【MFC推荐】宝马汽车BMW轻量化技术路线及解决方案

宝马智能轻量化结构

目前汽车轻量化主要是通过结构设计与轻质材料应用两方面来实现。各厂商在结构设计上多是以减小车身骨架及车身钢板的质量来减重，在此方面基本上是殊途同归，同级产品间能够体现出差异性的余地并不大。

真正能在轻量化结果面前举重若轻的还是材料。尽管材料也在发展进步，但成本在其中还是扮演着很重要的角色，所以铝、镁、碳纤维等材料目前还不会在经济型轿车中大量出现，但它们却已是高端豪华车型“减重”的必备材料了。

为了到达减重和坚固的双重目的，全新宝马7系除了在材料选择方面不惜成本之外，车身结构上也使出了宝马智能轻量化结构这记”大招“。这项首次应用于量产车身上的技术”瘦身“效果也极为明显，相比前代车型，全新750i xDrive重量足足减轻了130 kg。

宝马提出的智能车身其实是一个由碳纤维增强复合材料、超高强度钢和铝合金组成的混合型结构，据称这种复杂技术的制造目前仅有宝马能够驾驭。同时，宝马的车用碳纤维年产能将达到9000吨，在这一领域奠定了绝对优势。

碳纤维增强复合材料有着绝佳的物理特性：比铝轻30%、比钢轻50%，强度却是钢的7至9倍，它的使用显著优化了全新系的车身刚性，对于那些需要承受较大压力的车身部件效果则尤为明显。以B柱为例，在碰撞中，经过增强型碳纤维复合材料加固的B柱不会因为冲击而变形，相反地，高强度钢和增强型碳纤维复合材料的相互作用会分散冲击力，提升了车辆的安全性能。

使用了碳纤维内核除了提升车身刚性还降低了油耗，这在当时可以说是具有突破性的了，而且G11/G12 7系也以其这个独具创新的碳纤维内核车身结构赢得了第17届全球标杆车身结构评选大会的大奖。

宝马是碳纤维增强复合材料的”死忠粉“，从最初参与的F1赛事，到M家族产品，碳纤维复合材料始终是宝马在轻量化技术方面的最爱。在宝马 i3和 i8上，碳纤维复合材料的应用更是被发挥到了新的高度。

i3和i8两款车型，都使用了“LifeDrive”的模块化架构，Life就是驾驶员座舱，而“Drive”则代表底盘部分，包括了传动系统和锂离子电池等。

而轻量化的亮点就在于在“Life”部分大量使用了CFRP材料，即碳纤维复合材料，这是一种被大量用于F1赛车，航空领域的材料，而且分成Life和Drive两部分，能够分别控制车身材料成本与电池组的成本，做到两者的一个合理分配。

其实这样的结构与以往越野车经常采用的非承载式车身有些许类似，但正是因为宝马使用了高强度碳纤维复合材料来打造，所以无论刚性和轻量化效果上来说，是普通的非承载式车身望尘莫及的。

大量使用碳纤维复合材料的i8车顶

虽然碳纤维复合材料的大量使用能够减轻车身重量，提高车身刚性，但是也因为材料本身售价不菲，所以导致了i8高昂的售价，虽有高科技材料加身，以及炫酷的超跑外形，但是1.5T的动力似乎也很难让消费者为这台“超跑”买单。

反观i3，这样一台车身紧凑，易于通行的小车，在如今限牌限号的情形下，凭借有竞争力的终端售价和一张绿牌，受到了不少青睐。

虽然i系列大量使用轻量化材料来瘦身，但如果摊上价格的话，也算是一把双刃剑了，如果未来像碳纤维复合材料这种高科技能够成本降低的话，相信到时候的车能比现在快不少，安全不少，所以说i系列在轻量化这条路上还是比较超前的。

而全新7系则是首款采用工业化生产的碳纤维增强复合材料（CFRP）与钢材和铝合金混合车身结构的车型，也开辟出了汽车轻量化设计上的一条新路。

碳纤维并非赤裸地展现在面前，而是一种Carbon Core的技术，也就是碳纤维内核。新的技术与材料的使用，白车身减重40kg，整车轻了130kg。

CFRP的技术主要集中在腰线以上的部位，所以新一代7系开起来十分轻盈。此感觉并不单单由良好的动力带出，更多是腰线上部轻了不少，重心比上代车型低了很多，所以无论直路和弯中的稳定性都提高了。

能把碳纤维应用在车身上，超跑很多都这样干，不过唯一宝马能将这技术大批量生产，并应用在民用车层面。将来M3、M5也一定会用上CFRP材料，甚至3系、5系等车型都有可能应用。

体量之轻，性能之重——M3 CSL（E46）

M Power轻量化史上最为出名，也最为Bimmers津津乐道的就是诞生于2001年的第三代M3的限量版本——M3 CSL（E46）。CSL 这三个字母分别代表 Coupe (双门) 、Sport (运动) 、Lightweight (轻量化)。

M3 CSL 的车头在当时的年代背景下就已经开始使用了上文提到的CFRP碳纤维复合材料，此外还用于车顶及后备箱，光是车顶就减重了7kg左右，同时使用玻璃纤维打造的轻型桶形座椅。

后窗玻璃和后挡风玻璃则采用聚碳酸酯材料打造，最终造就的，就是相比于普通版E46 M3减重高达110kg，整备质量仅为1385kg，当时可谓令整个车坛为之震撼。

这样的轻量化再搭配上看家的直列6缸自吸发动机，输出最大马力360hp，最大扭矩370N·m，加上SMG序列式变速箱的加持，4.9秒就可完成零百加速。

这一笔可谓在M Power的轻量化历程上浓墨重彩，声名大噪。

M Power的看家宝——碳纤维传动轴

而反观现今的M Power，轻量化的脚步一直未曾停过，最赫赫有名的当属M3/M4使用碳纤维传动轴这件事情了，宝马为了追求更极致的驾控体验，使用了一体式碳纤维传动轴，用以降低转动惯性，提升刚性，改善加速响应，并且碳纤维材质的传动轴本身就具有强度高，重量轻的特点。

