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1、政策+電動化驅(qū)動，汽車輕量化加速
政策+電動化驅(qū)動，汽車輕量化加速。汽車的輕量化是指在保持汽車的強度 和安全性能不降低的前提下盡可能地降低汽車車身質(zhì)量。1）節(jié)能減排政策推動：傳統(tǒng)汽車整車重量每降低 10%，油耗降低 6%-8%。我國在 2020 年燃料消耗目標(biāo) 值為 5L/100km，2019實際值為5.7L/100km，距離目標(biāo)值仍有差距，政策要求下 使得主機廠逐漸接受輕量化帶來的成本上漲，滲透率進一步提高。2）電動化加速 驅(qū)動：新能源汽車對輕量化需求更為迫切，純電動汽車整車重量每降低10kg，續(xù) 航里程可增加 2.5km。因此，在節(jié)能減排壓力和新能源汽車性能提升需求的雙重 推動下，汽車輕量化正在加速。
產(chǎn)業(yè)助力，輕量化技術(shù)為汽車行業(yè)的重要發(fā)展方向?！吨圃?2025》中在汽 車發(fā)展的整體規(guī)劃上強調(diào)了“輕量化仍然是重中之重”；2016 年，汽車工程 學(xué)會節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖發(fā)布會中，指出汽車輕量化技術(shù)將成為汽車行 業(yè)未來重點發(fā)展目標(biāo)之一，其中要在 2025 年，力爭整車質(zhì)量平均減輕 20%，汽 車鋼鐵比例占汽車總重的30%，單車用鋁合金達到250kg，單車用鎂量達到25kg， 碳纖維使用量占車輛比重的 2%，對汽車輕量化提出了具體目標(biāo)。
1.1.倡導(dǎo)節(jié)能減排，輕量化勢在必行（略）
1.2.燃油減耗目標(biāo)高，輕量化優(yōu)勢凸顯（略）
1.3.續(xù)航里程成難點，輕量化助力前行（略）
1.4.造車新勢力引領(lǐng)，傳統(tǒng)車企跟進
1.4.1.特斯拉汽車輕量化布局
特斯拉引領(lǐng)新能源汽車輕量化。作為新能源汽車領(lǐng)域領(lǐng)軍企業(yè)，特斯拉在新能 源汽車的輕量化方面持續(xù)加碼，擁有極為深厚的技術(shù)基礎(chǔ)，在多方面對其旗下車型進 行輕量化。
1 ）電池密度：特斯拉電池能量密度的提升賦予了 Model 3 更長的續(xù)航能力，且 應(yīng)用單個容量更大的 2170 電池還可降低電池數(shù)量的使用數(shù)量，從 Model S 的 7000 多節(jié)降低到 Model 3 的 4416 節(jié)，電池節(jié)數(shù)的下降使特斯拉質(zhì)量進一步減重。
2）電池連接工藝: 特斯拉電池模組里的電池連接方式比起傳統(tǒng)的電阻焊有著質(zhì) 的改變，與 Model S 相比，Model 3 上將正負(fù)極連接片從一整片鋁片連接變成了布局 在電池組兩側(cè)，將兩面鋁片結(jié)合成了單面鋁片，減少鋁片使用量，降低電池重量。
3）電池包結(jié)構(gòu)：減少模組使用，相較于 Model S 車型（電池包分為 16 個小模 組），Model 3 長續(xù)航版的電池包則只有 4 個模組，更少的模組意味著更少的電池包 內(nèi)部隔斷、電池組 BMS、線束和散熱管路接口；電池殼結(jié)構(gòu)變遷，與 Model S 專門 設(shè)置電池殼保護電池不同，Model 3 的電池組安裝位置基本覆蓋了乘員艙，利用車身 底部高強度鋼結(jié)構(gòu)同保護電池，電池包結(jié)構(gòu)組件只用于承載電池包自身重量，相較 Model S 電池包減重 125KG。
4）輕量化材料：目前鋁合金和高強度鋼仍然是輕量化材料的選。車身支架上， 特斯拉 Model S 采用了全鋁合金車身有效的降低了車身重量，Model 3 由于考慮到自 身定位與成本控制更多采用了高強度鋼。2019 國產(chǎn) Model 3 采用鋼鋁混合車身，鋁 材占比下降至 21%，超高強鋼占比上升至 15%；在高壓導(dǎo)線上，特斯拉使用高壓鋁 導(dǎo)線，較相同載流量的銅導(dǎo)線相比減重 21%，且成本更低。
5）車身結(jié)構(gòu)：特斯拉采用了不同的車身設(shè)計，Model 3 取消了空氣室下板，由 塑料件代替下板流水，減重效果達 40%；車門無窗框設(shè)計相比于沖壓窗框減重 65%；車門內(nèi)板、前后車門內(nèi)板不等料厚設(shè)計，優(yōu)化車門下沉，可實現(xiàn)減重效果。
6）先進工藝使用：特斯拉不同部分的零件使用了不同的先進工藝，在碰撞吸能 的位置（如前縱梁、A 柱、B 柱、后縱梁等）采用熱沖壓鋼板工藝，提高了強度且減 輕了重量。Model 3 在側(cè)碰吸能的位置如車地板橫梁采用超高強度鋼輥壓成型工藝， 比沖壓件減重 17%以上。
1.4.2.蔚來汽車輕量化布局
蔚來汽車為國內(nèi)新能源汽車輕量化風(fēng)向標(biāo)。蔚來汽車作為國內(nèi)的新能源汽車明 星品牌，加注輕量化，在新能源汽車輕量化領(lǐng)域也取得了一定的成效。
1）鋁制車身：蔚來 ES8 車身運用了諾貝麗斯(Novelis)先進的汽車鋁合金，全鋁 車身比傳統(tǒng)鋼制車身降低了約40%的重量，終實現(xiàn)白車身重量僅為335kg。ES8還 采用了麥格納所為其設(shè)計、制造的全鋁前/后副車架；同時蔚來 ES8 在底盤和懸掛系 統(tǒng)全部采用鋁合金材質(zhì)，車身用鋁率達到 95.8%，為高。
