chǎn)、學(xué)、研”的聯(lián)動(dòng)機(jī)制下，本行業(yè)本領(lǐng)域能夠持續(xù)積極探索和實(shí)踐、大膽創(chuàng)新和突破，為“中國(guó)制造2025”國(guó)家戰(zhàn)略的實(shí)現(xiàn)增磚添瓦（完全可以這樣毫不夸張的說(shuō)，其是一件功在當(dāng)代、利在千秋的豐功偉績(jī)和偉大事業(yè)）。