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        汽車輕量化勢在必行,一體化壓鑄加速進程

        一、需求端:排放政策要求高+新能源車里程焦慮強,倒逼車企推進輕量化應用

        “雙碳”目標下,政策對于汽車百公里油耗提出要求。2020年10月,中國汽車工程學會牽頭組織編制的《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》發布,對各種類型的汽車每百公里油耗提出了要求,預計在2030年,我國新能源汽車占到總銷量40%,乘用車百公里油耗達3.2L,響應“雙碳”目標。從燃油車角度來看,汽車的平均油耗與整車質量呈正相關,汽車輕量化對于降低傳統車油耗具有積極促進作用。據研究數據,汽車重量每減輕10%,最多可實現節油5-10%;汽車整備質量每減少100千克,百公里油耗可降低0.3-0.6升。

        《節能與新能源技術路線圖2.0》部分要求

        2025

        2030

        2035

        乘用車(含新能源)新車油耗

        4.6L/100km

        3.2L/100km

        2.0L/100km

        傳統能源乘用車新車平均油耗

        5.6L/100km

        4.8L/100km

        4L/100km

        混動新車占傳統能源乘用車

        50%

        75%

        100%

        新能源汽車占總銷量

        20%

        40%

        50%

        資料來源:中汽協《節能與新能源技術路線圖2.0》,觀研天下數據中心整理

        新能源車存在較大的里程焦慮問題,輕量化需求更為迫切。根據羅蘭貝格2022年的調研結果,里程焦慮仍是影響消費者購買電動車的首要原因。輕量化通過降低整車重量,可全面降低能耗和提升續航,若新能源車減重100kg,續航里程將提升10%-11%,同時降低20%的電池成本和日常損耗成本。未來在新能源車補貼政策退坡、補貼對續航里程門檻逐漸提升、終端用戶里程焦慮較重的趨勢下,新能源車的輕量化需求更為迫切。

        根據觀研報告網發布的《中國汽車輕量化行業發展趨勢分析與投資前景研究報告(2023-2030年)》顯示,汽車輕量化應用優勢顯著,解決汽車能源消耗+續航焦慮+提高性能的痛點需求。未來隨著輕量化兼顧提升續航和汽車性能,迎合了駕駛舒適性/安全性/經濟性的要求,在需求端刺激下有望打開市場廣闊空間。

        數據來源:羅蘭貝格,觀研天下數據中心整理

        我國新能源汽車補貼對續航里程門檻要求

        時間

        續航里程門檻

        補貼政策

        2018

        150km

        按續航里程分為150-200km/200-250km/250-300km/300-400km/400km+五檔,補貼金額分別為1.5w/2.4w/3.4w/4.5w/5w

        2019

        250km

        按續航里程分為250-400km/400km+兩檔,補貼金額分別為1.8w/2.5w

        2020

        300km

        按續航里程分為300-400km/400km+兩檔,補貼金額分別為1.62w/2.25w

        2021

        300km

        按續航里程分為300-400km/400km+兩檔,補貼金額分別為1.3w/1.8w

        2022

        300km

        按續航里程分為300-400km/400km+兩檔,補貼金額分別為0.91w/1.26w

        資料來源:觀研天下數據中心整理

        二、供給端:一體化壓鑄突破鋁合金連接工藝限制,加快汽車輕量化進程

        鋁合金性能優越且工藝成熟,應用性價比、量產難度、性能表現的綜合表現好,中短期具有大規模使用可能性。汽車輕量化手段包括結構優化設計、制造工藝優化、輕量化材料應用,應用輕量化材料實現減重的同時兼顧了汽車綜合性能的穩定,目前為主流方案。而綜合考慮性價比、技術工藝、性能表現等因素,鋁合金在現階段的可行度最高,是當前最成熟、最多應用的方案。較其他材料,鋁合金性能優越,減重效果好,且成本適中,在做到同等減重效果情況下,單位成本最低。同時其輕質高強,成型性強,通過擠壓成型即可滿足復雜架構的一次成型,符合量產需要,中短期看具備大規模使用的條件。

        路線圖1.0提出2020年、2025年、2030年車輛整備質量最終將實現較2015年分別減重10%/20%/35%,路線2.0進一步提高要求,2025年、2030年、2035年燃油乘用車輕量化系數降低10%/18%/25%、純電動乘用車輕量化系數降低15%/25%/35%,技術方案變化不大。輕量化主要減重手段是使用輕量化材料,具體而言,先重點發展超高強鋼技術,再重點發展鋁合金技術、實現鋁合金零件的批量生產和產業化應用,遠期重點發展鎂合金和碳纖維復合材料技術并實現大范圍應用。