2）先進連接技術(shù)：為了應(yīng)對鋁合金材質(zhì)本身延展性差、形變難以恢復(fù)等特點， 蔚來采用多種先進連接技術(shù)。包括熱融自攻鉚接、自沖鉚接、鋁點焊、冷金屬過渡弧 焊、結(jié)構(gòu)膠、激光焊接、高強度抽芯拉等先進連接技術(shù)。
3）高密度電池：蔚來 ES6 電池類型是三元鋰電池，供應(yīng)商是寧德時代，ES6 車 型都可以選裝容量更大的 84kwh 液冷恒溫電池組（ES8 電池組為 70kwh），單體電芯 能量密度為 170wh/kg，NEDC 綜合工況下的續(xù)航里程超過了 510 公里 。較大的電池 容量有效的減少了電池包本身帶來的重量。
4）輕量化電池殼：德國西格里碳素公司已與汽車制造商蔚來達成合作，將 為蔚來研發(fā)碳纖維增強型塑料（CFRP）電池外殼原型，該電池外殼比傳統(tǒng)的鋁或鋼 制電池外殼輕 40%，具有高剛性，而且比鋁的熱導(dǎo)率低 200 倍。采用該材料的電池 包后不僅可為蔚來旗下電動車型減輕一定的重量，還會給換電帶來便利。
1.4.3.其他車企加速布局輕量化
傳統(tǒng)車企加碼輕量化。進年來，除了新能源汽車造車新勢力，傳統(tǒng)車企也逐步 進入新能源汽車賽道。同時憑借本身在造車方面的技術(shù)積累和資金優(yōu)勢，傳統(tǒng)車企在 新能源汽車輕量化方面也有著亮眼的表現(xiàn)。
1）大眾：大眾在其全新的新能源汽車平臺 MEB 中使用全新的車身布局，將電 池與電機融入車身低架，采取平板式電池模組放置于車軸兩側(cè)，同時采用鋁合金材質(zhì) 作為電池殼保護電池，減少電池包重量推動輕量化。
2）吉利：作為國內(nèi)重要的整車廠商，吉利也十分重視輕量化。使用以塑代鋼技 術(shù)，采用薄壁化保險杠，采用高性能材料，在保證保險杠剛性的條件下，將前后保險 杠壁厚降到 2.5mm，實現(xiàn)單車減重約 1kg。
3）比亞迪：比亞迪是國內(nèi)重要的傳統(tǒng)燃油車廠商，同時也是重要的新能源廠商， 在新能源汽車輕量化方面有較大優(yōu)勢。比亞迪在其 e 平臺上將電機、電機控制集為一 體，有效的降低了車身體積與質(zhì)量。其中重量下降 25%，功率密度卻提升 20%。
受益標(biāo)桿效應(yīng)，車企持續(xù)布局輕量化。特斯拉和蔚來汽車作為新能源汽車的領(lǐng) 軍車企，其輕量化應(yīng)用將具有標(biāo)桿效應(yīng)，國內(nèi)車企如比亞迪、北汽新能源、吉利汽車 等紛紛緊跟輕量化進程節(jié)奏，在材料、工藝和結(jié)構(gòu)輕量化上均加速布局與應(yīng)用，形成 自身獨有技術(shù)優(yōu)勢。隨著新能源汽車快速發(fā)展，領(lǐng)軍車企引領(lǐng)輕量化導(dǎo)向，其他車企 輕量化應(yīng)用與布局將加速推進。
1.5.單車用量提升，汽車輕量化加速
單車用量遞增，輕量化進程加速。根據(jù)節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖戰(zhàn)略咨詢 委員會的輕量化目標(biāo)，在 2020/2025/2030 年要分別較 2015 年減重 10%/20%/35%， 提升高強度鋼應(yīng)用占比，增加鋁合金、鎂合金、碳纖維材料單車用量以及降低材料的 成本。根據(jù)國際鋁業(yè)協(xié)會統(tǒng)計顯示，2019 年燃油車、純電動車、插電混動車的 單車用鋁量分別為 128/143/189Kg。鑒于新能源汽車對輕量化的需求更為迫切，國際 鋁業(yè)協(xié)會預(yù)計到 2025 年新能源汽車的單車用鋁量將會達到 227Kg，同期的傳統(tǒng)燃油 車及插電混動車的單車用鋁量為 180/238Kg。
2.材料輕量化大趨勢，鋁合金和高強度鋼為主流
輕量化主要通過輕量化材料搭配特定工藝實現(xiàn)。目前，實現(xiàn)輕量化可以通過三 種途徑：1）輕量化材料。如使用結(jié)構(gòu)更輕的高強度鋼、鋁合金、鎂合金、碳纖維復(fù) 合材料對傳統(tǒng)普通鋼結(jié)構(gòu)進行代替。2）輕量化設(shè)計。如通過開發(fā)全新的汽車架構(gòu)實 現(xiàn)輕量化、甚至優(yōu)化車身零部件數(shù)量、減少零部件尺寸等。3）輕量化工藝。如熱成 型，激光拼焊板等工藝，實務(wù)中輕量化主要通過采用輕量化材料搭配特定的輕量化工 藝來實現(xiàn)減重效果。
2.1.材料輕量化：高強度鋼和鋁合金性價比高
目前汽車行業(yè)輕量化材料主要有：高強度鋼、鋁合金、鎂合金、碳纖維復(fù)合材料， 對應(yīng)減重效果及成本費用上由低到高。
高強度鋼和鋁合金性價比高，占據(jù)輕量化市場較大份額。市場上主流的輕量 化材料為高強度鋼和鋁合金材料，高強度鋼由于其超高強度主要應(yīng)用于車身骨架的關(guān) 鍵部位；鋁合金材料由于其良好的減重效果主要應(yīng)用于覆蓋件，殼體等位置。兩者的 性能和價格可達到平衡，因此了實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。根據(jù)賽瑞研究和產(chǎn)業(yè)信 息網(wǎng)數(shù)據(jù)，預(yù)計 2020 年高強度鋼和鋁合金占據(jù)了汽車輕量化市場的 85%以上，其中 鋁合金的比例接近 65%。
