钟志华：汽车轻量化的思考与实践

大家好！首先我觉得照片太老了，跟现实不太相符。我要特别呼吁一下郭院士讲的几个观点，可能很多朋友都能够体会到郭院士用心良苦，讲了很多关于创新方面的事情。我觉得从更高的层面来理解创新，是从根上来推动创新。我记得90年代郭院士就特别强调汽车的自主创新，在那个时候就更难了。现在中央已经定下了建立创新型国家，实现创新驱动发展的战略，但是落到实处还有很多事情还需要大家一起来推动，有很多问题需要解决。

刚才讲的几点我特别赞同，比如说讲到关于新能源车和传统车的关系问题，新能源汽车可能动力变了，但是还有其他不能说是传统的，是车的重要组成部分。关于弯道超车怎么理解的问题，还有讲到技术准入的问题。这实际上是解决我们汽车创新根本性的问题。当准入不光是汽车，还有别的产品，对汽车来讲特别重要。刚才郭院士特别讲到马斯克可能不会在中国产生。

我有幸作为汽车的院士之一，经常遇到一个尴尬的问题，就是有人说中国的汽车发展很快，但是为什么没有自主品牌或者没有名牌。其实自主品牌是有的，应该说很多，为什么主管部门要把汽车政策左限制、右限制，就是因为中国人一方面创新能力还不够强，但是另外一方面创新能力也极强，山寨的能力很强。所以就有各种各样的约束。其实最关键的就是要把住技术门槛。

因为没有找到很好的既能规范管理又能够释放创新能力的途径，所以对我们的创新有很大的制约，即使你有真正的技术，也不能助推一款好的产品。从目前的情况来看实际上有自主品牌，但是没有品牌，没有世界顶级品牌，主要的问题还不是技术本身。我们其实有大量的技术人员有能力解决顶级品牌所面临的问题。我现在看到我们品牌所需要的技术，在目前中国的企业、高校、院所是具备的，但是要组织起来，要针对一款产品来把技术协同好。

实际上我一直很困惑，我到底干什么？大家看到我的PPT上就有中国工程院院士几个字，但是我现在至少在三个单位都有科研，我现在是同济大学的校长。在湖南大学我一直有一个团队，主要在湖南大学做工作。但是到了工程院以后，在清华工程院有一个战略合作，中国工程科技战略研究院，所以我在清华实行了“双聘”，李克强主任在这里，我实际上跟他一直启动一个项目，是关于“大轿车”的项目。

所以对我来讲如果做科研的话很多时候是我自己千方百计做一些组织，我认为我们企业汽车的自主创新是我的很多博士生在做的，我讲的不够客气一点的是“不够解渴”。我从05年被评为院士以来我一直在思考我要做什么样的科研。刚才葛秘书长讲到院士到基层，但是从我来讲，我也知道郭院士、李院士和其他专家每天都通过E—mail和电子邮件跟团队讨论很具体的问题。昨天晚上我从意大利回来，有时差的问题，也有PPT准备的问题，我在北京时间今天凌晨还在讨论具体的问题。实际上做的工作是非常基层的。

但是郭院士为什么这样来呼吁放宽准入机制呢？他是有亲身体会的，有一辈子的亲身体会。我们在座的很多技术人员也有体会，包括大学的、科研院所的评价机制，怎么评价我们的创新？中央为什么会把科技体制改革提到那么高的高度，为什么把人才评价放到这么重要的位置，这些问题的解决有一个进程，我们企业家有企业家的苦处，政府管理人员也有政府管理人员的难处。这些问题的解决肯定要通过更多的协同，不光是技术协同，还要在管理层面来解决问题。我体会郭院士讲的报告，可能有的朋友听了之后不一定能够充分理解，实际上我们要通过生产关系解放生产力。当然技术创新也是很重要的，郭院士也特别提到这一点。尽管时间有限，我还是想呼吁一下郭院士刚才讲的这个观点，我非常赞成。

回到我要讲的主题，就是今天会议给我安排的主题，这是一个命题作文，讲轻量化，因为确实轻量化是我一直以来潜心研究的一个主题。但是现在新能源车的整车设计也在做，也面临了很多困惑，包括郭院士刚才讲的生产模式方面怎么样放宽，不是说非得需要20亿的投资才允许你能够生产。如果说有一个企业花10个亿能够比花20个亿做得更好，你让不让它生产。这其实是很简单的问题，但是在中国这么简单的问题都不一定能够很快有答案，这实际上是我们面临的问题。

