宝马正在积极推行“多材料”结构，例如纯电动汽车“i3”和插电式混合动力车“i8”采用了CFRP（碳纤维强化树脂）制驾驶室组合铝合金制车体下部的车身。2015年6月发布的新款“7系”，则是新一款实现了多材料化的车辆。其车体骨架中融合了CFRP、铝合金和钢板，采用了新的轻量结构。下面就来看看其中的最新技术。
图1：利用CFRP减轻重量、提高刚性
多材料结构的目的是，通过将各类材料运用在最适合的部位，实现车体的轻量化。为了让以钢板为主的传统车体骨架大幅减轻重量，这项技术从很早以前就被看好。
欧洲的汽车企业顺应这个潮流，在骨架中采用钢板与铝合金相结合的结构的车辆越来越多。而对于CFRP，除了部分高级跑车外，并没有全面推广。
这一次，宝马新开发了车身结构，7系除了钢板和铝合金外，还积极采用CFRP作为骨架的加固件。基本骨架采用钢材，但A柱的内部等部位使用了CFRP部件，通过提高刚性和强度，减轻了车体重量。使用传统的单体车身，并实现了CFRP等多材料结构的例子非常少见。宝马将这种采用了CFRP的车体设计技术称作“Carbon Core”。之所以这样命名，是因为在钢板制成的封闭截面的内侧，插入了CFRP制作的芯材，详细情况将在后面介绍。
图2：设置在骨架上的标牌
7系在德国的丁戈尔芬（Dingolfing）工厂生产。这里也为劳斯莱斯（Rolls-Royce）生产铝车体，负责宝马产品的传动系统及底盘部件的制造。CFRP部件也由该厂生产，在细致的品质管理之下，使用机器人组装车体。
宝马为新款7系提出的技术主题是“Efficient Light Weight”。7系在充实了安全装备等的同时，整车重量较上一代车型减轻了130kg，车体骨架减轻约40kg。不仅利用CFRP部件实现了轻量化，还以驾驶室部分为中心，强化了抗弯性和抗扭刚性。
据宝马介绍，从原材料的生产到报废时的回收利用，整个生命周期的二氧化碳排放量比上一代减少了约25％。下面就以车体骨架为中心，逐一看一看采用CFRP部件的具体部位。在车体骨架上，黑色部分采用的是CFRP，银色部分是铝合金，灰色部分是高张力钢板。在7系上，室内与行李舱的隔断、C柱的加固件采用了CFRP。
图3：采用多材料结构的车身骨架
CFRP在车顶周围的采用比较突出，这估计是为了减轻驾驶室顶棚的重量并降低重心。宝马在车体中首次采用CFRP，是2003年推出的“M3 CSL”（E46型）的车顶。
车体采用的CFRP由3种成型方法制成。首先是引人注目的车顶纵梁，将CFRP作为了中空封闭截面结构的芯材。CFRP芯材的长度不到3m，为一体成型，周围覆盖着钢制表皮。通过使该部件贯穿车体上部，为轻量化和刚性强化作出了贡献。
图4：车顶纵梁使用CFRP加固（沿左右连接车顶前端与车顶梁内侧的加固件）
作为加固件使用的是罩在钢梁之上、横在车顶前端和车顶后部的CFRP板（顶梁）。连接B柱、横跨车顶中央的顶梁，则采用具有封闭截面结构的CFRP部件。这种封闭截面结构的顶梁通过两端安装的钢支架，与车顶纵梁接合。
扩大铝合金部件的采用
不只是车顶周边，CFRP部件在其他地方也很多。作为车体骨架的加固件，CFRP板被用在B柱、C柱、侧梁（4处）。这也可以说是这种车体结构的一个特点。
CFRP板被铆接在B柱上起加固作用，C柱则与SMC（Sheet Molding Compound）板铆接在了一起。SMC是热固性树脂含浸于碳纤维中制成片材后，使用冲压机进行加压和热固化制作的预浸材。
图5：C柱的加固件
C柱上的SMC可以回收利用，车内和行李舱的隔断也使用了这种材料。门槛梁通过内置方形的CFRP部件，在强化刚性的同时还有助于减轻重量。
地板方面，为了强化刚性并减少变速箱传来的振动等，在中央通道配置了CFRP加固件。该加固件为コ形，罩在中央通道上。
图6：中央通道的加固件
板材估计是采用RTM（树脂传递模塑）方式成型的。RTM是在模具内事先叠层碳纤维片材，然后注射热固性树脂的工艺。这时要同时注射硬化剂，通过使浸入碳纤维缝隙中的树脂凝固，便可制作出想要的形状。这种工艺的特点是成型只需要几十分钟时间，速度比较快，i3车体的绝大部分都采用了这种方法。
在其他部位，前轮罩内的支架也通过与铝合金制前侧梁接合的形式，使用螺丝固定CFRP板进行了加固。
图7：前轮罩内侧的支架
采用铝合金部件是比较常用的轻量化技术，新款7系从车体前端的碰撞吸能盒，到发动机罩、车门饰板和行李舱盖，车体的主要构件都采用了铝合金。
主要的应用部位包括发动机固定件、后门槛梁、门锁扣板、保险杠支撑梁的支架等。在正面冲撞时用来吸收冲击的结构件更是大量采用铝合金。
再利用性方面，7系使用的铸铝制品的50％是二次使用材料。在采用CFRP的同时，使用可回收利用的铝制部件，可见是为了减少生产中的能耗。顺便一提，7系的车门内饰和行李舱盖的内衬在宝马品牌车型中，首次采用了可回收利用的天然材料大麻槿。
悬挂部件也大量使用铝合金部件。前后的弹簧支持部采用的是铝合金铸件。除此之外，轮毂架、制动钳、制动盘、横臂等也使用了铝合金部件，左右着乘坐舒适性等动态性能的簧下重量，比上一代减轻了约15％。
图8：悬挂上方的安装部分为铝合金铸件
图9：铝合金部件（从左至右：轮毂架、制动钳、制动盘、轮毂轴承、横臂）
上代7系的制动钳由铝合金和钢制的2种部件构成，夹住刹车片的部分为钢制。而新7系的制动钳全部采用铝合金，实现了轻量化。而且，钢制的轮毂轴承也改进了形状，通过去掉功能上多余的部分减轻了重量。
图10：制动钳的比较：左侧的以往产品在铝合金的基础上，局部使用钢材；右侧的新开发品全部采用铝合金材料
图11：轮毂轴承的比较：钢制部件也实现了轻量化，与以往产品（左）相比，新开发品（右）去掉了螺母周围多余的部分。
宝马强调，悬挂的轻量化不仅能实际减轻重量，帮助提高燃效，还能发挥出提高乘坐舒适性的效果。可以说，7系采用的轻量化技术指明了该公司未来开发的方向，估计还会用于今后推出的其他车型。
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