鎂合金和碳纖維材料目前缺陷顯著，限制其大規(guī)模商用。鎂合金耐腐蝕性差、 易燃、成本較高的缺陷限制了其應(yīng)用，因此鎂合金一般應(yīng)用于內(nèi)飾，輪轂和動力總成 中。碳纖維復(fù)合材料成本遠(yuǎn)超鎂鋁合金，但減重效果遠(yuǎn)勝于金屬材料，目前僅應(yīng)用于 賽車、超級跑車等。若碳纖維成本能夠下降到合理水平，將有望得到更加普遍的應(yīng)用
2.1.1.鋁合金和高強度鋼具性價比
減重降本成效高——鋁合金。鋁合金的密度低、質(zhì)量輕、可加工性強，能夠根 據(jù)特定需求加工成不同的形狀尺寸，疊加其擁有價格優(yōu)勢，是目前實現(xiàn)整車輕量化的 選材料，主要運用于前后防撞梁、水箱框架、機器蓋、翼子板、前后懸掛的擺臂、 副車架等。
1）從性能角度看，鋁的密度約為鋼的 1／3，汽車使用 1 kg 鋁可替代自重 2.25 kg 的鋼材，且鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化可以實現(xiàn)二次減重，整體減重效果大于 50%，此 外鋁合金具有強度高、可循環(huán)、耐腐蝕、密度低等優(yōu)點。
2）從成本的角度看，鋁合金價格僅為鋼的 2.5 倍，遠(yuǎn)低于碳纖維復(fù)合材料，鎂 合金的價格和鋁合金相近，但鎂合金的易腐蝕問題限制了其在汽車行業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用， 因此鋁合金是現(xiàn)階段佳的輕量化材料。
根據(jù)長城汽車發(fā)動機內(nèi)、外板的輕量化數(shù)據(jù)，鋁制發(fā)動機內(nèi)、外板較鋼制發(fā)動機 內(nèi)、外板分別輕 6/4.5Kg，輕量化率（減重質(zhì)量/原件質(zhì)量）達到 57%/54%，但價格 同比僅為 43%/53%，價格增幅要低于輕量化效率。隨著鋁制零部件制作工藝提升， 逐步形成量產(chǎn)型生產(chǎn)線，制造成本下降，未來汽車各部件鋁制化將加速滲透，市場規(guī) 模持續(xù)擴大。
鋁合金可廣泛應(yīng)用于車身各系統(tǒng)，顯著減少車身重量。鋁合金對于車身整體減 重具有顯著效果，因此可廣泛應(yīng)用于白車身覆蓋件，如頂蓋、前后門、翼子板等。汽 車的動力系統(tǒng)、傳統(tǒng)系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、底盤及輪轂等也占據(jù)車體的主要重量，因此也 是鋁合金輕量化應(yīng)用的主要發(fā)展方向，采用鋁合金車身的捷豹 XF 比上一代車型減重 190kg，減重效果為 10%。新能源汽車方面，動力電池系統(tǒng)是新增系統(tǒng)且重量較大， 對于輕量化需求更加迫切，因此鋁合金電池外殼也是新能源汽車輕量化的全新增量。
鋁合金成型工藝各有千秋，美日經(jīng)驗顯示擠壓鑄造或為未來方向。鑄造工藝方 面，由于內(nèi)部質(zhì)量疏松的問題，鑄鋁壓鑄件不易由高壓壓鑄生產(chǎn)，一般為低壓/差壓 壓鑄或者擠壓壓鑄工藝。但對比美國、日本，我國關(guān)于間接擠壓鑄造的研究起步較晚， 在量產(chǎn)方面還有很多不足，導(dǎo)致擠壓鑄造產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差、廢品率高等諸多問題；鍛造工藝方面，由于其能消除金屬在冶煉過程中產(chǎn)生的鑄態(tài)疏松等缺陷，優(yōu)化微觀 組織結(jié)構(gòu)，同時其適應(yīng)性廣、原材料來源廣的特點有助于為鋁合金成型提供更多解決 方案。
抗拉屈伸性能高——高強度鋼。國際上將抗拉強度 210-550MPa 的鋼板劃分為 高強度鋼，大于550MPa為超高強度鋼。國際鋼鐵協(xié)會組織設(shè)立的“先進汽車概念” 項目使得以高強鋼（HSS）和超高強鋼（UHSS）為主要材料的汽車白車體減重 25%。高強度鋼有著較高的結(jié)構(gòu)強度、優(yōu)越的碰撞吸能性和抗疲勞強度，且沖壓成形性、焊 接性和可涂裝性均表現(xiàn)優(yōu)良，車身上高強度鋼多用于白車身上的結(jié)構(gòu)件、安全件上。
2.1.2.其他材料逐步滲透
鎂合金—市場成長空間大。鎂的密度是 1.74 kg/m3，是鋁的 2/3，且鎂合金材料 耐凹陷性、機械加工性、吸振性好，生產(chǎn)模具壽命高、尺寸穩(wěn)定，且易于回收，鎂合 金在汽車各部件減重效果總降幅可達 45%，作為輕量化材料更合適，受限于加工成 本及技術(shù)工藝，現(xiàn)階段尚不具備量產(chǎn)條件，目前多應(yīng)用于個別車型的發(fā)動機罩蓋、轉(zhuǎn) 向盤、座椅支架、車內(nèi)門板和變速器外殼等方面。
隨著鎂合金制造工藝及技術(shù)升級，成本逐漸降低，輕量化需求升級，單車用量及 總需求將有望提高。根據(jù)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)預(yù)測，我國 2020、2025、2030年車用鎂合 金需求將到達 45/82.3/171.8 萬噸，2015-2030 年復(fù)合增長率達 20.3%，單車需求分 別達到 15/25/45Kg，2015-2030 年復(fù)合增長率達 18.1%。
