我是一名游戏爱好者。在远古的单机游戏时代，有两类迵然不同的玩家：博派与狂派。

"博派：无论难度多变态，博派总要在不利形势下追求极致的胜利。什么"魂斗派不发子弹通关"、"是男人就坚持30秒"都是博派喜闻乐见的经典之作；在手游皇室战争中，依靠廉价卡组登顶世界冠军的Jack，也被作为博派玩家代表而津津乐道。

"狂派：无论任何游戏，狂派都必须要开个"金手指"，依赖强大的优势来取得碾压的胜利，至于技术则成了无关紧要的因素。哪怕是玩难度较低的"魂斗罗"，也需要"上上下下左右左右BA"调出30条命来玩；到了网络游戏时代，狂派摇身一变，换了个称呼：RMB玩家。

作为一位不折不扣的博派玩家（因为没钱，没法当RMB玩家），当听说全铝车身的概念的时候，心中想当然地掠过一个想法：与钢相比，铝合金密度低、比强度高，既然像狂派玩家一样使用了更昂贵的材料，那么全铝车身设计、制造的技术含量肯定高不到哪去，有什么好吹嘘的呢？

这个想法正确吗？应用全铝车身到底是狂派还是博派？

正是带着这个疑问，我参加了7月24日的蔚来整车工程安全体验日活动，希望能够探究出更深的认知。

汽车轻量化与铝合金材料

汽车每减少10%的重量，可以大概减少6-8%的能耗(更节能)、减少5%制动距离(更安全)、减少8%加速时间(更高性能)[1]。

所谓轻量化，就是保证碰撞安全性能的前提下，从结构优化、轻质材料、成型工艺、连接技术等4个方面来降低整车重量。也就是说，采用铝合金等轻质材料，只是轻量化系统工程的其中一环，而不是全部。

当然，这4个环节并不是同等重要的，业内正在经历着从早年"材料是基础、设计是龙头、工艺是纽带"技术路线，向"以新材料应用为导向，解决新材料应用过程中出现的设计和工艺问题"的转变[2]。

也就是说，"轻质材料"是轻量化4个环节中最重要的一个。而铝合金作为工业常见金属材料，密度是钢的1/3，同时具有较高的比强度、很好的挤压性、很强的耐腐蚀性和高度的可回收性，是轻质材料的绝佳选择(钛合金与镁合金暂不讨论)。因此，说起轻量化必谈全铝车身，也就不足为奇了。

既然铝合金这么好，奥迪早在20年前就将全铝车身应用在量产豪华车型A8上。回到国内自主品牌，直到2012年的上汽荣威950才在铝机盖、前后防撞梁上有少量的应用，足足晚了20年[3]。自主品牌大多走的是铝盖+防撞梁→铝覆盖件→全铝车身的技术路线，甚至直到今天大多还是第一步[3]。这是为什么呢？

图片来源[3]

除成本因素外，应用全铝车身是否还存在其他难点呢？

全铝车身的应用难点

武侠世界中的顶级装备/秘籍，分为两种。一种是像软猥甲、凌波微步这样的，不依赖于使用者的资质，只要穿上用上就能发挥巨大作用；另一种则是像乾坤大挪移神功，威力更大，但若使用者修为不够，则可能走火入魔，反为其害。

那么全铝车身呢--如果铝合金不要钱、随便用，是不是就一定能用出好效果呢？深入研究之后，我发现并非如此。除成本之外，全铝车身的应用还存在三大难点：材料特性认知、成型工艺与连接技术。

第一点，材料特性认知不足

根据日本的JISH4000标准，铝合金材料按1000-7000分成七大类，也就是常说的5系铝、6系铝、7系铝等。

不同的铝合金特性差异很大，适合用在不同的位置。咱们以宝马新X5为例：

(宝马新X5使用了多种铝合金材料)

"5000系是铝镁合金(图中的AlMg3、AlMg4等)，固溶于铝基体中，形成固溶强化效应，是一种热处理不可强化的铝合金，具有良好的腐蚀性和焊接性能。通常应用于强度要求不高，形状复杂，对外观品质要求较低的覆盖件内板、空气清洁罩、挡泥板、承载地板，其中5038与5183两个型号的应用最广泛[4]。

