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引言 | 奔驰A级说：“我不服气”

可能再也没有哪个时间点，我们对节油有如此迫切的需求。

随着92号汽油每升上调0.15元，加满一箱92号汽油将多花费约9元。这还没完，95号汽油价格已经全线突破8元时代，部分地区95号汽油价格已经进入9元时代。

而想要做到节油，除在发动机上做努力外，被提及最多的就是轻量化，其中以车身轻量化尤甚。

日前，ECB（欧洲车身年会）正式公布了参选的12款车型轻量化评选结果。量产车型类：新福特福克斯获一等奖、GMC Sierra获二等奖；高端车型类：捷豹I-Pace获一等奖、Mercedes-Benz A Class获二等奖。

1为什么福克斯能力挫群雄？

讲真，捷豹I-PACE能获得一等奖车聚君是不意外的。

不管怎么说，它是参选的12款车型中唯一的一款“全铝车身”车型，其轻量化系数低至1.44，表现相当亮眼。关于轻量化系数是啥，车聚君此前就有过介绍，感兴趣的可跳转至《车身轻量化超XC90，蔚来ES8全铝车身的几大亮点和一个疑点｜聚技》。

车身轻量化系数是目前被行业普遍接受的一个评价车身轻量化水平的指标，白车身轻量化系数越小，说明单位吸能指标付出的重量成本越低，它是综合了车身尺寸、质量和性能三方表现获得的数据：

L为车身轻量化系数；m为白车身骨架质（不含四门两盖），kg；CT为包括挡风玻璃和副车架等附件的油漆车身的静态扭转刚度，N·m/ deg；A是由轴距、轮距决定的白车身投影面积，m2。

车聚君比较好奇的是，面对着BBA和沃尔沃（历史上，这四家都获得过一等奖）一众好手，新福特福克斯竟然拔得头筹。而且就轻量化系数来看，它的表现其实并不好，排除Jeep牧马人这种对轻量化不做硬性要求的车型，福克斯的表现是最差的。只怕参选的奔驰A级已经拍案而起，大喊不服了。

2不能唯“轻量化系数论”，在一项指标上很突出来

虽然轻量化系数是ECB的重点考核指标，但其实ECB的年度获奖车型，不仅要考核轻量化系数和车身相关性能，还要将白车身零件总量、采用的新材料、新焊接和黏合工艺、车型平台通用率等因素纳入考核。

就此来看，福克斯在低碳钢、HSS&AHSS&UHSS、PHS上的使用很均衡，特别是热成型钢的使用比例达到最大。

关于PHS（热成型钢）的特点，此前ECB就给过表述，可以看到其屈服强度图上是1000-12000多Mpa，拉抗强度1200-1600Mpa。这种材料比HSS&AHSS&UHSS有着更加出色的强度表现。

除此外，就ECB公布的历史数据看，A0级车车身要达到一线的优秀水平，轻量化系数要达到3.27左右，A级车则要3.17，B级车要3.19，而C级及以上级则有一个大跳跃，需要达到2.19。

这主要是因为这个级别车型基本上都是采用铝合金为主要金属材料的车身，所以福克斯的表现还维持在接近一线的水准。

3从历史表现看，这个表现怎么样呢？

今年参选的12款车型，轻量化平均值为2.80，这个表现在近17届（共20届）中不算很出色，可能与近几年铝材成本高有关。

看看国内也能发现，这几年关于铝合金的使用宣传没有此前火热，大部分厂家还是以安全为导向，重点强调自己在高强度钢、超高强度钢和热成型钢上的使用。

其中也不乏佼佼者，比如沃尔沃就大量使用了热成型的硼钢，举例来说，全新沃尔沃XC90上使用的热成型硼钢占白车身总重量的40%。

从本次参选的V60看，其材料使用也很均匀，并没有执着于铝合金的使用，反而对热成型钢很青睐（是12款车型中第二多的）。

车聚小结

就好比减肥一样，轻量化永远是车企们绞尽脑汁想要破解的问题，但从发展趋势看，这两年已经呈现疲软态势。

可以预见，在未来很长一段时间内，铝合金大量使用还是局限在高端车型中，而“荤素搭配”将成为未来主流乘用车市场的首选方案。就这点看，奔驰A级做的不错，但对比福克斯还是有差距。