碳纖維——綜合性能優(yōu)勢高。碳纖維及其復(fù)合材料具有量輕、剛性大、易加工 成形、抗沖擊能力強、耐久性好、舒適性好等優(yōu)點，受限于制造加工成本高、生產(chǎn)過 程復(fù)雜、回收再利用困難等因素，而多應(yīng)用在賽車、超跑等豪華轎車中。目前，碳纖 維在汽車車身、底盤、車頂外部、保險桿、內(nèi)飾、座椅骨架、發(fā)動機蓋罩、輪轂、傳 動軸、剎車片等部位均有應(yīng)用。
受限成本阻力，未來空間仍在。碳纖維制造加工成本較高，其原材料價格高達 120-200 元/Kg，且制造工藝非常復(fù)雜，目前只有豪華車型才會采用碳纖維作為輕量 化材料。2019 年碳纖維需求量達到 103.7 千噸，需求量達 37.8 千噸，而 2019 年碳纖維應(yīng)用于汽車行業(yè)僅占 2%，汽車需求量僅為 0.75 千噸。未來隨著加工 技術(shù)不斷提升，單車碳纖維使用量逐步增加，預(yù)計 2025 年及汽車碳纖維需 求量將達到 198.1/112 千噸，汽車碳纖維應(yīng)用占比增加至 5%，汽車碳纖維用量將達 到 5.6 千噸。
2.2.結(jié)構(gòu)輕量化：拓?fù)鋬?yōu)化具價值
結(jié)構(gòu)輕量化—車身結(jié)構(gòu)合理布局。結(jié)構(gòu)輕量化圍繞小型化、薄壁化、精簡化、 中空化和冗余度處理五個輕量化設(shè)計方法對整車各系統(tǒng)各專業(yè)進行輕量化設(shè)計，同時 利用 CAD、CAE 、SFE 等技術(shù)進行車身布局設(shè)計和車體結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在保證性能的前 提下，尋求零部件壁厚減薄、數(shù)量精簡和結(jié)構(gòu)的整體化、合理化設(shè)計，實現(xiàn)整車精益 化設(shè)計，優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)、減少零件數(shù)量。如吉利 FE 車型散熱器上橫梁總成通過結(jié)構(gòu) 優(yōu)化設(shè)計、精簡制件，在保證安全的前提下減重 2.2 kg。
根據(jù)設(shè)計變量及優(yōu)化問題類型的不同，結(jié)構(gòu)輕量化可分為拓?fù)鋬?yōu)化、尺寸優(yōu)化、 形狀優(yōu)化、形貌優(yōu)化四種。
拓?fù)鋬?yōu)化：對指定設(shè)計空間的材料分布進行分析，通過拓?fù)渌惴ㄗ詣拥玫絻?yōu) 化的動力傳遞路徑以達到盡可能多節(jié)省材料的目標(biāo)。拓?fù)鋬?yōu)化就是尋求材料在空間的 佳分布，被廣泛承認(rèn)是一種具有應(yīng)用價值的方法，常用的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法有均 勻化方法、變密度法、水平集法、進化式結(jié)構(gòu)優(yōu)化法、獨立連續(xù)映射法等
尺寸優(yōu)化：尺寸優(yōu)化過程中，往往根據(jù)質(zhì)量、強度等優(yōu)化目標(biāo)對板厚、梁截面 及截面慣性矩等尺寸進行優(yōu)化，使應(yīng)力分布均勻化，而且，尺寸優(yōu)化一般以汽車零部 件的形狀尺寸為變量，以滿足各種工況下的剛度、振動、強度和吸能性等。汽車設(shè)計 中線性靜力學(xué)問題和線性振動問題可以使用傳統(tǒng)的數(shù)值優(yōu)化算法對輕量化直接進行設(shè) 計，以線性彈性尺寸優(yōu)化為基礎(chǔ)的設(shè)計方法可以對汽車上使用的零部件進行優(yōu)化并對 汽車進行減重。
形狀優(yōu)化：形狀優(yōu)化即通過適當(dāng)改變制件的外形使結(jié)構(gòu)更加均勻地受力，具體 措施是對汽車結(jié)構(gòu)整體或局部進行形狀優(yōu)化，從而使材料能夠發(fā)揮出更大的潛力。工 程師們一般利用有限元法來避免應(yīng)力高峰，使應(yīng)力分布盡可能均勻化，具體做法是在 承受高負(fù)荷的部位儲存或增強材料，在承受低負(fù)荷的部位減薄或去除材料。
形貌優(yōu)化：形貌優(yōu)化作為形狀優(yōu)化的高級形式，是一種形狀佳化的方法，在 版型結(jié)構(gòu)中尋找優(yōu)化的加強筋 、凹凸結(jié)構(gòu)的形狀、位置和數(shù)量布置方案，用于設(shè) 計薄壁結(jié)構(gòu)的強化壓痕，使結(jié)構(gòu)在減輕重量的同時滿足強度、頻率等要求。
2.3.工藝輕量化：熱成型應(yīng)用廣
工藝技術(shù)為紐帶，助力輕量化進程。汽車輕量化設(shè)計中，工藝技術(shù)能夠起到 “畫龍點睛”之作用。工藝與材料、結(jié)構(gòu)一道，是汽車輕量化設(shè)計技術(shù)的“鐵三角”。材料是基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)是結(jié)果，而工藝是材料與結(jié)構(gòu)之間的紐帶，是由材料轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)的 必經(jīng)之路。三者相互協(xié)調(diào)、缺一不可。目前主流工藝技術(shù)為激光拼焊、熱成型、液壓 以及輕量化連接等成型工藝技術(shù)。
