汽车轻量化专题报告：抓住机遇，轻装前进

一、轻量化是降能耗、控成本、重设计的关键体现

经过十年高速增长，截止到 2019年 10 月份，汽车消费增速显著下滑，已经连续十六个月同比负增长，整体进入行业调整期。2019 年前三季度同比下滑-10.2%，消费需求偏低。但是环比来看，从 8 月份开始，8、9、10 月三个月环比增长分别为 8.2%、16%和 0.6%，均实现正增长，但回暖趋势不明显。即使今年以来包括工信部等国务院各部门陆续发布了多项政策指导，但行情未见明显改善，缺少市场增长的有效触发点。

根据对市场上 700 多台不同级别乘用车的重量和尺寸信息汇总，以重量比体积系数作为对比数据，该数据越低，则轻量化水平越高。从数据上可以看出， 37%的 A 级轿车、35%的 B 级轿车以及 45%的 C 级轿车重量比体积系数较高，存在有较大提升空间；而SUV 中同样有 30%~40%的比例期待提升。

（一）整车能耗要求日趋严苛，轻量化是直接关联因素

节能水平历来是汽车企业产品开发需重点面对的焦点，随着汽车电动化的发展，降低整车能耗水平就变得越来越重要。

从政策层面看，目前新能源补贴加快退坡，补贴更加关注续驶里程高、电池质量能量密度大、整车能耗水平低的方面，特别是工信部于 2019 年 7 月发布《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》修正案（征求意见稿），同样鼓励企业研发先进低油耗车，推动传统车转型，与新能源车协同发展，避免了单纯依靠纯电动车分担积分压力现象，实现节能目的。

从理论经验上看，汽车在运行时，需要克服一系列阻力， 包括滚动阻力，空气阻力，坡道阻力，加速阻力等，除空气阻力外，其他都跟车重直接关联。此外，从整车能耗来看，影响整车能耗水平的因素除了行驶阻力因素外，还有空调性能、热管理及电子电器附件的影响，而轻量化对能耗影响明显，整车大约有 1/3 的能耗是跟重量密切相关的。对于当前市场上在售的普通汽油机车来说，保守估计，重量每减轻 100Kg，油耗降低3%~5%左右；而纯电动车续驶里程可以提高 3%~5%左右。

（二）轻量化是企业控制成本的主要路径，体现核心设计能力

从整车来看，各大系统所用材料无非就是各种钢材、铸铁、塑料、橡胶、铝制件、镁合金、玻璃和少量其他材料，以及高档车上采用的碳纤维等材料。其中又以各种钢材、塑料及纯电动车的电芯材料所占比例较多。

对于纯电动车，电池包所占比重极大，占比大约在 1/4~1/3，比如特斯拉 MODEL S采用全铝车身，电池组大约占比 1/4。因此，电池包轻量化是重中之重。要实现电池包轻量化，一方面要降低模组箱体的重量，通过改善材料及制造工艺，优化设计实现；另一方面，要降低电芯的重量，通过提升电池能量密度来实现，这部分是目前纯电动车开发的核心所在。工信部在 2017 年 12 月颁布的《促进汽车动力电池发展行动方案》提出，到 2020年新型动力电池的能量密度要达到 300Wh/Kg，2025年要达到 500Wh/Kg，2019年天津力神研制的 NCA 电池已经达到 303Wh/Kg，已经达到方案要求；2018 年 1 月国家制造强国建设战略咨询委员会又发布了《<中国制造 2025>重点领域技术路线图（2017版）》，提出 2020、2025、2030 年单体能量密度分别达到 350、400、500Wh/Kg。

未来，各国普遍看好固态锂电池和三元富锂电池的发展，相比较传统锂电池，固态锂电池在安全性、能量密度上都有明显提高，并且有一定产业化基础条件。目前，蜂巢能源正在开发的全新固态电池能量密度将超越 300Wh/kg。

随着各整车企业对成本的精细化管理、规模效应的体现，国内汽车单车成本逐年降低。从原材料价格来看，虽然镁合金材料呈下降走势，但铝合金、聚丙烯腈、塑料和橡胶的价格近两年相对稳定。当前部分中低端车普遍从设计及集成方面开展轻量化工作，而对于中高端车及纯电动车规模化采用轻量化材料，有助于拉动上游产业加快新材料及工艺开发的突破，形成产业链相互促进发展。

（三）满足消费者对车辆性能的要求

除了能耗、排放、成本因素外，整车重量也影响了车辆的加速、制动、操控、安全、振动噪声等性能，这些性能影响消费者对车辆的属性感知和购车诉求。

我们统计了乘用车市场对购车期望以及满意度的数据，TOP15 中有八项跟轻量化直接相关。这些因素一方面影响了消费者在试乘试驾时对车辆的直观感受，从而影响其购车欲望；另一方面，也影响了已购车用户的口碑传递。因此，一台优秀轻量化水平的车子，是能够兼顾到车辆各个方面的性能要求。