        汽車輕量化技術發展路線圖1.0

        2020

        2025

        2030

        車輛整備質量

        2015年減重10%

        2015年減重20%

        2015年減重35%

        高強度鋼

        強度600MPa以上的AHSS鋼應用達到50%

        第三代汽車鋼應用比例達到白車身重量的30%

        200MPa級以上鋼材有一定比例的應用

        鋁合金

        單車用鋁量達到190kg

        單車用鋁量超過250kg

        單車用鋁量超過350kg

        鎂合金

        單車用鎂量達到15kg

        單車用鎂量達到25kg

        單車用鎂量達到45kg

        碳纖維增強復合材料

        碳纖維有一定使用量,成本比2015年降低50%

        碳纖維使用量占車重2%,成本比上一階段降低50%

        碳纖維使用量占車重5%,成本比上一階段降低50%

        資料來源:汽車制造網、觀研天下數據中心整理

        連接技術混用帶來產品成本增加和效率降低,限制了鋁合金在汽車的應用范圍。鋁合金是目前性價比較優的汽車輕量化材料,其較普通鋼材可達到40%的減重率且生產工藝較成熟,根據賽瑞研究,2020年鋁合金在汽車輕量化市場的占比在65%左右。但由于當前汽車材料連接工藝以沖壓+機器人焊接為主,與鋼材料相比,鋁材料存在導熱系數大易導致焊縫性能下降、合金表面氧化層污染電極、熱膨脹系數高導致零件變形大等問題,制造端的沖焊工藝較困難且拼接效率低,進而導致其連接成本為鋼制車身的2-3倍。

        同時,隨著鋼、鎂鋁合金、碳纖維等多種材料在汽車上加速應用,材料連接工藝更為復雜,一方面加大了設備投入、增加了生產成本,一方面大量的焊接、鉚接和膠接工藝大幅增加了作業時間、降低生產效率,使得減重性能更好的全鋁車身在現有沖壓+機器人焊接的工藝模式下難以普及。以第四代奧迪A8車身為例,其使用鋁合金白車身較鋼制車身降重了近30%,但需要包括點焊、激光焊、渦流焊、鉚接、自切削螺釘聯接、卷邊等14種連接工藝,其激光焊接焊縫4.75米、包邊22.01米、膠接152.94米、MIG焊點5892個、鉚接2976個等,工藝復雜度遠高于電阻焊為主的鋼制白車身,整體工藝成本較高。

        鋁合金的沖焊工藝復雜導致制造成本較高

        鋁合金痛點

        成因

        材料成本高

        鋁合金材料成本是鋼材的3倍左右

        連接工藝難度與成本高

        鋁合金連接工藝:鉚接、激光鉚接、點焊、攪拌摩擦焊、CMT等,連接成本是鋼材的2-3倍鋼材連接工藝:以電阻焊為主

        設計與生產難度高

        鋁合金需要根據新材料特性進行產品結構再設計、產品試制檢測、設備模具等更新;

        鋁合金延伸率低,易產生裂紋,設計時要求保證形狀不突變,有較高的加工難度;

        鋁合金材質更軟,沖壓回彈難控制,對生產精度和生產環境的條件要求嚴苛

        資料來源:觀研天下數據中心整理

        一體化壓鑄突破鋁合金連接工藝限制,加速汽車輕量化發展進程。汽車制造的傳統工藝分為沖壓-焊裝-涂裝-總裝四步驟,其中車身需要將各車身沖壓零件焊接為發動機艙、側圍、前后底板、頂蓋等分總成線,再最后合裝為主焊生產線,而一體化壓鑄技術通過一次高壓壓鑄成型,合并了沖壓和焊裝環節,將除了外覆蓋件和部分懸架件以外的白車身一次壓鑄為大型零件。

        一體化壓鑄工藝本質上革新了汽車輕量化工藝和材料使用,首先在制造工藝上,一體化壓鑄合并沖壓和焊裝工藝,顯著簡化生產流程、提高生產效率,我們看好其他主機廠在特斯拉的示范作用下不斷引進一體壓鑄工藝,合并傳統的沖壓焊裝工藝。其次在材料使用上,鋼板易于沖壓和焊裝,過去廣泛應用于傳統的汽車制造中,鋁合金是壓鑄的主要材質,隨著一體化壓鑄的逐步引進,我們看好其突破材料連接工藝的限制,加速在汽車輕量化中的應用。

        一體化壓鑄車身結構件對傳統工藝的革新情況

        資料來源:觀研天下數據中心整理

        三、產業端:造車新勢力引領傳統車企跟進,輕量化產業進程加快

        從當前各大車企的輕量化布局看,輕量化產業主要由特斯拉引領、造車新勢力緊跟、傳統車企加大力度布局,合力推進輕量化的產業化進程。

        (1)特斯拉:作為新能源車頭部持續加碼新能源車輕量化,電池包和車身輕量化為重點。以Model3為例,其輕量化從電池包開始逐步拓展到車身、底盤、電子電器,整車輕量化指數在競品中較突出。具體措施包括,采用高集成化的E平臺、提升電池密度減少電芯數量、優化電池連接工藝來減少鋁片用量、采用大模組設計減少組件連接件、優化電池包箱體結構、使用鋼鋁結合的車身、使用全鋁線束、開發一體化壓鑄車身結構件等。

