在F1的名人堂裡，柯林·查普曼雖然名氣不如恩佐·法拉利，但也是一個繞不開的風雲人物，20歲就成立了超跑品牌“路特斯”，名下的車隊曾七奪F1年度總冠軍，在上世紀六七十年代可謂是所向披靡。
和恩佐·法拉利不同，查普曼不喜歡以馬力論英雄，而是将工程學和開戰鬥機的經曆用在車身設計上，并大獲成功。用他的話說就是：“大馬力能讓你在直線上很快，但輕量化能讓你在哪兒都快！”。翻譯成現代漢語：“甯少十馬力，不多一公斤”。
但很可惜，查普曼在1982年因病去世，路特斯這個品牌也從此颠沛流離，先後輾轉于美國人、意大利人和馬來西亞人之手，而誰都不會想到，路特斯會成為特斯拉Roadster的“缪斯”，不是因為它的電動化造詣，而是輕量化設計。
雖然電動車去掉了發動機和變速箱，但卻增加了電池這個大塊頭，反而更重了，對輕量化需求格外迫切。
以第一代Roadster為例，為了達到近400公裡的續航能力，它背上了6831顆小圓柱電池，單這些就320公斤，再加上線束、冷卻系統、BMS、托盤以及上殼體，電池包總重量達到500公斤，要知道，一台發動機加上變速箱和冷卻系統也隻有300公斤左右。
為了讓Roadster跑得更遠更快，工程師們從路特斯上找到了不少靈感，比如調整了車身架構和使用碳纖維材料，最終做到了百公裡3.6秒的加速度，一掃人們對電動車“非醜即差”的刻闆印象。
在汽車行業，減肥能帶來立竿見影的效果：車身重量每降低10%，油耗可以減少6-8%，加速時間減少8%，排放量減少10%，制動距離減少5%。但代價也不菲，需要同時對材料、結構和工藝做出改變，而且牽一發動全身。
在燃油車時代，隻有豪華品牌或者性能車才有資本追求“魔鬼身材”，像是在回答一道奧數加分題。而到了電動時代，由于身材憑空增重了上百公斤，減肥成了擺在車企面前的一道必答題。
01
車身：抽脂塑身
1985年，在德國漢諾威展會上，兩名身材苗條的女子毫不費力地舉起了奧迪100的全鋁車身，推開了車身輕量化的第一道任意門。
在此之前，鋁合金主要是用在航空領域，它的成分一度被德國視為國家機密，之後才慢慢走入了汽車領域。相比于傳統的低碳鐵，鋁合金要輕三分之一，伸縮性和可塑性更好，能夠在發生碰撞的時候更好地吸收潰縮（即通過變形分散碰撞動能）。
然而，一種新材料想要被量産車所接納，隻是性能出色還不夠，換了新的材料就需要新的工藝或者結構，隻有三者配合默契才能實作“品質—成本—性能”之間的平衡。
八年之後，奧迪在漢諾威展會上正式推出了ASF（Audi Space Frame）概念車，這款沒有經過塗裝處理的車閃着耀眼的銀光，它也是A8的雛形。1994年，采用了全鋁車身的第一代奧迪A8正式量産，它的重量比上一代旗艦車輕了248公斤。
這主要得益于ASF的結構設計，核心邏輯就是把合适的材料放在合适的位置。比如在A柱、B柱和縱梁等位置，用高強度材料，在其他地方選擇成本較低的鋼材，進而在滿足碰撞要求以及整車性能不受影響的前提下，盡量減輕零部件的重量。
有了全鋁車身和ASF結構設計，就差工藝了。
傳統的低碳鋼主要是采用電阻焊接，成本低，速度快，但和鋁合金不比對。直到1999年，奧迪A2這款車第一次用到了雷射焊接，大大解決了鋁合金材質的連接配接困難問題，推動了全鋁車身的應用。
随着時間的推移，越來越多的輕型材料也陸續上車，包括高強度鋼、鎂合金、钛合金以及碳纖維複合材料等。對車企來說，車身上的材料越豐富，工藝上的連接配接就越困難，結構設計就越複雜。