"6000系是铝镁硅合金(上图中的AlMgSi、AlMg0.4Si1.2等)，具有较高的强度、较好的塑性和优良的耐腐蚀性，是最主流的车用铝全金材料，通用应用于顶盖、行李箱盖、车门等车身结构件。

"7000系合金以锌为主，有时要添加少量镁、铜。拥有媲美钢材的硬度、焊接性能好，可热处理强化。主要应用于航空航天，说是"航空铝合金"，倒是一点也没吹牛。

如果采用传统的高强度钢作为车身的主要材料，那么主机厂可以通过供应商、招聘员工、历史资料等多种渠道来获得技术知识，加快车身的研发进程、缩短研发周期。

那如果采用全铝车身呢？对给主机厂带来巨大的难题：国内铝合金材料的供应商比较少、经验不足；初创企业没有历史资料；国内也很难招聘到全铝车身技术专家。

更不用说，蔚来ES8车型上的铝合金用量高达96%，超过奥迪A8成为历史新高；为了实现335kg的车身轻量化目标，航空7系铝也是第一次应用在汽车上，它的材料特性表现如何，谁也没有十足的把握。别说在全铝车身发展较慢的中国了，就是放眼全球，蔚来ES8的全铝车身设计也是一个难题。

典型铝车身的用铝比例，图片来源[4]

蔚来全铝架构用铝量高达96.4%

面对上述难题，蔚来的解决方法是：从基础的材料特性研究做起，来弥补对铝合金的认知缺失。在安全体验日现场，蔚来整车安全团队负责人PereFontsMestres介绍说，备选材料A与材料B从数值来看均满足要求，但在材料特性试验中，材料A出现断裂、表现不稳定、吸能效率低，而材料B未发生断裂、稳定折叠、吸能充分，因此最终选用了材料B。

(这是一个现场视频，讲述材料特性研究的基础研究)

(除了材料特性试验之外，还要针对新材料制成的零部件进行试验)

这些试验便是应用全铝车身的代价。造车新势力的研发流程本来就被缩短，为了应用全铝车身又凭空增加了不少工作量，参与这项工作的工程师们，真的可以说是压力山大。难怪在会后的单独交流中，Pere表示蔚来ES8的全铝车身设计能够保证质量、按时完成，是一项值得骄傲的成就。

第二点，铝合金的成型工艺不同

对全铝车身来说，不仅材料特性是全新的，材料的成型工艺也是全新的。铝合金的主要成型工艺包括铸造、挤出、冲压。如下图表征了材料的强度与延展性之间的关系，延展性越高，则成型难度越小。我们可以看到，与3代高强度钢材料相比，7系铝的延展性几乎垫底，成型难度很高。

图片来源[5]

除了延伸率低、成型时易破裂的成型难题之外，铝合金的回弹性是普通钢板的3倍，回弹不好控制[3]，这就又增加了设计难度（同情蔚来车身工程师）。铝合金成型工艺上的突破，不仅依赖于蔚来工程师的设计水平提高，对供应商也提出更高的要求。

蔚来后防护枢纽，整车最大单体铝铸件

第三点，铝合金的连接技术

因铝合金熔点低、热导率高、表面易氧化等特性，钢材料上广泛应用的电阻点焊技术，在铝合金上有时候就不太好用了[6]。为了应用全铝车身，蔚来把主流的铝合金连接技术都用了一遍(如下图)。

最主要的3种连接方式为自冲铆接(SPR,Self-PiercingRiveting)、热融自攻铆接/流钻螺钉(FDS,FlowDrillScrew)与铝点焊ASW（AlSpotWelding），ES8前期规划的SPR焊枪多达134套，FDS设备多达32套，而ASW设备也接近50套，都是为了全铝车身而投入的白花花银子啊[7]。

SPR连接工艺过程，图片来源[8]

FDS连接工艺过程，图片来源[9]