所以对我们的自主创新，对我们的品牌建设来说真的不是一个简单的技术问题。讲到轻量化，我想跟大家讲这几个方面的内容：首先是几个概念问题。概念问题好像很科普，但是恰恰有一些问题困惑不少人。因为最近又有一个人跟我提他的困惑，他的轻量化技术很好，但是企业不接受。这其实就与这些问题有关系，其中就是轻量化与成本的关系。总的来讲轻量化是能够节能，但是轻量化一点点能不能够被企业接受，这是很大的问题，而且轻量化与节能的关系是有条件的。我们经常听到轻量化10%，节能4%—6%，其实这个数字都是有前提的，比如说在什么速度下，比如说载重量跟整车的关系，比如说上坡、下坡等等有很多的前提条件。有的轻量化技术可能成本要高，这实际上也是有问题的，怎么消化成本也是很重要的。

还有本来不应该是问题的问题，就是轻量化与安全。同样安全的情况下谈轻量化才会有意义，如果轻量化影响安全，轻量化就不用谈了。轻量化也不应该影响性能，比如说操作稳定性，轻了当然会飘，但是飘的问题怎么解决？要通过空气动力学的性能来解决。所以它是一个全方位考虑的问题。当然还有别的问题，如轻量化与工艺的问题和制造的问题等等。现在有很多轻量化工作的方案，做一个探索是没有问题的，比如说一个零件在原来结构不变的情况下用高强度钢替代，如果硬贴上去焊接就不对了。这是探索的问题，但是实际上不可能用来在实际中产生效益的。类似这样的问题是我们系统地做轻量化必须解决的问题。

当然轻量化的技术途径也是大家关心的。总的来讲轻量化首先是结构优化，然后就是新材料的应用，另外就是制造技术方面。结构优化，原来一些老的车结构不合理，因为设计手段有限，对于中国的车来讲很多是比较落后的手段，在同样的材料下结构就没有做到优化。这是轻量化的途径。当然新设计的车这方面会好一点，但是从自主品牌来看轻量化的设计还是有空间的。在同样的材料下结构是有空间的。更重要的是新材料条件下的轻量化，大家知道高强度钢、铝合金、碳纤维等其他的材料，通过低密度的材料实现轻量化。还有就是制造技术，时间关系就不展开了。

实际上全方位的轻量化应该是把新材料、新结构、新工艺、新装备结合起来，这样才可能做到真正的轻量化，而且可能是把轻量化的一些问题同时克服，比如刚才讲的成本问题和制造工艺问题。一直以来我做的案例主要是高强度钢和铝合金，高强度钢的定义也是相对的，现在还有超过1000兆帕。第三代高强度钢也是可以做的，理论上的研究可能会超过2000兆帕。现在冷成型、温成型和热成型都会有。这些与温度的高度和材料的性能有关系，因为有的是需要靠加热，快速冷却才能获得高强度。

高强度钢应用比较成熟的是防撞梁，但是应用更广泛、产生更大的效果在车身骨架上。我现在讲的是大幅度减轻汽车重量，不是局部的。我在这里提一下，这个案例是我最近七八年来一直在做高强钢轿车车身的骨架，这里讲的是新材料、新结构、新工艺和新装备。它对整个车身的减重量应该是在1/3以上。现在很多攻关项目的目标未来五年是1/3，我们这个工艺开始启动的研究是2008年，那时候是基于第三代高强钢就能够实现减重1/3以上。而且我刚才讲了安全性是更高的，至少不比同样结构的弱。

大家可以注意到的是这是全封闭式的结构，焊接也是满焊或者分段的连续焊。等一下我会讲到为什么高强钢尤其是高强钢需要这样，如果是点焊的话强度很难发挥出来，本体材料达到极限以后就会开裂，或者你要很密的点焊，这样的话还不如连续焊。这是我最近在清华开展的大轿车的案例，后面这个是以清华的研究作为案例，是一个大轿车。实际上就是中巴车，我们要实现下一代中巴车，现在中巴车是高低板，结构比较老，重量也比较大。我们现在是基于新能源，要讲下一代的中巴车。这也是真正协同创新的案例，郭院士的团队和很多其他学校都在参与。这上面是纯铝合金的，这个是高强钢的（见PPT），现在还不是大批量生产的工艺。这两个车身的重量是相当的，但是钢度这个还更强一些。省掉的一些部分是因为前后维要变形，铝合金不能全部解决。在这个前提下要么就是用复合材料，要么就是用模具成型。这两个都是实用的案例，实际要产业化项目的平台，轻量化的水平是比较高的，都能够达到1/3以上。但是结构还没有最优化，需要进一步加强。

这里是我们的技术案例，就这两个梁几何形状完全一样，包括截面尺寸、材料的厚度、材料，只不过焊接不一样，右边是很密的点焊，在碰撞的过程中就提前开裂，材料强度还没有达到的时候就提前开裂。这个是满焊，在整个碰撞的过程中不会开裂，要开裂的话也是材料本体开裂，就能够把材料的强度发挥到极致了。这里就涉及到焊接很多连接方面的问题，大家要注意到当材料的强度达到一定的时候就会面临制造工艺上的问题，要跟进，要配套，否则的话达不到效果。