比如最新一代的奧迪A8已經不再是全鋁車身，而是用了包括碳纖維、鎂合金在内的4種材料，鋁合金占比隻有58%，甚至重量都比上一代重了約50公斤。但這并不代表輕量化不再重要，而是另有其因。
一方面是因為像碳纖維這樣的材料依然有些高攀不起，每公斤約為120到200元，相當于鋁合金的4倍，而且用在生産上效率也比沖壓低不少。另一方面，車企在結構和連接配接工藝上不斷取得突破，可以将不同材料用到極緻，增強剛度和安全性的同時也能降低成本，進而獲得一個“完美身材”，算下來，比全鋁更劃算。
新一代奧迪A8車身材料構成
換句話說，工藝可以通過組合加工的方式，彌補材料本身的缺陷。
随着電動車開始普及，車企不能隻追求極緻的性能，也要考慮賺錢問題。是以，材料也出現“降級”，比如，2018年寶馬推出了新款i3，為了擴大銷量，車身從碳纖維變成了鋁合金；特斯拉Model 3的車身也從之前的全鋁變成了鋼鋁混合（鋁占比約為20%）。
這時就輪到工藝發揮作用了。
02
壓鑄：八塊腹肌
2020年9月22日，馬斯克宣布Model Y将采用一體式壓鑄後地闆總成，零部件從80個變成2個，焊點從之前的700-800個減少到50個，原料回收使用率可以達到95%以上。一頓操作下來，車體總重量降低了30%。
某種程度上，特斯拉選擇一體化壓鑄技術既是一種無奈之舉，也是一種冒險。
壓鑄工藝在汽車制造中早已有之，其原理簡單來說類似于将熔融的金屬注入磨具，等待冷卻後就得到一個成型的金屬鑄件。但因為在成型過程中的熱脹冷縮容易出現誤差，應用範圍比較有限，傳統車企的壓鑄件往往替代的是非結構件，在大型結構件上試水一體化壓鑄，這還是第一次。
特斯拉這次工藝更新，相當于把一個圓鼓鼓的肚子直接壓出了八塊腹肌，省掉了健身跑步這個環節。
一體化壓鑄将沖壓和焊接兩個工藝合并，簡化了白車身的制造過程，而且零部件數量驟減也降低了模具開發群組裝成本，并且大幅減少了機器人的使用。同時，一台壓鑄機占地僅100平方米。根據馬斯克所述，采用大型壓鑄機後特斯拉工廠的占地面積減少了30%，算下來制造成本下降了40%。
這種做法不僅對沖了Model 3車身從全鋁變成鋼鋁混合之後增重所帶來的不利影響，而且能進一步提升生産效率，擴大銷量。
雖然一體化壓鑄是新技術，裝置、材料、工藝以及成本都存在不确定性和挑戰，但這并不妨礙汽車行業過去兩年刮起了一股壓鑄風暴，包括蔚來、小鵬、華人運通這樣的新勢力，也包括電動化轉型比較激進的沃爾沃，都在主動擁抱這種新技術。
總的來說，一體化壓鑄是對傳統汽車制造技術的一次巨大變革。它的作用并不限于給車身減重，而是對汽車生産效率的一次體系化更新。
03
三電：優化骨架
在一輛電動車中，電池、電機和電控占了總重量的20-40%，随着減重需求的迫切，這頭“房間裡的大象”來到了台前。
按照傳統思路，第一反應就是換材料。比如将電池Pack殼體從鋼材變成鋁材。早在2019年，甯德時代就宣稱将航空級别的“7系鋁”用在電池包下箱體，這樣做能讓整車品質減少250公斤，電池系統能量密度提升50%[12]。
其次是結構設計，化零為整。比如比亞迪的“八合一”電驅系統通過将不同子產品內建化，可以實作在相同功率下，零部件體積減小20%，重量降低15%。此外，通用的奧特能（Ultium）純電動平台通過無線BMS系統，也能夠減少90%的線束布置。
但這些并沒有觸及電池包減重的核心。電池包有兩個顯著的特點：一是電芯重量占據了六成以上；二則是它的層級複雜，不僅包括成百上千的電芯打包成的模組，還有BMS、冷卻系統、高壓線束以及外殼等。