所以说，应用全铝车身真的不容易，不仅材料特性需要重新试验研究、成型工艺需要重新设计，就连连接工艺也变得复杂很多。

讲到这里，文章题目的问题就能回答了：如果全铝材料随便用，车身设计并不会变得更简单，而是会变得更有挑战性。采用全铝车身的蔚来，其实并不是"狂派"，而是和我一样的"博派"。

新技术的知识溢出效应

全铝车身应用，只是蔚来整车安全设计的难点之一，其他难点还有：如何安放气囊以实现安全的同时保证女王副驾的空间舒适性、如何保证换电效率的同时保证碰撞安全性、如何设计大侧面安全气帘来加强第三排座椅的保证。

为了解决上述难点，蔚来投入了大量的资源与人力进行研发。客观地说，能够从无到有的情况下按时完成全铝车身的设计与量产，在C-NCAP的2018年新规下拿到五星安全成绩，并额外通过了欧标柱碰安全试验、美标80kph尾碰安全试验，成果值得肯定。

(欧标柱碰视频)

(美标尾碰视频)

知名公众号"汽车轻量化设计"曾表达这样一个观点：虽然超高强度钢、热成型钢来势汹汹，但铝合金材料依然是未来汽车轻量化的核心材料，阻碍国内铝车身应用的主要是对材料特性、结构、工艺的研究不够[10]。

蔚来在全铝车身的材料特性、成型工艺、连接工艺上的"激进"投入，从企业自身角度来讲，可能只是为了彰显敢于创新、安全与性能不妥协的品牌形象。

而从国内汽车行业的角度来说，蔚来投入的资源最终会转化为工程师的知识，将来有各种机会流入到其他汽车企业，在客观上促进了国内铝制车身的应用与轻量化技术的发展，这便是新技术的知识溢出效应。

曾与某个合资品牌的车身设计师交流："国内的铝制车身工程师多吗，好不好招？"他回答"目前几乎找不到"。而这一情况，在蔚来践行全铝车身的设计与量产之后，将有所改观。蔚来的黑点再多，在全铝车身的创新这点是没得黑的。

麻省理工大学主编的《重塑制造业》一书中，也阐述了这种知识溢出效应：企业的创新常常会促进整个行业的发展[11]。书中举了很多这样的例子，其中一个是：柯达公司所在的纽约州罗切斯特，企业的创新向外溢出，催生了博士伦公司、康宁公司等一群光学/光子公司，进而形成了光学产业集群。

补充：高压系统的碰撞断电功能

大家应该还记得，前一段沸沸扬扬的玛莎拉帝醉驾追尾宝马的事故中，最终导致死亡的原因是碰撞后起火。

电动汽车没有油路泄漏起火的问题，但是它有高压电路。若碰撞之后不能及时断掉高压电，则很可能引燃起火、乘员触电，甚至会对救援人员造成人身伤害。因此，电动汽车高压系统的碰撞断电功能，有两个特性特别重要：

"可靠性：由于涉及到人身安全，系统可靠性非常重要，一般都要设置冗余控制通路。

"实时性：碰撞是电光火石一瞬间的事情，整个碰撞过程以毫秒来计，因此高压系统断电越快越安全；此外，碰撞后汽车控制系统可能也会失效，断电要是慢了，有可能就永远也断不了电了。

普通的高压系统碰撞断电需要多久呢？我们来看看论文[A02]的传统控制架构：如下图所示，在碰撞传感器侦测到碰撞之后，第1步将信号传给气囊ECU、第2步传给VCU再传给BMS(也可设计为直接传给BMS)、第3步由BMS控制继电器断电（每1步中，可能还要经历接收信号&逻辑判断、发送控制信号两个周期）。若以50ms为一个控制周期，那么从碰撞发生到断电，起码要经历100-300ms的时间。

蔚来ES8则将高压系统的断电时间缩短至了15ms，响应速度十分惊人，这也是一个从乘员安全角度出发的一个卓有成效的创新。

在公开的工程日分享时，负责人Peer未详细透露实现的方法；在会后的私下交流中，Peer透露：此系统为了保证可靠性与实时性，采用了3个控制通路(2个为冗余)，响应时间分别是15ms、40ms与400ms。