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引言 | 历史的变迁总会有其玄机

网上经常能看到调侃汽车前保险杠被撞后各种惨状的段子，比如下图这几种就不太好看。

为什么会出现这种状况，与现今汽车保险杠外壳采用塑料件有直接关系。要知道汽车在高速行驶时冲击力很大，塑料外壳能否抵挡住冲击力自然就不好说了。

在很多人看来，这种塑料保险杠的耐撞能力完全不及早前的金属保险杠，时下之所以流行全都是为了减轻重量。

1技术的变迁从来都是服务于人的

这么说当然有其道理，不过技术的变迁从来都是服务于人的，为什么会出现这种转变肯定不仅仅是轻量化这么简单，而且从保险杠的发展来看，它已然变成一套更为复杂的系统。

现今乘用车最常使用到的汽车保险杠系统可以被分为三大部分，下图是汽车保险杠系统的爆炸图，很好地说明了三者之间的布置关系。

关于他们的特点，简单归纳如下：

▎保险杠壳体，也就是我们看得到的塑料外包围，这里是碰撞破损的重灾区；

▎金属防撞梁，通常由冷轧钢材制成，一般在保险杠壳体之后10cm左右的距离。有的车型会在他们之间再加装泡沫板提高支撑性，它的作用是在保证不影响行人安全的前提下，让塑料壳体的受损程度降低些；

▎吸能盒位于金属防撞梁之后。关于吸能盒的作用，大家可跳转至车聚君此前的文章——《揭秘汽车吸能盒：保险杠的玄机就在这里 | 聚技》。简单说它是用来应对中低速碰撞的吸能装置，吸能盒种类和材料因各家设定有所不同，一般来说采用可拆卸式+铝合金+溃缩引导的吸能盒效果最佳。

2为什么保险杠会发展成这套系统？

翻看60年代及以前的汽车，汽车保险杠系统并不是这样，外露的金属防撞梁很常见，在其后的外包围也多采用金属材质。可以说当年的汽车保险杠系统很单一，复杂程度远不及现在。

因为防撞梁外露，给车身带来的伤害相应的要小一些，这套系统在很长一段时间内都是主流配置。像澳洲这类地方，因为经常发生汽车撞死动物事故，外露式防撞梁依然被大量使用。有些朋友还会特意加装外露防撞梁，以避免汽车受损。

汽车保险杠发展成现今的模式，大概是从80年代开始。我们知道汽车安全被重视也是从这时候开始的，比如沃尔沃的三点式安全带就是在80年代得到普及。

在当时，人们发现外露的防撞梁和金属包围对行人的伤害很大，后来人们就逐渐给外露的防撞梁配上塑料或软质材料包围。一开始仅仅是包住防撞梁而已，比如9年卖了200万辆的日产March（1983），即便是汽车小白，依然能从外部直观地分辨出这部分。

不过这种设定还没有完全解决行人安全问题，因为车头并不够平整。凸起的防撞梁正好处在容易撞击到行人腿部关节，这样的改变只能说治标不治本。

3汽车前脸设计开始迎来新一轮的变革

某种程度来说，汽车前脸设计是被为提高防撞梁安全性所推动的。因为外露的金属防撞梁不适用，只能将它再往后挪一步，相当于外包围和防撞梁互换了位置，防撞梁被隐藏在外包围里面。

到这时，汽车保险系统的雏形开始出现。外露的金属保险杠逐渐换装为塑料保险杠，用来应对低速碰撞时不至于伤害到行人；位于其后的防撞梁和吸能盒用于抵御低速碰撞伤害。

举例来说，在美国，保险杠外壳并非安全配置，美国只是将它作为一个降低低速碰撞损失的配件，所以对保险杠只是在低速下测试一下，包括正面碰撞（10km/h）和侧面碰撞（5km/h）。

