新能源汽車輕量化的關鍵技術

高健峰

上海亞大汽車塑料制品有限公司

新能源汽車輕量化的關鍵技術

高健峰

上海亞大汽車塑料制品有限公司

汽車輕量化的目標是在保證汽車強度和安全性能的前提下，科學地降低車身整備質量，從而提高汽車的動力利用率，減少能源消耗，降低環境污染，因此進一步加強對其的研究非常有必要。采用高性能鋼、鋁鎂合金、碳纖維增強復合材料等輕質材料是目前汽車工業輕量化最成熟的途徑，材料利用與結構設計需要結合起來，解決異種材料之間的連接技術才能最大力度發揮材料的結構和性能優勢，保證汽車性能和安全性的條件下實現輕量化的目標。基于此本文分析了新能源汽車輕量化的關鍵技術。

新能源；汽車輕量化；關鍵技術

1、輕量化的概念

汽車輕量化是一個完整的概念，是指汽車在保持原有的行駛安全性、耐撞性、抗震性以及舒適性等性能不降低，及汽車本身造價不被提高的前提下，有目標地減輕汽車自身的重量。汽車輕量化的概念應從以下三個方面來闡明。首先是對于已有的功能可滿足要求的汽車，輕量化是降低重量而保持原功能不變，其輕量化的效果是直接減重。其次是現有功能尚不能全部滿足要求或需要提升的汽車，輕量化是完善功能而保持質量不變，如改進汽車的動力學性能、操縱穩定性、噪聲從及提高汽車的剛度和安全性等。第三是汽車輕量化既要提高和改進性能，同時也使汽車減重。汽車的輕量化的設計實際上是功能改進，質量降低，結構優化和合理價格的結合。

2、新能源汽車輕量化的重要作用

輕量化是目前汽車實現節能減排的最有效措施，是汽車工業追求健康可持續發展的必經趨勢。數據顯示，汽車的整體質量每降低10%，油耗可降低6%～8%，與此同時，汽車減重不見減少油耗，也減少了大氣中CO2的排放量，車重每減少50%，CO2的排放量就會減少13%，同時也減少了其他有害物質的排放，如，氮化物、硫化物等，對提高環境的質量也起到了很大的作用。在傳統燃油車輕量化技術研究與發展的基礎上，新能源汽車的輕量化可以提高動力性，能夠有效解決續航能力不足，更能平衡輕量化材料導致的成本上升，帶動輕量化的規模，從而推動新能源汽車消費市場的擴大。

3、新能源汽車輕量化的關鍵技術

3.1 集成化超輕新能源汽車

超輕型新能源汽車采用成熟的電池和電機驅動技術，其關鍵技術主要體現在半承載式全塑車身以及車身成型設備的開發。全塑車身設計是新能源汽車輕量化設計的重要組成部分，全塑車身的設計是一個一體化、模塊化、整體式的設計思路，同時實現功能與零部件的高度集成，從而減少零部件的數量，降低生產成本，實現車身輕量化的目標。超輕新能源汽車主要由驅動電池單元、行駛系統、轉向系統、鋁制車身框架、復合材料車身、塑化地板等組成，目前車身整備質量為850kg(包括電池)。超輕新能源汽車具體結構如圖1所示。

3.2 集成化纖維增強熱塑性地板

熱塑性地板與塑料車身和鋁制框架通過通孔、孔槽和成型預埋金屬件實現熱塑性地板與塑料車身和鋁制框架的連接，構成封閉的車身結構，共同傳遞工作載荷，并吸收和傳遞部分碰撞能量。

集成化纖維增強熱塑性地板是通過旋塑成型設備精密成型，加入纖維增強微分發泡材料，利用縱向、橫向雙軸帶動模具旋轉加熱，使材料逐漸加熱熔融并均勻涂覆于模具表面，通過空冷或水冷工藝冷卻模具，最后開模實現集成化地板。超輕新能源汽車集成塑化地板總成如圖2所示。

3.3 復合材料車身

全塑車身的成型工藝是旋塑成型工藝，采用多次加料工藝，實現車身“實心+發泡+實心”的三明治強化效果。該車身為一次整體成型，采用的材料是纖維增強微分發泡材料，其優勢在于:1)高分子復合材料相比金屬材料，具有更好的產品設計自由度，以實現車身復雜的外觀造型;2)減少在生產過程的各零部件數量和額外加裝工序，保證車身的整體公差，節省新能源汽車組裝時間。

此外，在全塑車身的設計中，必須保證車輛發生碰撞時盡可能地減少對行人和乘員的傷害。通過對全塑車身按照新能源汽車碰撞標準體系進行碰撞模擬分析，顯示，車身發生了大的塑性變形，車身座艙發生較大侵入的缺陷。全塑車身碰撞模擬分析結果如圖3所示。

圖1 超輕型新能源汽車結構

圖2 超輕新能源汽車集成塑化地板總成

圖3 全塑車身碰撞模擬分析示意圖

4、輕量化技術趨勢

汽車輕量化實質上就是零部件輕量化。采用鍛造鋁合金車輪，可以很大程度減輕車的自重。不僅如此，由于鋁合金材料具有散熱好和防止輪胎橡膠老化的特點，裝上鍛造鋁合金車輪的卡車、客車、掛車可節省26%的輪胎消耗。

汽車輕量化的兩個主要途徑汽車輕量化是在保證安全性、滿足性能和使用要求的前提下，將輕量化設計技術、輕量化材料和輕量化制造技術的綜合運用。實現輕量化有兩個途徑：一是通過整車和零部件優化結構設計，如除去零部件多余部分（薄壁化、中空化），減少零件數量，設計全新結構等；二是優化材料設計，兩種做法相輔相成使車身合理變輕，從而更有益于整車的燃油經濟性、車輛控制的穩定性和碰撞的安全性。

輕量化材料指可用來減輕汽車自重的材料，主要有兩類：一類是低密度的輕質材料，如鋁合金、鎂合金、鈦合金、塑料和復合材料等，主要用於發動機缸體、方向盤骨架等非結構件；另一類是高強度材料如高強度鋼，主要用於降低鋼板厚度，用在以下三種主要零部件上：外覆蓋件（如四門兩蓋）、白車身、懸掛件（如發動機支架、副車架等）。各大汽車公司都已經將采用上述輕量化材料的多少作為衡量汽車生產技術和新材料開發水平是否領先的重要標志。

總之，汽車輕量化的目標是在保證汽車強度和安全性能的前提下，科學地降低車身整備質量，從而提高汽車的動力利用率，減少能源消耗，降低環境污染，因此進一步加強對其的研究非常有必要。

[1]朱海霞.輕量化材料是綠色汽車的關鍵核心技術[J].汽車與配件，2013，02:4.

[2]呂鵬輝，陸科，葉茂，成英，鐘永恒.我國新能源汽車及其輕量化材料科技成果計量分析[J].現代情報，2011，07:93-97.