特斯拉产业链车身结构材料行业分析报告Word格式文档下载.docx
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（1）悬挂系统采用镂空锻造铝合金12
（2）罕见的铸铝横梁13
（3）汽车覆盖件14
（4）铝合金制轮毂14
3、全铝车身“鼻祖”：
奥迪ASF车身主要参数14
三、关键区域的高强度钢应用提高乘员安全16
1、高强度硼钢加固16
2、汽车防撞梁16
四、特斯拉其他材料使用情况17
车身结构的组成构件。
车身结构是指包括纵、横梁和支柱等主要承力元件以及与它们相连接的钣件共同组成的刚性空间结构，是所有车身部件的安装基础。
车身结构的三大组成构件，按重要性由高到低排列为：
汽车结构件、汽车加强件、汽车覆盖件。
97%全铝车身，实现极致轻量化。
全铝车身最大的优势就是通过铝合金较高的比强度实现汽车轻量化、耐腐蚀性和形变吸能带来的安全性。
缺点是原材料、加工工艺以及维修困难带来的高成本；
特斯拉的车身铝合金板件是特斯拉购买北美最大的冲压线和定制模具在其弗里蒙特工厂自行冲压的。
特斯拉ModelS车型采用了全铝合金车身与高强度硼钢强化结构，而铝合金的比重也是达到了惊人的97%。
据特斯拉官网介绍，整车总长4979mm、轴距2960mm、宽度2187mm、高度1435mm。
接近5m的总长已经接近中大型车辆了，然而白车身的铝合金总重只有190kg，不到同类型车辆的一半。
ModelS中主要的铝合金构件包括悬挂系统、铸铝横梁、覆盖件和铝矾土轮毂。
关键区域的高强度钢应用提高乘员安全。
特斯拉ModelS车型采用了全铝合金车身与高强度硼钢强化结构。
高强度的硼钢强化了铝的临界安全。
对于A、B、C柱这些关键的支撑与防护位臵，均采用了超高强度硼钢钢材来保驾护航，一定程度上保护乘员的安全。
此外，特斯拉ModelS和ModelX的加固件防撞梁也由钢材制备。
特斯拉其他材料使用情况。
主要包括钛合金底盘护板，硅、碳纤维内饰，电机铜转子等。
特斯拉的横空出世开启了世界新能源汽车的潮流，随着消费者的认同感越来越高，整个汽车工业正在逐渐被颠覆。
因此，我们认为特斯拉产业链是未来几年的投资主线之一，由于特斯拉量产带来庞大的零部件需求量以及高标准，国内企业也都有意愿进入到特斯拉的国产化的产业链之中分享规模红利和品牌效应。
从97%铝合金覆盖率的全铝车身可以看出特斯拉产业链对高强度铝合金板材及加工件的需求。
一、车身结构的组成构件
1、汽车结构件
结构件是指具有一定形状，并能够承受载荷的构件，比如支架、框架内部骨架和支撑定位等。
汽车结构件指的是汽车承载重量的零部件，相当于车体的骨骼，是最重要的安全保障。
具体包括（如图所示）：
前纵梁、后纵梁、ABC三对立柱，前轮旋和后轮旋。
中间车身的立柱起着支撑风窗和车顶的作用，一般下部做得粗大，上部的截面尺寸需要考虑驾驶视野而缩小，立柱包括前柱（A柱）、中柱（B柱）与后柱（C柱）三种。
为了使驾车室空间尽量不变形，车身结构件一般使用超高强度钢。
前纵梁由两根位于两边的纵梁组合而成，多用低合金钢板冲压成，具有特定的截面设计（槽形或工字形），当车辆发生正面碰撞时，前纵梁属于吸能区，负担了碰撞能量的60%左右。
后纵梁吸能压力虽然比前纵梁要小，但在追尾事故中承担了碰撞能量的大部分。
纵梁构件的设计思路是在发生碰撞事故时引导轴向压溃变形，同时控制弯曲变形量，从而实现理想的能量吸收效率。