2013年9月1日，中国《汽车防护杠》行业标准该标准将正式实施，《标准》提到产品的碰撞性能应符合GB17354-1998的相关要求。

不过与国外有不同的是，国内采用的是摆锤法测试，估算下来正碰速度为4km/h，侧面碰撞为2.5km/h。国内测速要求比较低，或许和保险杠外壳比较容易撞坏有关。

除了安全性角度外，保险杠系统发展为如今这种模式还与空气阻力有关，有研究称，风阻系数每降低0.04，就能在时速130公里/小时巡航时减少0.5升的油耗。

现如今这种模式将更有助于保险杠和车身一体化，比如奔驰IAA概念车的风阻系数就压低到了惊人的0.19Cd，不久前上市的新奔驰A级风阻系数仅0.22Cd、撞风面积也仅有2.19平方米。

不过要说明的是，由于当时降低油耗的解决方案还有很多，虽然流行型汽车设计早在30年代就开始备受推崇，但当时人们并没有考虑改变防撞梁结构，比如历史上首款流线型汽车克莱斯勒气流依然保留了前后外露式保险杠设计。

正如上文所说，汽车设计禁锢的思想开始得到解放，是因为需要推动行人安全。所以这种转变要到8090年代才开始爆发，比如保时捷911，从90年代初期的964车型开始采用与车身同色的保险杠，而到了993车型保险杠更是与车身融为一体。

车聚小结：

汽车保险杠系统发展到现今这种模式与轻量化有直接关系，但如果追溯历史，我们会发现起因是行人安全保护。汽车防撞梁由外露模式逐渐转移到内置模式，外包围也逐渐从金属材质转变为塑料材质。

对于我们消费者来说，它带来的弊端是更容易受损，不过多级保护系统的出现让它较以往的安全性更高了。当然，这带来的另一大好处是提升了汽车设计的整体感，并降低了风阻系数。

需要多提一点的是，国内对低速碰撞要求比国外稍低，这是国内需要逐步与国际接轨的地方。

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引言 | 钢材这是肿么了。

外媒报道，日本京都大学与多家零部件供应商正着手研发一款轻量化原型车。

该车将采用从木材中提取的某种神秘材质作为主体材料，这种材料不仅比重仅为钢材的20%，抗拉强度更是钢材的500%，轻量化和高强度双双爆棚。报道称该原型车将于2020年面市，也不过两三年之后的事，值得等待。

一、这种神秘材质到底是啥？

准确来说这种材质是从木浆中提取的。说道木浆，它本身没什么特别之处，就是以木材为原料制成的纸浆，这东西除了造纸外还可以造很多东西，比如洗脸扑。

▲用木浆制成的洗脸扑。

木浆是木材被切碎研磨并加入添加剂后的产物，而这种材质则是将木浆再进一步“切碎研磨”的产物，确切说是一种尺寸大约为头发丝2万分之1的超细纤维，科学家把它称为CNF（纤维素纳米纤维）。

虽然车聚君知道这群工科男把DNF（地下城勇士）玩的很溜，没想到CNF玩的更棒。

按道理说纸浆本身毫无强度可言，但将这些超细木质纤维聚合在一起后就完全不一样了，这和“一只筷子和一把筷子的故事”有异曲同工之妙，通常来说几个到数十个纤维丝就能组合成CNF。

▲细想想，树之所以能长成参天大树，强大的根系之外，就是靠这些木质纤维支撑的。

在这个啥都试着能人工合成的年代，为什么一定要大费周章从木头中提取这种材质呢？

主要是因为想要达到与该木质纤维同等的性质（宽度约4nm 、结晶度70%），人工合成几乎是不可能的。取自大自然就意味着材料有限，所以说还好是从取材广泛的木头中提取的，要不然真只怕价值千金了。