（四）全球范围内轻量化新技术发展及应用

从全球范围内来看，轻量化有如下方向：现有钢制材料优化、成型工艺的轻量化；新型复合材料的替代；碳纤维的推广；铝镁合金件应用范围持续扩大；系统集成化深度发展。

国内市场在售的以铝合金材料为主车型有：蔚来 ES8/ES6，凯迪拉克 CT6、奇瑞捷豹 XEL/XFL、特斯拉 MODEL S、奥迪 A8 等。其中凯迪拉克 CT6 铝合金应用比例 62%，高强钢及热成型钢占比 31%；宝马七系采用了碳纤维、铝合金、高强钢复合材料，白车身大约减重 40Kg；奥迪 A8 也是采用了碳纤维、铝合金、高强钢等混合材料。

（五）国家政策支持

近年来，工信部等陆续出台了一系列相关产业政策，立足于原材料和成型加工，开展高强钢、铝合金/镁合金材料、高性能工程塑料、纤维复合材料的突破开发及产业化应用，特别是固态电池、电池模块、车身、底盘件、部分内饰件和电机电驱等零部件方面，支持拉动轻量化的发展。

二、传统材料和新材料齐驱并进，结合新能源集成能力，实现轻量化

要实现轻量化，需要从整车系统各个维度，结合新材料、新工艺、新设计思路进行深度扩展。

（一）关注整车轻量化重点区域

传统燃油车整个车身系统重量占比大约 30%，而白车身重量大约占整车 15%~18%左右。车身轻量化主要发展了四个阶段：普通钢制车身、高强钢车身、钢铝混合车身和铝合金/碳纤维等多种材料复合车身；目前大部分车身还是采用了钢制材料，混合结构或者全铝车身占比很小，从全球范围来看，大约是 15%和 12%。主要还是当前钢的加工成熟稳定可靠，成本优势大。实现车身轻量化主要是从材料选择、成型方式、钣金件连接方式、阻尼及加强材料方面考虑。

其次，对于配置有传统燃油机的汽车来讲，动力系统对重量的贡献有 20%以上。这里面有内燃机、变速箱、进排气系统、传动轴和供油系统等，涉及到的零件复杂，对材料的要求也高，轻量化集中在发动机、变速箱和传动系统等方面，比如上汽 SGE1.5T 发动机采用铝合金缸体缸盖、集成式排气歧管、塑料进气歧管、冲压件油底壳等，可以实现发动机减重 10%以上。

底盘系统也是实现轻量化的关键路径。一般来讲，底盘由传动、行驶、转向和制动四大系统组成，而行驶系统则是四大系统中重量占比最大的。比如副车架和前下摆臂采用铝合金材料或者高强钢冲压件，转向节采用铝合金材料等，都可以有效实现轻量化。

内外饰系统轻量化也体现在了材料选择和成型工艺上。比如选择低密度材料、不等厚度成型、镁铝合金仪表板骨架等方案。

此外，纯电动汽车的轻量化，更多的焦点集中在电池和电驱系统上，特别是电池系统，一方面是电池模组的重量，一方面是箱体等附件的重量。根据统计，传祺 AION LX，东风启辰 T60EV，广汽丰田 iA5 三款车的能量密度都是比较高的，而且三者都搭载了宁德时代 NCM811 电池，其中传祺 AION LX 电池包能量密度最大为 176Wh/Kg，但是距《促进汽车动力电池产业发展行动方案》提出的 2020 年电池包能量密度达到 260Wh/Kg差距还很明显。所以，需要从上述两个方面同步开展，既要提升电芯能量密度，也要做好箱体等结构优化设计，采用更轻质的高强度材料，更好的集成化设计方案。

（二）从零件实现三个维度入手

1、材料选择实现轻量化

通过选择高强钢、轻质材料，以及不同材料的组合实现。对于钢制材料，提升高强钢、超高强钢应用比例，可以降低材料厚度。一般这类材料用在部分外板件和车身结构件上，比如立柱、车身纵梁、车顶横梁、各防撞梁等。美欧系应用比例较高，大约在 60%以上。

对于轻质材料，有轻合金金属、新型塑料和纤维增强复合材料等，是实现轻量化的重要路径；同时因地制宜，根据功能需要选择合适材料，或者多种材料联合的方案，同时兼顾到成本、售后等方面。铝合金的应用除了上文提到的之外，还有引擎盖、尾门、保险杠横梁等，是除了钢外的应用最广的金属材料；镁合金在方向盘骨架、仪表板骨架、座椅骨架、传动系、底盘系等零件上有应用；而塑料的应用也逐渐增多，比如冷却模块框架、进气歧管、尾门内部结构等，大约有 50%的减重效果。不过碳纤维复合材料由于成本昂贵，目前除了高级豪华车、跑车和部分高端电动车外，其他应用还比较有限。