2、汽车加强件
汽车加强件指的是结构件一系列强化保护结构，例如：
前防撞梁、后防撞梁和翼子板内缘。
当车辆发生碰撞时，首先由加强件对碰撞力量进行缓冲吸能。
3、汽车覆盖件
汽车覆盖件指的是汽车表面的蒙皮，比如发动机盖、车门、翼子板、后备箱盖、前后保险杠等，相当于车体的表层皮肤。
（1）发动机盖
发动机盖（又称发动机罩）一般由外板和内板组成，中间夹以隔热材料，内板是骨架形式，起到增强刚性的作用。
对发动机盖的选材要求是隔热隔音、刚性强、质量轻。
（2）翼子板
翼子板是遮盖车轮的车身外板，形似鸟翼而得名，分为前翼子板和后翼子板。
现在有的轿车翼子板与车壳设计成一个整体。
但因为前翼子板碰撞机会比较多，独立装配容易整件更换，多数轿车的翼子板是独立的，尤其是前翼子板。
发动机盖和翼子板等车前和尾部的材料，为了能够吸收撞击力，一般使用强度较低的材料。
有些车的前翼子板用有一定弹性的塑性材料（例如塑料）做成。
塑性材料具有缓冲性，在遇到碰撞时能提升安全性。
（3）保险杠
汽车保险杠是缓冲吸收外界冲击力，保护车身前部和后部的安全构件。
随着汽车工业的发展，现代汽车的保险杠除了原有的保护功能外，还要追求与车体造型的协调，和自身的轻量化。
目前汽车的前后保险杠普遍使用了塑料，称为塑料保险杠。
塑料保险杠可以分为由外板、缓冲材料和横梁等三部分。
其中外板和缓冲材料用塑料制成，横梁用厚度为1.5毫米的冷轧钢板冲压成U型槽。
（4）车顶盖
车顶盖是车厢顶部的盖板。
对于车壳的总体刚度而言，车顶盖不是很重要，这也是为什么车顶盖上能够开设天窗。
车顶盖可以分为固定式顶盖和敞篷式顶盖两种。
固定式顶盖较为常见，主要由车顶板、车顶内衬、横梁组成，有的车型还备有车顶行李架和天窗或者换气窗。
敞篷式顶盖一般用于高档轿车或跑车上，通过电动和机械传动实现部分或全部顶盖的移动。
（5）车门
车门是乘客上下的通道，其上还装有门锁、玻璃、玻璃升降器等附属设施，车门框架是车门的主要钢架，铰链、玻璃、把手等部件安装在门框架上。
车门主要包括车门外板和内板、门窗框、门玻璃导槽、门铰链、门锁及门窗附件等组成。
内板装有玻璃升降器、门锁等附件。
（6）行李箱盖
行李箱盖又称后备箱盖，结构与发动机盖类似分为内板和外板，内板有加强筋。
二、97%全铝车身，实现极致轻量化
1、全铝车身简介
所谓的“全铝车身”中的“车身”指的是车体承重的框架主体结构，即汽车的结构件，也叫做“白车身”。
白车身内的一些影响碰撞安全的重要结构仍会使用高强度高或超高强度钢，也就是说“全铝车身”其实也属于钢铝混合车身。
所以，100%铝合金制造的“全铝车身”在量产车中是不存在的。
全铝车身框架结构，创造性地将钢与铝两种材质合为一体，可确保更具动态的驱动能力，在提高稳定性的同时亦令加速能力大大加强。
据汽车之家资料显示，世界上第一辆宣称采用“全铝车身”的量产车是1989年本田的初代NSX，而真正首次实现“全铝车身”大规模量产的是奥迪。
在1995年首次在A8上采用了“ASF空间框架”车身技术，该技术在白车身与车身覆盖件上大量使用铝合金，并且该技术继续沿用在了A2、TT、R8等车型上。
全铝车身最大的优势就是通过铝合金较高的比强度实现汽车轻量化。
据国际研究机构实验表明，如果汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%至8%；
汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3至0.6升。
以铝代替传统的钢铁制造汽车，可使整车重量减轻30%至40%；
轿车铝车身比原钢材制品轻40%以上。
所以，用铝材代替钢铁造汽车，减重效果显著。
其次耐腐蚀。
铝有很好的耐腐蚀性，因此“全铝车身”在使用耐久性上会比传统钢制车身略胜一筹。
第三安全性高，铝材吸能是一般钢材的两倍，“全铝车身”中的碰撞吸能区将给车辆带来更好的碰撞安全性能，减少乘员在碰撞时受到的冲击。
这也是特斯拉ModelS可以获得NHTSA的史上最高安全得分5.4分的主要原因之一。
而目前来看欧洲车企也只是在高利润率的车型中扩大了铝材料的应用。
原因很简单，全铝车身的成本太高。
首先是钢材和铝材巨大的成本差异；
其次加工成本较高。
铝合金由于熔点较低很难进行常规的焊接工艺，如特斯拉ModelS采用CMT冷焊技术、奥迪的ASF空间框架全铝车身使用MIG激光焊接技术，且铝的铸造性能不及钢材，需要真空压力铸造或挤压铸造等避免吸气现象；
三是维修困难，车辆一旦发生碰撞，金属变形扭曲，由于加工工艺特殊性，维修成本也要比传统材料高出许多。
同时由于修复工艺也十分复杂，4S店基本不可能完成大规模修复，往往令全铝车身不经修复就直接报废。
综上如此悬殊的成本差异，使很多企业对全铝车身望而却步。
2、特斯拉ModelS的铝合金结构件
特斯拉ModelS整车重足有2108kg，而P85系列的电池组就重达900公斤。
这就需要在车身轻量化上做到极致，同时也带来高昂的成本。
（1）悬挂系统采用镂空锻造铝合金
悬挂系统是连接轮胎和车身的支持系统，主要功能是支持车身，改善乘坐的感觉。
据爱卡汽车资料显示，位于电动机两侧的悬挂系统全部采用锻造铝合金材质打造，并且通过镂空工艺进行偷轻处理，不但拥有极致轻量化的重量，还具有出色的材料强度，悬挂系统采用了前双叉臂、后多连杆的设计形式。
前悬挂塔顶部分采用极为粗壮的铝合金型材加固，大大提升了车体结构的抗扭性。
得益于极为紧凑的电动机单元，动力系统可以被安臵于后悬挂上方的空间，驱动形式自然采用后臵后驱的形式，由于车头部分没有沉重的发动机系统，不但整车前后重心分配更为合理，而且整车重心高度也非常低。
根据特斯拉官网数据，ModelS的重心高度仅有44cm，前后配重比为48:
52接近完美的50:
50。
（2）罕见的铸铝横梁
车架一般由纵梁和横梁组成。
其形式主要有边梁式和中梁式两种，横梁用来保证车架的扭转刚度和承受纵向载荷，还可以支撑汽车上的主要部件。
据车讯网资料显示，特斯拉ModelS的横梁采用了罕见的铸铝横梁。
该部件重量轻、强度高、集成度（整体铸造并非由多个零件拼接而成）及精度较高，当然这些优点的存在并不意味着整体设计的完美。
在发生碰撞事故后，此横梁几乎无法修复，只能是整体更换，需要拆解很多零部件，造成维修成本极高，维修时间较长。
（3）汽车覆盖件
一般轿车以及SUV钢制的四门两盖的重量大约在90~120kg左右。
四门两盖以及上车体结构的外覆盖件采用铝合金是行业内公认做轻量化减重的最佳区域结构，因为这些结构都不是车体的承力结构，用铝合金的车型，轻量化减重可以达到40%左右的比例，也就是40kg左右的重量。
（4）铝合金制轮毂
ModelS的19英寸（48.26cm）铝合金轮毂是由铝矾土材质制造的。