二、有了CFRF为什么还要它？

一听到这种神奇材料，车聚君最大的疑问是：既然我们有了CFRP（碳纤维复合材料）为什么还要研究它呢？

关于CFRP的神奇已不用多说，作为F1赛车指定材质自然强度和轻量化是杠杠的，在民用车领域，以宝马为首也在努力探索此材料的使用，此前宝马i3在IIHS测试中也证明了CFRP使用在民用车上也能较好地保护驾驶者。

▲通过树脂、金属、陶瓷等基体复合而成的CFRP，其抗拉强度是钢材的7~12倍，比重为钢材的20%，比CNF性能要好。

为什么要研究CNF，这就要聊到这两种材料的使用区别了。

CFRP虽然好，但是这种材料的韧性却不大，说白了就是比较脆，而CNF相比它则能更好折弯，这样一来，制造一些复杂部件就更具优势，比如像保险杠、内饰、轮胎等树脂和橡胶部件。而且CNF强度也很高，就能够避免传统塑料保险杠被轻易撞击破裂了。

▲并不是说CFRP不好，由于强度更高，它可被使用在强度要求更大、韧性要求相对一般的车身主体件上。

此外，CFRP的回收处理一直很让人头疼，由于碳纤维增强塑料不可降解，因此将其磨成粉末、垃圾场填埋或焚烧都不行不通。

早在2010年日本三菱人造丝公司就估计世界上废弃的CFRP就大约高达2万吨，而近几年轻量化要求也越发严格，这数据只怕是已经成倍增长了。

让人惊喜的是，CNF简直就是环境友好的楷模，因为这种源自木头的材料，可以直接通过土壤降解，根本不用担心后续问题。

▲美国威斯康星大学麦迪逊分校曾做过相关研究，将纤维素纳米纤维膜制作的电脑芯片放入木堆3周后，它就已经发生了降解。

如果说CFRP回收问题还能通过高温分解或化学降解等方式进行改进，那关于透明度的问题就毫无办法了。我们都知道CFRP是一种黑色的材质，甚至都不用给它上漆就可以直接做外饰件。

看似很完美，但也制约了它的使用范围，比如它就不能作为透明材料使用，所以像汽车玻璃的轻量化就无能为力了。

▲汽车上的7块玻璃（前风挡、四门、尾门、天窗）重量可都不轻，特别是前风挡一般都能达到20kg多。

这点上CNF可谓优势巨大，在其加工成膜状后，它就会变成类似“塑料薄膜”的状态，不仅能像纸一样弯折，而且还结实、透明度高。

此前也有人考虑用树脂作为玻璃的替换材料，但树脂的热膨胀率大、耐受温度变化能力较弱、透明度不高等缺点限制了它的使用。

三、它也能作为一种复合材料使用了

CNF不仅能在单独使用时发挥强大功效，还可以作为添加剂加强其他材料的强度，间接达到轻量化的目的。

比如早在2012年，王子制纸和京都大学教授矢野浩之等人合作开发出了CNF含量在10％以上的新树脂，按一辆车的树脂使用量来看，能够同比降低约20kg的重量，按车辆每减少100kg，百公里油耗降低0.5升来算，仅在这上面就能降低0.1L/百公里。

▲苍蝇腿也是肉，可不要小瞧这0.1L/百公里，轻量化可是这么一点点省出来的。

总之，CNF有着多种优点，比如环保、韧性好、可混合使用也可独立使用、可制成透明材料等。按业内说法，这种材料将会是CFRP的强有力的补充材料甚至是替代材料。

但优点往往伴随着缺点，根据车聚君的“万物守恒定律”，世间肯定是没有这种好事存在的，啥都好那让其它材料咋混呢，难不成汽车厂商们都瞎了吗？

当然不是，最头疼的当然是高成本问题了。

由于工艺繁琐，导致其制造成本高达600元/kg，而碳纤维复合材料大约在120元/kg（2016年全球碳纤维复合材料市场报告），而且CNF的研发存在行业壁垒，仅限于这个领域已经深耕多年的造纸行业，普通企业想入手成本会更高。