是以，最有效的減肥是對症下藥。相比于在殼體和BMS上的邊際改善，改變電芯形狀和整個pack的成組方式才能優化骨架。另外，想要提升系統能量密度，最簡單有效的辦法就是去中介，減少中間結構件的數量。
2020年，比亞迪推出刀片電池，又長又薄的單體電芯形如刀片，直接跳過了模組環節，将電芯內建電池包（Pack），這就是所謂的CTP（Cell To Pack）。甯德時代、蜂巢能源等其他同行也采取了同樣的設計思路。
雖然CTP省掉了模組，但上百公斤重的外殼卻依然存在，這時候業内出現了一種更大膽的思路：既然電池是平鋪在車輛底部，為何不幹脆把車身地闆當作電池殼，把車身、電池和底盤內建一個整體，将電池直接做成整車結構件。
這種想法多少有些“第一性原理”的意思，相當于把電池看作是汽油，把車身和底盤中間的空間看作是油箱。用馬斯克的話來說就是：“沒必要在盒子裡面再裝一個盒子。”
2020年，特斯拉官宣了CTC技術。馬斯克表示，采用了這項技術之後，可以省掉370個零部件，能為車身減重10%，每瓦時電池成本也将下降7%。去年10月的柏林超級工廠釋出會上，特斯拉對外亮相了4680的電池組，它可以直接作為車身結構的一部分。
相比于CTP，CTC不僅可以将系統能量密度提升了一個層次，更重要的是它的出現可以讓電池廠突破電池包的範疇，直接将技術延伸到底盤開發，而這是整車最關鍵的零部件。
國内最早提出這個想法的則是曾毓群。2021年年初，甯德時代宣布将于2025年前後推出CTC（Cell To Chassis）技術，将電芯和底盤內建在一起，能讓電動車續航裡程達到800公裡以上。
如果把換材料和結構設計比作是想辦法讓一個人的衣服變得更輕，那麼已經量産的CTP和指日可待的CTC則是在想辦法降低人本身的體脂率。
04
尾聲
知乎上有人提過一個問題：“100 米短跑提高 0.1 秒有多難？”
國内最有資格回複這個問題的蘇炳添親自作答：“那太難了。0.1秒可厲害啦，提高0.01秒都有點難。我從9.99到9.91（提高0.08秒）用了3年時間吧。”
同樣的道理也可以适用于電動車系統能量密度和減重問題上，續航從300公裡到600公裡相對容易，但越往後技術突破難度就越大，邊際改善的成本也就越高。
但這不意味着就不用再啃這根硬骨頭了，相反，越難的事越要去做，因為新能源車革命從不可能一蹴而就，而是在一點一滴中從量變實作質變的。
[1]汽車輕量化及一體化壓鑄件行業分析，東方證券
[2]一個很多人都關心的問題：純電動車和汽油車開起來到底有啥差別？，純電車EV
[3]【拆車】講真，鋁制車身是新技術？你可以去打臉了，拆車坊
[4]奧迪A8牛叉的輕量化技術，嚴說一點
[5] 特斯拉改變汽車行業的“一體化壓鑄”是什麼 ，睿格資産
[6]中鼎股份深度報告：智能底盤業務發力，橡膠件龍頭迎全新成長期，西部證券
[7]滑闆底盤太火，拓普集團也欲入局，蓋世汽車社群
[8]Tesla Model S Weight Distribution，Teslarati
[9]汽車行業一體化壓鑄專題鋁壓鑄向大型化一體化發展，國信證券
[10]沖産量？不！「鑄」産量才性感！42号車庫
[11]制造是第一生産力，一體壓鑄是成本密碼，你掌握了嗎？汽車之心
[12]Pack輕量化 甯德時代選擇“7系戰鬥鋁”，高工锂電
【直播預告】
4月28日（周四）晚8點，投學苑「公司案例課」首席策劃人雷鳴和其它兩位制作人一起，分享疫情之下的宏觀和行業洞察，并對24家公司進行盤點。