奥迪ASF车身主要参数
铝合金车身框架结构（ASF）制造技术是奥迪公司的一项核心技术，目的通过优化车架结构，并在关键部位应用超高强度材质、非承重部位应用轻量化材质，来达到整车轻量化的目的。
在这一领域他们进行了长达20年的研究和开发。
其车身框架由铸造和液压成形的铝合金部件组合而成。
目前，奥迪A8和奥迪R8代表着最纯粹的ASF车身技术，这两款车铝合金材料占比都在58%以上。
据铝信资料显示，奥迪A8（D4）车身中，铝合金占比92%，包括35%的高精度铝合金铸造件、22%的挤压成形铝合金件和35%的铝合金板材。
据爱卡汽车资料显示，新一代（第五代）奥迪A8车身技术在之前车身技术基础上进行了升级和改进，车身材质种类更多、车身连接技术更加先进、车身框架安全性能也更好。
表中列出了A8系列车重，可以看出在追求轻量化的同时，保证车辆的安全性极为重要。
所以第五代车身重量虽然有所增加，但相比之前的车型，车身刚度提升了24%。
同时车身材料种类得到了增加，达到4种。
首次应用了碳纤维复合材料，这摆明了是向着自家旗舰超跑R8靠近。
车身的整体框架由铝型材搭建，关键部位采用铝制铸件进行联接，保证结构强度，车身表面采用铝制钣金件。
为了进一步降低车身重量，车厢后部采用了碳纤维材料。
车厢部分采用高强度合金钢。
三、关键区域的高强度钢应用提高乘员安全
1、高强度硼钢加固
硼钢boronsteel，是以硼为主要合金化元素的钢。
又称硼处理钢。
硼在钢中的作用主要是提高钢的淬透性，其次可提高耐热钢的高温强度，蠕变强度，改善高速钢的红硬性和刀具的切削能力。
硼钢由铁、硼、炼焦煤，和其他添加物制成。
硼钢与普通高强度钢相比，在碰撞挤压过程中保持原形的情况下，会造成较大的弯曲回弹，最早应用于军事上，随着应用领域不断的衍生，从80年代起应用在了汽车结构钢上。
硼钢是一种被运用于高端车型的材料，是普通钢材强度的材料的4倍，却比普通钢材更轻。
硼钢这种钢材用在沃尔沃宝马奔驰车豪华车型中早已得到应用。
只是由于它制造工艺要求严苛，硼相对比较稀有且造价昂贵，在A级车市场上，却不多见。
对于A、B、C柱这些关键的支撑与防护位臵，如果采用了超高强度硼钢钢材来保驾护航，车子受到正前方和侧面的碰撞的时候，保证了驾驶舱的结构稳固，防止车子严重的变形，能一定程度上保护乘员的安全。
2、汽车防撞梁
防撞梁属于汽车加强件的一种。
一般车辆碰撞是由加强件首先对碰撞力量进行缓冲吸能，防撞梁分前后两部分。
据车讯网资料显示，特斯拉Model系列车型的安全防护结构依然采用传统钢制材料，成本适中，防护效果也不错。
后防撞梁比较宽大，防护面积也很宽泛，车辆后部45°
方向的保护也比较完善。
钢制材料与前杠相同。
特斯拉两款车型ModelS和ModelX的前防撞梁略有不同：
ModelS轿车的前防撞钢梁是双层热压成型钢板，工艺相对来说比较复杂，性能和成本相对较高。
ModelX的前防撞钢梁则变成了一根单层棍压钢板焊接的，性能和成本都低了不少。
而后防撞梁二者相同，同样是单层冲压钢板。
四、特斯拉其他材料使用情况
相关企业有：
主营业务为铝板带材研发的常铝股份以及目前为Model3液态金属汽车门锁扣提供液态金属原材料的宜安科技，Model3产业链中提供精密铝镁合金压铸件原材料的广州鸿图和鸿特精密。
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