        特斯拉Model3輕量化策略一覽

        資料來源:智享新汽車,觀研天下數據中心整理

        (2)造車新勢力:蔚來主攻全鋁車身,小鵬發力電池車身一體化技術。蔚來ET5對車身后地板使用一體化壓鑄工藝,后縱梁的吸能盒、輪拱等易損部位保留了單獨零件設計,車身后地板減重30%;定位于豪華純電中大型轎車的ET7采用了超高強度鋼鋁混合白車身,包含42%的鋁/57%的鋼/1%的復合材料,白車身重量約420kg,占車重1/6;ES8采用了全鋁車身+7種先進連接技術,白車身僅重335kg,減重40%,底盤/懸掛/輪轂/剎車系統/電池組外殼也為全鋁材質。小鵬23年發布扶搖架構采用電池車身一體化技術,節省5%的垂向車內空間。

        (3)傳統車企:積極布局新能源車輕量化。如大眾在其全新新能源車平臺MEB中使用全新車身,把電池和電機融入了車身底架,電池殼采用鋁合金;比亞迪在其e平臺集成了電機電控,實現了車身重量下降25%、功率密度提升20%。

        汽車零部件輕量化發展布局企業

        底盤輕量化

        動力系統輕量化

        轉向節:

        國內:華域汽車、拓普集團、伯利特等。

        國外:Magna、ZF、Brembo等

        動力系統:

        國內:愛柯迪、旭升集團、文燦股份、廣東鴻圖、鴻特精密、美利信、嶸泰股份、瑞鵠模具;

        國外:Pierbug、Georg、DGS等

        副車架:

        國內:華域汽車、拓普集團、萬安科技、凌云股份;

        國外:Chassix、Pierdug等

        控制臂:

        國內:華域汽車、拓普集團、伯特利、旭升集團等;

        國外:OTTO、FUCHS、ZF、Chassix

        鋁電池盒:

        國內;華域汽車、敏實集團、凌云股份、拓普集團、祥鑫科技、華達科技等;

        國外:Benteler、Gestamp

        制動卡鉗:

        國內:華域汽車、京西國際、安陸特、伯特利等;

        國外:ZF、Brembo

        車身輕量化

        內飾輕量化

        熱成型車身:

        國內:華域汽車、凌云股份、敏實集團、寧波華翔;

        國外:本特勒、海斯坦普

        國內:華域汽車、寧波華翔、常熟汽飾;

        國外:安通林、佛吉亞、麥格納等

        自車身焊接:

        國內:安徽巨一、大連奧拓;

        國外:庫卡、埃斯頓等

        一體化壓鑄:

        愛柯迪、文燦股份、廣東鴻圖、美利信、嶸泰股份、瑞鵠模具、多利科技、博俊科技

        資料來源:壓鑄周刊、網易、百度、佐思汽研、各公司公告,觀研天下數據中心整理(wys)

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        2022年6月,中國重汽、濰柴動力聯合發布全國首臺商業化氫內 燃機重卡,已實現41.8%的有效熱效率,達到國際先進水平,未來還將進一步研發、迭代。氫內燃機重卡可商業化 應用到港口、城市、電廠、鋼廠、工業園區等富有氫源或氫氣較為便宜的運輸工作場景。

        2024年05月22日
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        2024年05月17日
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        2024年03月26日
        國產化持續加速,國內車企空氣懸架滲透率逐漸提升

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        2024年03月04日
        我國空氣懸架行業:滲透率快速提升 本土供應商在上游實現多點突破

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        目前國外高級大客車幾乎全部使用空氣懸架,重型載貨車使用空氣懸架的比例已達80%以上,空氣懸架在輕型汽車上的應用量也在迅速上升。部分轎車也逐漸安裝使用空氣懸架,在一些特種車輛(如對防震要求較高的儀表車、救護車、特種軍用車及要求的集裝箱運輸車等)上,空氣懸架的使用幾乎為唯一選擇。

        2024年02月28日
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        國貨品牌的崛起不僅僅是Z世代消費者觀念的進步和民族自信、文化自信的提升,還倚賴中國產品和品牌在品質、設計、技術、創新能力等方面的全新高度,以及供應鏈、物流、大數據、互聯網等新基礎設施的強大支持,助推品質過硬的國產品牌加速走向行業前列,以gb好孩子為首的頭部力量逐漸引領行業新發展。

        2023年11月03日
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