下一个是关于铝合金的应用。这是我们在底盘上面做的一些应用，由于时间关系不展开了。这个是乘用车的底盘。我刚才为什么呼应郭院士讲的创新很难，我也是感觉到同样的问题。这个是乘用车轻量化底盘的案例。还有一个是关于车身的铝合金，铝合金的底盘零件都比较成熟了，但是铝合金的车身做得应该是比较有创新的。主要是内板，内板是通过低压、真空的铸造，不需要用特大的低压机，也可以使用复杂的、高密度的零件。整个车门是整个乘用车的车门，内板是新的制造工艺。铝合金的内板完全用一个模具压出来的，当然这个模具本身是一个特殊的模具，这个模具的厚度只有2毫米，是钢质的，外面可以让零件快速冷却，就可以得到致密的结构。外面是铝合金的蒙皮，外板是可以冲压的，还有一些复合材料键，形成高度轻量化门的结构。

这样的话加上高强钢的骨架和四目两岸的铝合金，轻量化材料还有很多，像碳纤维，碳纤维越来越成熟了，很重要的原因就是高强度碳纤维的成本在明显的下降。我知道有两个团队，包括湖南大学的团队正在做50元/公斤的碳纤维，如果把这个做成复合材料就很有竞争力。当然现在解决的问题是制造工艺。但是即使碳纤维的成本不降到这么低，碳纤维在高档车的零件方面还是有很大空间的，尤其是在轮毂方面现在应该具备大批量生产的条件了，因为轻量化还是很有效果的。因为它特殊的结构，特殊的功能有很大的空间。现在网上也有不少这样的产品。所以我在这里就不展开讲了。

我现在讲一下综合的应用，这也是后面我要提到的亮点，就是要做到最大限度的轻量化，要推向应用的话，我们一定要把材料、结构、工艺和装备一体化，因为通过工艺和装备就能够弥补成本的问题，适用不同的零件。这个就是我们在做的，应该相当成熟了，只不过我们要用起来的话需要整车厂的配合，我们现在正在推。刚才郭院士讲的代工的问题为什么不能够推广，我就体会到我们现在的技术应用就涉及到这样的瓶颈。

大家看到蓝色的部分就是覆盖键，这可以用普通的钢，红色的是高强钢部分，蓝色的四门两盖里边是铝合金，外面的也是冲压的铝合金覆盖件，里边是整体压铸的铝合金，这样一个骨架是全新的材料、全新的结构、全新的工艺、全新的装备做出来的，轻量化实现1/3是没有问题的。当然性能更好、安全性更好，操作稳定性可以做得更好，通过空气动力学性能可以把操作稳定性的问题实现同等的目标。这完全是正向的自主开发，也是我们同济协同创新的团队在做的工作。

还有一个就是模块化，这个非常重要。我们之所以花这么大的精力做这个必须把模块化的概念放进去，所谓模块化就是我们同一个车身骨架要适合于一批车的开发。也就是说我们的模具，我们的工艺和装备不是为一个车型而造的，是为一系列的车型而造的。比如说刚才讲的骨架可以适合于大量的A级车、B级车、C级车车型，很重要的一点就是通过模块化。这些车实际上是在同一个骨架下，主要是在同样的骨架下允许内外饰有30—50的变化，这是可以的。这里边很多结构设计有很多讲究，不会影响安全性，振动、噪声也能够解决，这样的话就可以有70%的工装模具。另外30%可能与车型有关系，就可以消化新材料、新结构、新工艺、新装备成本的提高。最终来实现整车或者白车身的成本跟传统的材料是相当的。只有这样才会有竞争力。这是我们考虑的重要因素。

同时模具的模块化，也是为了降低成本，大家知道性能下去以后成本过高，对国有企业来讲是很难接受的。同时我们通过新工艺、新装备可能会对传统的生产线有颠覆作用，我们每一个工位的时间会长一点，但是工序会大大的缩短，因为零部件数量大大的减少了。整个车身的零部件数量应该是减少2/3，工序会缩短很多，生产线会缩短很多。这样的话也是节省成本的途径。

最后是展望。我原来在湖南大学团队主要是做乘用车的轻量化，还有新能源汽车的整体构形；在清华主要做大轿车，实际上就是中巴车；在同济未来要整合这些资源来实现真正轻量化平台的新能源车和智能车，智能车未来也是一个重点。基于新材料、新工艺、新装备、新能源、新功能、新的组织模式，我期待我们汽车的自主创新会有一个大的变化。我希望的是一个颠覆性的变化，至少是小小的颠覆性变化，要把原来的工艺路线有一个比较大的改变，包括装备都是新的。未来要在这方面做很多工作，也希望大家一起来协助。谢谢大家！