激光拼焊板：激光拼焊板（TWB）可將不同材質(zhì)、不同厚度、不同強度和不同 表面鍍層的板坯拼合起來然后整體進行壓型。根據(jù)車身各部位實際受力和變形大小， 預(yù)先定制理想厚度拼接板，達到節(jié)省材料、減輕質(zhì)量且提高車身零部件性能的目的。激光拼焊板工藝已在汽車領(lǐng)域應(yīng)用成熟，用于制造車門內(nèi)板、加強板、立柱、底板和 輪罩等部件。
熱成型：熱成型技術(shù)是將高強度鋼板加熱至奧氏體化狀態(tài)，然后快速轉(zhuǎn)移到模 具中進行沖壓成形，保壓淬火一段時間，以獲得具有均勻馬氏體組織的超高強鋼零件。熱成型零部件精度高、成型質(zhì)量好、回彈性小，主要應(yīng)用在汽車前/后保險杠、A/B/C 柱、車頂構(gòu)架、車底框架及車門內(nèi)板、車門防撞桿等構(gòu)件生產(chǎn)。
熱成型技術(shù)已在汽車工業(yè)中廣泛使用。由于熱成型技術(shù)具有輕量化、高強度等 優(yōu)勢，多家汽車企業(yè)已然使用熱成型技術(shù)作為發(fā)展方向。一汽紅旗 HS5 車身用材中 高強度鋼板應(yīng)用比例超過 60%，熱成型鋼板應(yīng)用比例為 16.8%，車身被動安全獲得 提高的同時實現(xiàn)了車身輕量化；奧迪 A8D5 中熱成型高強度鋼材取代奧迪 A8D4 中的 部分鋁合金材料，在汽車 A 柱、 B 柱、門檻內(nèi)外板、前封板下部、頂蓋側(cè)邊梁以及 底盤組件等白車身的材料占比中進一步提升占比率。
液壓成型：用液體壓力代替剛性的凸模或凹模對板料進行沖壓加工的方法。以 液體代替模具減少了模具數(shù)量，降低了費用，同時提高了產(chǎn)品質(zhì)量及成型極限，實現(xiàn) 輕量化設(shè)計。根據(jù)成型毛坯的不同還可分為管材液壓成型和板材液壓成型。
輕量化連接：目前輕量化連接技術(shù)有多種形式，而鋁制連接新工藝有鉚接、中 頻電阻點焊、膠接、MIG焊、攪拌摩擦焊等，新連接工藝的使用具有更好的增強汽車 強度、減輕汽車疲勞強度和延長使用壽命等效果。
3.底盤輕量化新藍海 鋁電池盒為全新增量
底盤輕量化為汽車輕量化市場的新藍海。汽車輕量化主要有四個領(lǐng)域，車身輕 量化、底盤輕量化、動力系統(tǒng)輕量化與內(nèi)外飾件輕量化。從性價比來看，由于簧下質(zhì) 量（懸掛以下的控制臂、卡鉗、輪轂等）減重性價比遠(yuǎn)高于簧上質(zhì)量（懸掛以上的車 身結(jié)構(gòu)件等），有著“簧下 1 公斤，簧上 10 公斤”的說法，底盤輕量化相較于車身輕 量化性價比更高，而車身輕量化由于耗材量大、成本高，短時間內(nèi)滲透率難以提升。從滲透率來看，鋁合金起初就用于動力系統(tǒng)中如發(fā)動機缸體、缸蓋等產(chǎn)品上，滲透率 已比較高。內(nèi)外飾輕量化由于材料與環(huán)保性的限制，還有待進一步發(fā)展。
3.1.底盤輕量化：汽車輕量化的新藍海
底盤承載占比高，簧下輕量化為關(guān)鍵。汽車底盤作用在于支撐、安裝汽車發(fā)動 機及其各部件、總成，成形汽車的整體造型，作為汽車三大部件之一，在汽車整車占 比達 27%，位列汽車部件質(zhì)量排名第三。汽車底盤承載著近 70%的汽車總重量，對 于汽車行駛性而言，簧下質(zhì)量每減輕 1Kg，帶來的效果等效于簧上質(zhì)量減輕 5-10Kg， 特別在汽車加速性能、穩(wěn)定性能及操控性能等方面尤為明顯。
汽車底盤是一個統(tǒng)稱，主要是由四大系統(tǒng)組成，即傳動系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)和制動系統(tǒng)四部分組成。
傳動系統(tǒng)：汽車發(fā)動機與驅(qū)動輪之間的動力傳遞裝置，具有減速、變速、倒車、 中斷動力、輪間差速和軸間差速等功能，并具有良好的動力性和經(jīng)濟性。
行駛系統(tǒng)：將汽車各總成、部件連接在一起，起到支撐全車負(fù)荷的作用；緩解 地面對汽車沖擊和振動，與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，保證汽車操作穩(wěn)定性。
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)：幫助駕駛員通過轉(zhuǎn)向方向盤動作完成汽車轉(zhuǎn)向，從而改變汽車行徑 方向。
制動系統(tǒng)：汽車重要的主動安全裝置，使行駛中的汽車按照駕駛員的要求減 速、停車，同時保持上下坡車輛穩(wěn)定及速度穩(wěn)定。
底盤輕量化市場空間有望大幅增加。我們預(yù)計鋁制控制臂、副車架、轉(zhuǎn)向節(jié)、 制動鉗輕量化產(chǎn)品滲透率將大幅提升，帶動市場份額的大幅增加，2019-2025 年 CAGR 分別為 17%、21%、17%、25%。整體底盤輕量化市場有望從 2019 年的 137 億元增長至 2025 年的 398 億元，實現(xiàn) CAGR 為 19%的高增長。
轉(zhuǎn)向節(jié)在底盤輕量化中具性價比。按國際通行汽車油耗評價方法，對于乘用 汽油車，每降低 100kg，多可節(jié)油 0.39L/100km，基于對減重與油耗降低效果，以及減重成本的分析，目前轉(zhuǎn)向節(jié)是底盤輕量化中性價比高的產(chǎn)品，預(yù)計目前轉(zhuǎn)向節(jié) 滲透率已達 28%，主機廠接受程度較高。
鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)市場：轉(zhuǎn)向節(jié)（羊角）是汽車轉(zhuǎn)向橋中的重要零件之一，能夠使 汽車穩(wěn)定行駛并靈敏傳遞行駛方向，轉(zhuǎn)向節(jié)的功用是傳遞并承受汽車前部載荷，支承 并帶動前輪繞主銷轉(zhuǎn)動而使汽車轉(zhuǎn)向。在汽車行駛狀態(tài)下，它承受著多變的沖擊載荷， 因此要求其具有很高的強度。
滲透逐步加速，規(guī)模可達近 80 億元。鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)目前在高端品牌車型（BBA） 上幾乎全部覆蓋，滲透率高達 90%以上，而自主、合資品牌車型上使用較少，所有 品牌平均滲透率僅為 28%，由于轉(zhuǎn)向節(jié)屬于小件零部件，在設(shè)計、加工上研發(fā)和量 產(chǎn)速度都較快，而隨著底盤輕量化持續(xù)推進，鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)將由高端品牌向其他品牌 逐步滲透，預(yù)計2025年滲透率可達60%，市場規(guī)模達78億元，2020-2025年CAGR 為 20.6%。
國產(chǎn)鋁制轉(zhuǎn)向節(jié)加速推進。目前主要鋁制轉(zhuǎn)向節(jié)的需求來源于奧迪、寶馬、奔 馳等高端車型，中低端車型對鋁制轉(zhuǎn)向節(jié)的需求不足。國外企業(yè)有 ZF、Brembo、 Magna 等，其中 ZF 于 2019 年在張家港建立新底盤零部件工廠，生產(chǎn)鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié) 等輕質(zhì)材料底盤部件。國內(nèi)對轉(zhuǎn)向節(jié)器件生產(chǎn)技術(shù)研究逐步發(fā)展，綜合運用多種技 術(shù)提高轉(zhuǎn)向節(jié)的生產(chǎn)效率以及質(zhì)量。國內(nèi)企業(yè)伯特利等企業(yè)采用了先進的制造工藝， 憑借其差壓鑄造工藝與良好的生產(chǎn)一致性，已在底盤輕量化市場占得一定優(yōu)勢；華域 汽車隨著通用和大眾車型的穩(wěn)定增長而擴張轉(zhuǎn)向節(jié)市場。
鋁合金副車架市場：汽車的副車架是車橋、車軸和差速器等懸架構(gòu)件的支架， 形成一個車橋總成，通過它再與汽車主車架進行剛性或柔性（橡膠或液壓襯墊）連接。在性能上主要目的是減小路面震動的傳入，以及提高懸掛系統(tǒng)的連接剛度，副車架的 配置不僅提升車輛舒適性，而且有效提升底盤強度和操控性。
滲透成長空間大，價值規(guī)模增量高。由于鋁合金副車架單車配套價值在 3000 元 左右，考慮到成本和加工工藝不成熟等因素，2019 年國內(nèi)乘用車滲透率僅為 10%， 但國內(nèi)部分品牌已經(jīng)開始使用，如威朗、速騰等。產(chǎn)品高價值量帶來的增量規(guī)模十分 顯著，輕量化副車架市場規(guī)模在底盤零部件中位列，隨著制造工藝技術(shù)更新，材 料逐年降本，2025 年滲透率預(yù)估達 25%，未來滲透率還有很大成長空間，市場規(guī)模 可達 195 億元，相對 2020 年有 130 億元的增量規(guī)模，2020-2025 年 CAGR 為 24.4%。
國內(nèi)企業(yè)已布局，國產(chǎn)替代將持續(xù)。鋁合金副車架對性能有較高要求及較高的 準(zhǔn)入門檻。大量的鋁合金副車架的需求來源于中高端，如奧迪 A6、A4 和 Q5，同時 大眾旗下如邁騰、CC、途觀以及奔馳寶馬等多款車型也有應(yīng)用。目前國外企業(yè)有 Chassix、Pierburg 等企業(yè)，配套奔馳、寶馬、奧迪、通用等車型；國內(nèi)企業(yè)已占據(jù) 部分市場，其中萬安科技深耕三十余年，鋁合金副車架業(yè)務(wù)每年保持 30%增長，形 成年產(chǎn) 100 萬臺套以上鋁合金副車架的產(chǎn)線規(guī)模，市場份額將持續(xù)提升。
鋁合金控制臂市場：汽車控制臂作為汽車懸架系統(tǒng)的導(dǎo)向和傳力元件，將作用 在車輪上的各種力傳遞給車身，同時保證車輪按一定軌跡運動。汽車控制臂分別通過 球鉸或者襯套把車輪和車身彈性地連接在一起，因此汽車控制臂應(yīng)有足夠的剛性、疲 勞強度和使用壽命。根據(jù)控制臂結(jié)構(gòu)還可分為穩(wěn)定桿連桿、橫拉桿、橫臂、控制臂、 縱臂等。
產(chǎn)品種類多樣，規(guī)?？善?100 億?？刂票墼谇啊⒑髴壹芟到y(tǒng)中有更多的細(xì)分種 類，產(chǎn)品種類的多樣加速了企業(yè)更加優(yōu)化自身生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量，形成先進技術(shù)工藝和 專業(yè)加工制造設(shè)備的優(yōu)勢。據(jù)測算 2019 年鋁合金控制臂滲透率為 19%，市場規(guī)模為 40.1 億元，隨著企業(yè)繼續(xù)推進自身產(chǎn)品不斷滲透，通過制造工藝改進生產(chǎn)效率、降 低生產(chǎn)成本，預(yù)計 2025 年鋁合金控制臂市場規(guī)?？蛇_ 104 億元，滲透率達到 40%， 2020-2025 年 CAGR 為 20.5%。