不过近期日本古河电工采用了一套新技术，将CNF强化复合材料的制造成本降至近23元/kg，但似乎还是处在实验室阶段，他们也没公布量产计划。

如果CNF的价格能降低到如此低的程度，简直就是性价比超高的材料，而且使用范围如此之广，到时候车身轻量化一定可以达到很可观的数据，到时候节油节电都不是问题了。

车聚小结：

在轻量化技术上各国各企业都在不断探索新的方法，不得不承认日本在这方面的研究和投入很大，当然CNF能在日本异军突起和其深厚的造纸工业和化学工业有关，但想想造纸术还是中国的四大发明之一就觉得挺心酸，事实上中国在这方面还是十分落后的一方。

据传CNF材料将会在2020年东京奥运推广使用，虽然不清楚会以何种方式展示给我们，说不定是超级轻量化跑鞋，但就以上来看，一定不会让我们失望。

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引言 | 轻量化时代，钢制骨架车身何以立足。

 关于汽车车身轻量化，大家印象中最为深刻的可能就是诸如塑料、铝合金、碳纤维等轻量化材料，各大汽车厂商和媒体对轻量化材料在车身制造上的应用也都非常重视，比如说以宝马i系为代表的民用级碳纤维车身、将铝用到极致的捷豹XFL全铝车身等，都把新材料玩得风生水起。

新材料固然光彩夺目，有朋友可能就要问了，难道“星光暗淡”的传统钢质骨架车身就无轻量化可言吗？

答案当然是否定的，相比于一上市就能吸引大众目光的新材料车身，钢结构车身这位不太擅长自我表现的邻家大男孩恐怕已哭晕在厕所了。

话说回来，如果大家都在着眼将来，那谁来顾及现在呢？作为现今应用量最大的钢质骨架车身，理应受到大家的重视。今天车聚君就来和大家聊聊钢质骨架车身的钢材种类以及轻量化手段都有哪些。

一、一样是钢，但钢钢不同

汽车用钢主要涉及到低强度钢（屈服强度小于210MPa）、高强度钢（屈服强度在210MPa~550MPa之间）、超高强度钢（屈服强度大于550MPa）三类。由于成型、焊接以及使用部位不同，低强度钢和高强度钢（包括超高强度钢）在轻量化手段上会有一定的差异。

附：很多朋友容易混淆屈服强度以及抗拉强度，一般金属材料的抗拉强度会高于屈服强度（屈服强度是弹性变形到塑性变形的节点，而抗拉是断裂的节点，所以后者数值会更大）。其实现有的钢材数据都是基于实验室慢速测试结果，相较于实际高速碰撞，两种强度都不能带有绝对意义，只有屈服强度高，同时屈强比（屈服强度和抗拉强度的比值，范围0~1）低的钢材才更安全！

二、低强度钢轻量化手段

随着制造技术以及使用理念的进步，低强度钢逐渐退出了力学性能要求较高的结构区域，转而集中在力学性能要求较低的部件上。而对于这类零部件的轻量化手段，现主要是通过分析以及优化设计方法，对零部件结构进行改进。

举例来说，我们经常能在白车身上看到很多孔洞结构，除开排水孔、定位孔、线束孔等功能性孔洞，其中还包括大量的减重孔。除去减重的优点，这种孔洞还有优化受力分布以及提高车身NVH的功能。

此外零部件的集成、小型、仿生化也是常见的技术手段。而零部件集成、小型化做得最好的当属电子产品了，十几年前一大堆的音像和通讯设备，现如今都高度集成在一部智能手机上。

同样，汽车轻量化也是采用了这种效果显著的手段，将众多零件统一为一个零件，这样既节省生产成本，又达到了轻量化，一举两得。

关于车身集成、小型化的例子就无需多言了，从大方向上来说，轿车多采用的承载式车身本身就是集成、小型化的结晶；具体来说，车门等一次成型件就是比较有代表性的例子了。

在某些方面，汽车构造与人体结构非常相似，各个零部件都有着一定的使用目的。我们知道人的身体骨骼以及肌肉结构在不同的区域是不同的，比如下肢骨骼会更加粗大，而上肢则更加讲究灵活性，这些都是为了应对不同的使用目的而产生的。