考虑到15ms甚至少于1个CAN总线通讯周期，个人猜测ES8应该是采用了与论文[A03]相似的思路：在高压总线上串联一个独立的碰撞传感器与继电器控制装置，绕过CAN总线来实现断电设计，而不仅仅依赖于气囊模组的碰撞传感器信号。

参考文献

[1]汽车轻量化，路在何方？

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU4MDM4NDM2Mg==&mid=2247484728&idx=1&sn=2df3d4c2ad9cc367f4e5d204593388b7&chksm=fd56e63dca216f2b55f82b6f6d4ae6e83f0e4aeb8c38b7d5ee9326663ddbc710c5eb135ed20e&scene=21#wechat_redirect

[2]国内主机厂是这样做汽车轻量化的

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU4MDM4NDM2Mg==&mid=2247485491&idx=1&sn=a11d81774fdd13afc4d5a3573e06b36f&chksm=fd56eb36ca216220e1872596ebb4363382c12a22976e4454982a3dde6f7a4d5808013ea69636&scene=21#wechat_redirect

[3]汽车用铝？yesorno

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU4MDM4NDM2Mg==&mid=2247485726&idx=1&sn=ec2ac00e11efa8a065c87f08dd70386b&chksm=fd56ea1bca21630d3713b0cb684be9cf8cf1b5006a907f634c186e60fd45ea41b02f37d33084&scene=21#wechat_redirect

[4]热成形来势汹汹，铝合金还是汽车轻量化的未来材料吗

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU4MDM4NDM2Mg==&mid=2247485383&idx=1&sn=a4d8c9998dbe03d9da051086f59e6e9d&chksm=fd56e4c2ca216dd4edc727c9c947e20d1312ebf912bee1fca7b7fec10755296fae931ad24398&scene=21#wechat_redirect

[5]高强钢应该这样分类

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU4MDM4NDM2Mg==&mid=2247485034&idx=1&sn=fbdd04d93139ee3005ef4ed343216c48&chksm=fd56e56fca216c7953cc8a616f5c4d2ccd57c7436fc5dee6fde0435bae866325e595a65cdda3&scene=21#wechat_redirect

[6]RSWA铝点焊

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU4MDM4NDM2Mg==&mid=2247484616&idx=3&sn=6c21f74b7572b210083f2914a7d00e95&chksm=fd56e7cdca216edb165d21f4b8228c88348afd36aa0d38fff07a113ba3ef422c1fc29ad9158b&scene=21#wechat_redirect

[7]钢铝连接技术哪家强（中篇）-SPR、FDS、RSWA工艺横评

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU4MDM4NDM2Mg==&mid=2247485962&idx=1&sn=a520f6afa1b570de406b1cefbb324944&chksm=fd56e90fca2160198501e4ebeb1108a8b6aa339e921f68c0446ce2d321f45b3646c56a2a4bb6&scene=21#wechat_redirect

[8]SPR自冲铆

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU4MDM4NDM2Mg==&mid=2247484564&idx=2&sn=128b042704a19cb4b96e813bfcd7d08a&chksm=fd56e791ca216e877b7b44f926c4ed8e5f45bb8e5513b44aecac3be1522ce5c4d9050643f75f&scene=21#wechat_redirect

[9]FDS流钻螺钉

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU4MDM4NDM2Mg==&mid=2247484610&idx=2&sn=3559b196a5daf55438b100cd32eba10c&chksm=fd56e7c7ca216ed1772500d3d941e9f3051a489b72c1c0c68f415dff2719da380a5fe5c79649&scene=21#wechat_redirect

[10]热成形来势汹汹，铝合金还是汽车轻量化的未来材料吗

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU4MDM4NDM2Mg==&mid=2247485383&idx=1&sn=a4d8c9998dbe03d9da051086f59e6e9d&chksm=fd56e4c2ca216dd4edc727c9c947e20d1312ebf912bee1fca7b7fec10755296fae931ad24398&scene=21#wechat_redirect

[11]苏珊娜伯杰，《重塑制造业》，浙江教育出版社，2018年9月