國內(nèi)車企加速布局，國產(chǎn)替代逐步實現(xiàn)?？刂票圩鳛閼壹艿膶?dǎo)向元件和傳力元 件對零件強度有較高要求，其制造工藝復(fù)雜，門檻高。目前鋁控制臂市場上 ZF、 Chassix 跨國集團為主要國外供應(yīng)商，其中 Chassix 在納布里斯及捷克托設(shè)立工廠為 汽車業(yè)生產(chǎn)鋁合金支架、控制臂等。國內(nèi)拓普集團于 2015 年實現(xiàn)量產(chǎn)鍛鋁控制臂， 2017 年 12 月收購福多納，納入鍛鋁控制臂等底盤輕量化業(yè)務(wù)，目前已進入特斯拉、 吉利、比亞迪等供應(yīng)鏈，電動化發(fā)展及新客戶訂單的持續(xù)突破將提升鋁制控制臂的成 長空間。
鋁合金制動卡鉗市場：制動卡鉗是向剎車盤施加作用力的部件，剎車總泵產(chǎn)生 的液壓終作用在卡鉗內(nèi)部的活塞上，活塞擴張之后會將剎車片推向剎車盤，從而起 到減速或者停車的作用。
體量空間尚小，市場逐步打開。制動卡鉗目前在國內(nèi)市場上滲透率很低，除了 豪華品牌部分車型能夠改裝鋁合金制動卡鉗外，自主、合資品牌很少使用鋁合金制動 卡鉗，2019 年市場滲透率僅為 6%，規(guī)模為 5.4 億元。考慮到鋁合金制動卡鉗在減震、 降速、平穩(wěn)性上有更強的優(yōu)勢，隨著消費者駕車體驗需求升級，鋁合金制動卡鉗需求 將有望得到提升，單車配套價值也將增長（2輪到 4輪），預(yù)計 2025年市場規(guī)模達 21 億元，滲透率達到 20%，2020-2025 年 CAGR 為 28.7%。
外資企業(yè)占比高，國內(nèi)車企逐步布局。目前鋁合金制動卡鉗以外資企業(yè)占比多， 包含 brembo、ZF 等知名企業(yè)，配套了從豪華品牌到普通品牌的大部分車型。其中布 雷博制動系統(tǒng) 55%應(yīng)用于高端乘用車，45%應(yīng)用于普通車型，2019 年南京工廠投產(chǎn) 可生產(chǎn) 150萬件制動卡鉗配套；國內(nèi)市場中，文燦股份擬收購百煉集團，若收購成功 則將大幅提升公司在鋁合金剎車鑄件領(lǐng)域的市場地位；同時伯特利專注制動領(lǐng)域 17 年，憑借其差壓鑄造工藝與良好的生產(chǎn)一致性，已在底盤輕量化市場占得一定優(yōu)勢， 目前對鑄鋁卡鉗進行研發(fā)，預(yù)計通過自主研發(fā)打開鋁制動卡鉗市場，逐步擴張市場份 額。
新能源汽車底盤規(guī)模可達 300 億元以上。我國新能源汽車產(chǎn)銷量連續(xù) 4 年位居 位，中汽協(xié)數(shù)據(jù)顯示，2019 年我國新能源汽車銷量為 120.6 萬輛，同比減少 4%，主要受新能源政策退坡及 2018年高基數(shù)影響。根據(jù)三部委印發(fā)的《汽車產(chǎn)業(yè)中 長期發(fā)展規(guī)劃》，要求我國 2025 年新能源汽車銷量占總銷量 20%以上，預(yù)計 2025 年 我國新能源汽車銷量將達到 600 萬輛，CAGR 達 31%。2019 年我國新能源汽車底盤 輕量化市場規(guī)模為 45.6 億元，隨著新能源汽車產(chǎn)銷持續(xù)增長，輕量化材料逐步滲透， 預(yù)計 2025 年新能源汽車底盤輕量化市場規(guī)模達約 320 億元，CAGR 達 38%。
底盤材料輕量化，滲透率增長空間大。2019 年國內(nèi)主力新能源車型均開始采用 輕量化底盤方案。以廣汽 AionS、上汽 MarvelX 為主的純電動車型目前均大量采用輕 量化底盤結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)向節(jié)、控制臂、副車架均使用鋁合金材料，其他相對經(jīng)濟型的車型 目前采用部分鋁合金的部件。據(jù)測算，2019 年轉(zhuǎn)向節(jié)、控制臂、副車架輕量化滲透 率分別為 27%/25%/18%，未來隨著輕量化材料成本下降、制造工藝逐步升級，輕量 化底盤零部件將加速滲透，預(yù)計 2025 年轉(zhuǎn)向節(jié)、控制臂、副車將鋁合金滲透率可達 80%/80%/50%，滲透率增長空間大。
電池盒貢獻量多，副車架成長性高。新能源汽車較傳統(tǒng)汽車在底盤上多裝配了 電池盒，電池盒與底盤系統(tǒng)結(jié)合作為汽車底部的承載部分。由于國內(nèi)汽車鋁制電池盒 單車配套價值量為 3000 元以上，國外價格單車配套價值更高，電池盒對底盤輕量化 市場規(guī)模貢獻大；鋁制副車架單車價值在 2500-3000 元左右，目前滲透率較低， 市場規(guī)模成長性高?？紤]新能源汽車高速增長帶動汽車輕量化需求提升，在市場需求 和政策導(dǎo)向雙重刺激下，預(yù)計 2025 年國內(nèi)新能源汽車鋁電池盒、副車架市場規(guī)模分 別為 180/75 億元，CAGR 分別為 31%/55%。
3.2.車身輕量化：熱成型高強度鋼為核心
鑒于性能與成本雙重考慮，車身以鋼材為主。白車身作為整車占比高的部分 （25%-40%），通過使用輕量化材料（如鋁合金）可降低車身 40%-60%重量，由于 發(fā)動機、變速箱等機械部件受限于強度、設(shè)計、結(jié)構(gòu)等方面存在較大的輕量化難度， 車身作為駕駛艙的安全壁壘，其輕量化更受青睞。由于鋼材在屈服強度、拉伸強度、 延伸率等性能上都較其他輕量化有著明顯安全性能優(yōu)勢，，因此鋼材在車身上的使用 面積更多。
同時成本昂貴也成了限制車身使用大量輕量化材料的重要原因，鋁合金的原材料 價格為鋼材的 3-4 倍，由于鋁制車身各零部件之間的連接工藝目前并不成熟，成品率 低，專業(yè)設(shè)備配置要求高，加工工藝的成本較已形成成熟體系的鋼材貴 10 倍左右， 使得當(dāng)前鋁制車身尚未得到廣泛的普及。