汽车也是如此，通过零部件的仿生设计来对零件的质量进行优化，在承受高负荷的部位储存材料，低负荷部位去除材料，使得质量处在最佳的位置，同时又能延长零件的使用寿命。

虽然厂家正在逐渐加大高强度钢的使用比例，但车身作为一个整体，各区域的受力情况还是不同。高强度钢纵然能提高车身强度，但无形中成本会提高。所以，在强度要求不高的区域或是小型非结构件的用料方面，低碳钢还是很值得研究的。

三、高强度钢轻量化手段

高强度钢在汽车上的应用可谓是一把双刃剑，力学性能提升的同时也带来了成本以及制造难度的加大，基于这些原因，高强度钢主要用于制作车身外板、车身内板以及车身结构件。

车身结构的轻量化是以不损失原有车身安全性以及整车性能为前提的，综合考虑高强度钢的特点，这种材料的轻量化主要是通过先进的成型（液压成形、热冲压成形、辊压成形等）以及焊接技术（激光焊接、摩擦焊等）来减少钢材的使用量，并达到钢材生产薄壁化要求。

 ▲某款车钢板优化前后厚度

这里以热冲压成形技术为例，这种技术采用了先将胚料加热至一定温度，然后用冲压机在相应的模具内进行冲压成形的方法。它能够有效地提升车身零件的强度（可达到1500MPa）、降低零件重量（20%左右）、改善零件冲压成形的可行性（延伸率可达70%）并有效地控制零件的回弹（回弹力可靠小90%以上）。

四、钢结构车身设计哪家强？

要问钢结构车身设计哪家强，小编在这里给大家提供几个关键的衡量标准：

▎车重轻：在保证车身使用要求的前提下减轻车重；

▎高强度钢使用：材料本身的力学特性是安全的前提；

▎溃缩吸能：虽然溃缩吸能结构设计还在被某些朋友诟病，但不可否认的是这类结构已然成为趋势；

▎力的分散：在碰撞时如何巧妙的把力分散出去才是精髓所在；

▎集成、小型、仿生化能力强：各种一体成型技术、分析优化技 术的应用；  

▎车架安全结构设计：比如说框架式车身结构就有着重量轻、结构合理、安全性高等优点。

比如说丰田GOA车身（可溃缩车体设计）、马自达的MAGMG车身（也称3H车身，现使用率很大）、奇瑞的3R body车身（车身一处受力可迅速分散至全身）、奥迪的AFS车身（虽然使用的是铝合金，但车身空间框架结构才是最大的亮点）、沃尔沃的高强度钢车身（高强度硼钢使用率在40%以上，安全性的有力保障）。

5钢结构车身依然是主力军

这里可能有朋友会有疑问了，现在不应该是各种新材料大行其道的年代吗，传统的钢质骨架车身还有研究的必要吗？就如开头对于钢质骨架车身轻量化的质疑一样，这当然是有必要的，大家切不可一叶障目。

从钢材使用率上来说，现在钢铁材料在乘用车上的使用率约60%，而在商用车上的使用率则更高，约80%。

在综合考虑刚度、强度、可修复性、可回收性以及成本问题后，我们会发现还是钢材综合性最好。除此之外，也被称为新材料之一的高强度钢，相比于其他新材料在使用覆盖率、稳定性等因素上面还是占据着很大的优势。

换句话说，高强度钢是手握着传统钢材的技术基础发展而来的，在以成本控制严格著称的汽车制造上具备着明显的优势。加之现代各种分析技术的应用，钢质骨架车身在轻量化上还是存在着发展空间，其中就包括钢材料的力学性能改进、加工性能改进、焊接方式改进等等。

车聚小结：

车聚君不怀疑全新的车身时代将会到来，但这并不妨碍具备着进一步发展活力的钢结构车身存在于世，汽车轻量化的未来是美好的，钢结构车身支撑着当代，并在未来功成身退。

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