但可惜的是，宝马于2017年11月后生产的M3/M4车型就用钢制传动轴代替了碳纤维传动轴。

据当时的报道，这是为了更好的满足欧洲严苛的排放法规，以及在未来的M3/M4车型中安装微粒捕捉器留下足够的空间，因为不仅仅是碳纤维材质更换到钢制，传动轴的尺寸也减小了。

铝合金材料的应用与细节优化

除了宝马智能轻量化结构这项”大招“之外，全新7系的轻量化功夫还花在了底盘区域。有针对性地使用铝合金材料以及对轮毂及制动器等细节部分的优化也让全新7系受益匪浅。

除车门以外，全新7系还首次采用了铝制后行李箱盖。此外，通过对车轮支架、制动器和车轮的设计采用严格的轻量化措施，全新7系簧下质量也较前代车型最多减少了15%，舒适性和操控性表现都因此有所提升。

另外，全新 7系还采用了重量优化的连接技术以及针对发动机的近源热屏蔽和声音屏蔽，由此降低了所用隔绝材料的重量。通过整体的轻量化结构设计，全新7系进一步降低了车辆重心，并使前后车桥载荷达到了50 : 50的完美比例分配。

S58发动机

S58发动机作为M家族发动机新晋成员，首先搭载于X3 M和X4 M上，有着比S55更为强悍的性能，以及更多技术上的改进，光是从数据上就能看出他的进步：

而对于这样一台性能级发动机，轻量化同样是绕不开的话题，宝马工程师在设计S58发动机时，力求最大轻量化。

例如缸盖铸造砂芯是采用最为先进的3D打印技术制造的，这意味着什么？意味着更轻的气缸盖的重量，还能够制造出集成冷却通道的结构，进而获得更佳的散热效率。

此外，S58还使用了全新的锻造曲轴和轻量化活塞，以及轻量化镁铝合金油底壳，进一步“瘦身”。

电力驱动

在BMW高效动力策略框架下，宝马集团基于轻量化、小型化、集成化和可扩展的研发理念，重磅推出了第五代BMW eDrive电力驱动技术。尤为值得一提的是，第五代BMW eDrive电力驱动技术及所有配套传动系统零部件，均是由BMW独立开发且关键零部件由下属企业生产，从而确保了可靠的高品质要求。因此，高品质和高能效便成了第五代BMW eDrive电力驱动技术的主要核心任务。

简单来说，第五代BMW eDrive电力驱动技术的电驱单元，将电动机、逆变器及变速器融为一体，在保证性能的同时大幅降低重量并减少了所需的安装空间。

在搭载该项技术的首款车型创新纯电动BMW iX3上，电动机的最高功率达210千瓦，功率密度较上一代提升了约30%，最高能效更是高达93%，同时电动机与车辆后轴整合，进一步实现了驱动效率的提升。

电池箱体

2019款宝马i3动力电池箱体采用碳纤维复合材料，使之轻量化。

电池箱体作为电动汽车用动力电池的防护零件，对结构设计、重量等方面的要求都很高，在电池模块的重量和尺寸确定后，设计电池箱体时考虑的因素比较多。首先电池箱体是电池模块的承载件，电池模块需要通过它连接到车身上。其次，动力电池一般安装在车体下部，考虑到电池模块的工作环境，电池箱体需要具有对模块的防护功能，需要考虑模块的防水防尘以及道路环境对电池箱体的腐蚀，电池箱体还需要考虑承受车辆运行过程中的振动和冲击等。

2019款宝马i3动力电池箱体是由宝马与三星合作开发的42.2kWh的电池组组合， 宝马i3的动力电池箱体安置在车体中央，并由特制的外壳和固定系统保护着， 其整体容量从33kWh升级至42.2kWh，这也让2019款宝马i3的续航里程有了质的提升，2019款宝马i3由原先的271KM提升到了359KM。宝马i3动力电池箱体其采用模块化的设计使得该电池组在目前市场的可维修性是最好的。宝马i3电池组系统方案技术指标一直使用的电芯是方形铝壳，NCM，由三星SDI提供，额定电压在3.7V，电压限值区间为2.8-4.1VDC，宝马i3电池系统电芯的比能在120Wh/kg以上，电芯的内阻在0.5 mΩ左右，宝马i3电池箱共有8个模组组成，每个模组有12个电芯，共计96个电芯，串联。

宝马i3动力电池箱体外部壳体机构设计，使得当螺栓固定到车辆框架，增加该车辆的机构刚度。

动力电池

现在，宝马有意向在海外新能源汽车也搭载宁德时代的电池，这是它们在国内合作的一种延续。

宁德时代德国新工厂将自2021年投产，2022年达产后将形成14GWh的产能。这也意味着，宁德时代的电池将出现在宝马第5代产品中。考虑到宝马第5代产品的模块化设计，对电池尺寸、体积能量密度和轻量化有着高度要求，宁德时代在合作过程中将在模块化、集成化电池研发、生产方面获得更为丰富的经验。

而且动力电池，尤其是单体电芯的规格尺寸不统一，为主机厂和电池厂都带来极大的压力。目前德国设定的VDA标准已在大众、宝马等主流车企中得到广泛的应用，因此电池企业普遍自发地偏向于该标准。

宁德时代与宝马在海外的合作将加强它对VDA标准的适应，规格尺寸更为标准化，也利于它吸引到更多的客户和订单，打开更为宽阔的市场

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