熱成型工藝可顯著提升鋼鐵材料性能。熱成型工藝是將特定鋼材原料加熱到奧氏 體溫度區(qū)間（900°C 以上）之后輸送到液壓機上，在鋼板仍具有延展性時進行沖壓， 然后迅速冷卻。一般的高強度鋼板的抗拉強度在 400-450MPa 左右，采用熱成型工藝 制造而成的高強度鋼材抗拉強度可提高至 1300-1600 MPa，為普通高強度鋼的 3-4 倍， 顯著提升了材料的強度與機械安全性。
熱成型高強度鋼是車身輕量化的核心材料。通過熱成型工藝加工而成的高強度 鋼抗拉強度和屈服強度極高，因此用于車身的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)如 A 柱、B 柱、C 柱、車門防 撞梁、前后保險杠等關(guān)鍵位置作為保護乘客的核心安全結(jié)構(gòu)件。
1）安全方面，熱成型高強度鋼制成的車身關(guān)鍵結(jié)構(gòu)可以顯著提升汽車車身的抗 撞能力，減小碰撞過程中的駕駛艙形變，有效的保護乘客在行駛碰撞中的生命安全。如中保研正面偏置碰撞測試中，在汽車發(fā)動機艙幾乎全部潰縮的情況下，采用熱成型 高強度鋼制成的結(jié)構(gòu)件仍能保持原型，顯著增加成員安全性。
2）輕量化方面，高強度鋼可以通過比較小的厚度達到設(shè)計的強度要求，也不需 要加強板對關(guān)鍵部位進行加固，因此采用高強度鋼制作的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)可以顯著減少零部 件重量達 20%-30%，從而實現(xiàn)輕量化目標(biāo)。如奧迪 A8 全鋁車身的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)仍采用 了一定比例的高強度鋼。
熱成型產(chǎn)業(yè)的國產(chǎn)替代已逐步實現(xiàn)。早期國內(nèi)的熱成型產(chǎn)品主要由本特勒、海 斯坦普等巨頭壟斷，的條熱成型生產(chǎn)線于 2005 年由本特勒長瑞汽車系統(tǒng)長 春有限公司建成。目前全共有 400條以上的熱沖壓生產(chǎn)線，地區(qū)已有 100余 條，國內(nèi)主要的熱成型企業(yè)有凌云股份、東風(fēng)天汽模、寧波華翔、重慶寶吉、屹豐集 團等。國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)基本實現(xiàn)外資與自主抗衡的局面，國產(chǎn)替代進行時。
3.3.內(nèi)外飾輕量化：改性塑料占比高
汽車內(nèi)飾材料多，改性塑料占比 60%。改性塑料相比金屬材料具有更低的密度 和更高的比強度，目前汽車內(nèi)飾主要塑料主要有 PP、ABS、PU 等。2019 年內(nèi)飾改 性塑料需求為 187 萬噸，單車用量為 145Kg。目前改性塑料在汽車內(nèi)飾用料中所占的比例達 60%，隨著塑料內(nèi)飾的使用不僅帶來汽車輕量化，同時提升在阻燃、強度 的安全性，材料體驗的舒適性及易于回收的環(huán)保性，預(yù)計 2025 年汽車內(nèi)飾改性塑料 需求為 328 萬噸，單車用量達 180Kg。
輕量化效果低，受限成本壓力。由于汽車內(nèi)飾件在汽車中占比中僅為 10%左右， 改性塑料輕量化效果較使用前減重約 30%-50%，等效整車減重僅占 3%-5%，內(nèi)飾材 料更多考量駕駛艙安全性及舒適性。同時內(nèi)飾件的改性塑料價格均較高強度鋼 （6000 元/噸）更高，材料成本壓力及加工工藝的復(fù)雜限制改性塑料用量的快速增長， 但未來市場規(guī)模仍然可期。
3.4.動力系統(tǒng)輕量化：結(jié)構(gòu)優(yōu)化部件多
發(fā)動機為全車心臟，成本占比達 18%。動力總成作為汽車的動力源，決定了整 車的駕駛性能，動力系統(tǒng)包括發(fā)動機、燃油系統(tǒng)、排管裝置等，其中發(fā)動機作為全車 心臟，占到汽車整車質(zhì)量 12%左右，同時成本占全車比例達 18%，在全車質(zhì)量、成 本上均占較高比例。發(fā)動機的輕量化不僅可以提高汽車動力性、節(jié)省材料、降低成本， 還涉及整車的質(zhì)量分布，影響汽車駕駛平穩(wěn)性及安全性。
結(jié)構(gòu)優(yōu)化部件多，輕量化提升空間大。發(fā)動機缸體內(nèi)有近萬個零部件，部件多 樣使發(fā)動機缸體的輕量化有較大提升空間，目前結(jié)構(gòu)優(yōu)化主要通過拓?fù)鋬?yōu)化分析相關(guān) 零件結(jié)構(gòu)并進行尺寸優(yōu)化和形狀優(yōu)化，降低零件重量并同時降低零件成本；同時通過 不同零件功能組合，進行零件模塊化設(shè)計，減少零件數(shù)量，提高模塊通用性，從而實 現(xiàn)輕量化效果。
發(fā)動機用鋁量高，應(yīng)用占比達 30%。與傳統(tǒng)鑄鐵發(fā)動機相比，鋁制發(fā)動機質(zhì)量 可減輕 20%-30%，同時鋁合金散熱快，對發(fā)動機的保護起到關(guān)鍵性的作用。目前乘 用車發(fā)動機蓋及缸體鋁合金使用率均達到 80%以上，發(fā)動機零部件占汽車用鋁量的 近 30%，受益于輕量化主題推進，鋁合金發(fā)動機將快速實現(xiàn)乘用車全覆蓋，用量也 將逐步提升。