2、制造工艺优化实现轻量化

选择先进的制造工艺，不仅可以实现轻量化，也有效提高了生产效率，降低了零件成本。成型工艺方面，有热成型、液压成型、内高压成型、辊压成型、变厚度成型方案等；连接技术方面，有激光焊，结构胶粘接等，通过这些方案可以减少零件数量，提高材料利用率，提升零件刚度，实现轻量化。

比如副车架制造方面，对高强钢进行一体液压成型，在不降低零件刚度情况下，减少了零件数量，重量可以减轻 5~10%。而不等厚度工艺，除了钢板外，在内饰件上也有广泛应用，比如前围内部隔音垫采用的 EVA 材料，根据设计需要，不同区域采用不同厚度成型方案，预计可以实现 25%的轻量化。

3、面向轻量化的设计开发是实现轻量化的最主要途径和出发点

轻量化设计开发，不仅包含零件本身的设计，也包括系统和整车的集成开发，这是一个企业的具有自主开发能力的核心体现。一方面既要保证有效的减重，又要考虑到整车和零部件的强度、刚度和耐久等性能不因减重而受影响；另一方面，系统集成水平的提高也有助于提升轻量化水平。比如宁德时代最新的电池集成技术，实现了整车减重250Kg；比亚迪 e2 的电驱技术集成实现了 25%的减重；电动公交车的轮边电机也替代了传动轴等零件，整体重量可以减轻 250~500Kg。

对于车身轻量化设计评价，按照目前汽车行业内比较通用的公式，即轻量化系数计算公式，该公式为轻量化系数=白车身重量/（扭转刚度*正投影面积），能用来对比评价不同厂家的设计水平，即在同级别车型中，白车身重量越低，扭转刚度越高，轻量化系数越小，车身设计越好，反之越差。从欧洲汽车车身会议历年轻量化系数平均值来看，表现出总体趋小的趋势。

面向轻量化的设计，除了车身件外，还有底盘车架等，这些零件的连续拓扑优化，已经比较成熟，但是涉及到整车非线性、离散结构，还需要跟实车实验结合，作进一步完善，这也是跟企业的开发能力和经验积累密切相关。

三、顺势而为，抓住轻量化发展机遇

外资企业持续注入，为新能源产业发展激发了新的活力，是轻量化发展必需增量。随着特斯拉上海临港工厂的投产，上汽大众 MEB 平台的国产化的推进等，作为新能源车关键技术需求的轻量化，是始终绕不开的话题。目前几大车企都已在国内设立合资或者独资新能源项目，将会带动新一轮行业发展。

大众 MEB 平台全称为"电动车模块化平台"，是大众汽车集团首款为大规模生产而开发的纯电动车平台。该平台采用平板式电池模组布置方式，使车辆拥有更长轴距与更短前后悬尺寸，轴距和同级别传统燃油车相比有很大提升，车辆内部空间更宽敞；没有中央地台，后排乘客可享受舒适腿部空间；电池包完全嵌入车底，显著降低车辆重心，实现接近 50：50 的前后重量分配；该平台扩展性强，可以根据不同车型用途，配置不同容量电池；支持快速充电，15-30 分钟内可充满 80%电量；动力电池采用轻量化铝制零件，配有集成式冷却系统、电池管理系统，大幅度提高电池防护水平和安全性；智能网联系统集成创新，实时在线。

从国家产业政策上看，《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》征求意见稿，进一步指明了未来十五年发展的思路，2025 年销量要达到整个市场销量的 25%。如果以当前新能源车市场销量来估计，预计每年要有 40%的增长率，空间广阔，不排除后续会有相对应的持续支持。特别是纯电动车，占据了新能源市场销量的 80%。该意见稿在当前新能源销量低迷时发布，无疑是一注强心剂，坚定了"市场主导、创新驱动、协调推进、开放发展"的基本原则。

根据节能与新能源车制造技术路线图，按照到 2025 年铝合金单车用量达到 250Kg来计，叠加其他成本，单车成本大约 5700 元，那么保守估计，五年内铝制件的市场需求量至少为 400 亿元。

支持零部件轻量化的中上游企业比较多，有车身件、底盘件、内饰件以及动力电池零件等，我们重点关注金属件和部分内饰件的标的。

四、投资建议

轻量化作为一项系统工程，集零部件设计及集成、制造、材料为一体，三者缺一不可，是一个企业是否有竞争力的关键体现。所以，我们后续持续关注：

1、 研发能力优质的产业链公司，零部件开发、系统集成能力有优势。比如：华域汽车，宁德时代，拓普集团。

2、 制造工艺优质的上游公司，比如精锻科技，爱柯迪，旭升股份。

3、轻质材料开发优势明显的公司。

（报告来源：联讯证券）

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（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）