新能源汽車輕量化技術路線和應用策略

李萬勇

（河北紅星汽車制造有限公司，河北 邢臺 054000）

汽車輕量化技術涉及汽車輕質材料應用、設計開發(fā)技術、工藝制造技術等多個學科，需要多產業(yè)的聯(lián)合突破。汽車輕量化產業(yè)鏈的形成將帶動整個相關的零部件產業(yè)的提升和創(chuàng)新發(fā)展。

一、新能源汽車開展輕量化技術的戰(zhàn)略意義

從國際上看，歐美日韓政府制定了相關法律和政策來推動和保障新能源汽車的發(fā)展，出臺了一系列輕量化技術路線和法規(guī)，對汽車輕量化技術投入大量的科研經費和前瞻性研究。先進輕量化技術在上述市場應用非常普遍，寶馬、奧迪和大眾等國際汽車品牌正引領輕量化技術發(fā)展。從國內汽車產業(yè)規(guī)劃來看，中國制造2025規(guī)劃了重點領域技術路線圖對汽車輕量化做了重要規(guī)劃和思路建設。汽車輕量化技術路線圖和新能源汽車技術路線圖明確我國汽車輕量化技術發(fā)展的關鍵技術，并根據我國汽車行業(yè)自身的現狀及特點，制定出具有引領性、指導性以及戰(zhàn)略性的規(guī)劃和可實現的科學的輕量化技術發(fā)展途徑。

二、新能源汽車與輕量化技術

新能源汽車是指采用非常規(guī)能源作為動力驅動的汽車，而所謂非常規(guī)能源是指除了汽油、柴油、天然氣、液化氣等之外的燃料。但一些使用常規(guī)車用燃料，并采用新型車載動力裝置的汽車也可以稱之為新能源汽車。新能源汽車主要分為四種類型，一是混合動力汽車，采用電能能源與燃油能源混合為汽車提供驅動力;二是純電動汽車，采用電能能源或太陽能能源為汽車提供驅動力;三是燃料電池電動車，由燃料電池為汽車提供驅動力;四是其他新能源汽車，比如采用超級電容器、飛輪等高效儲能器。相對于一般汽車，新能源汽車不僅能夠有效節(jié)約燃油，提升燃油利用率，起到良好節(jié)能減排的作用。還能夠有效提升汽車駕乘體驗，保障車輛安全穩(wěn)定運行。

汽車輕量化技術主要應用于“車身減重”，通過采用一些質量較輕的新型合金材料，加強設計提升汽車結構的合理性，從而達到汽車減重的目的，相對于一般汽車，新能源企業(yè)更加需要輕量化，據相關資料數據表明，每降低車重100kg，百公里電耗可降低20%—30%，因此在新能源汽車中加強輕量化技術應用對于新能源汽車應用推廣具有非常重要的作用。

三、新能源汽車輕量化關鍵技術分析

（一）汽車鋁合金沖壓技術

當下新能源汽車鋁合金主要采用的是硬度高、銅元素含量高的2000系列;抗氧化性、腐蝕性強、鎂元素含量高的6000系列;鎂鋁合金5000系列。基于不同的合金材料，應用于汽車不同構造，比如車門可采用鋁合金5000或6000系列、車身骨架采用鋁合金2000系列等從而既保證了車身不同結構功能性發(fā)揮，又能夠降低車身重量。鋁合金沖壓技術實施過程非常復雜，需要基于不同需求做好沖壓件設計，主要采用的是CAE軟件（Computer Aided Engineering）來實現，從而保證車身沖壓穩(wěn)定性。在應用該沖壓技術時還應注意，做好原材料檢查，保證材料規(guī)格尺寸正確，完整無損，并檢查不同工序沖壓模具與需要的沖壓產品是否對應，做好模具檢查;嚴格按照沖壓工藝作業(yè)指導書工序要求，做好沖壓工作，并針對每道工序產出的產品，與規(guī)范樣品進行對比;在第一件沖壓產品完成后，需要根據沖壓工藝作業(yè)指導書，利用三坐標對產品做好檢查，記錄檢查結果，確認產品符合率。在沖壓過程中，還要做好巡檢工作，把握沖壓狀況。在完成沖壓成品檢查后，需要將產品貼膜去除掉，并檢查產品外觀，在確保無誤后，放入專用盛具內，掛上檢驗合格標簽。

（二）車身旋塑成型技術

車身旋塑成型是一種熱塑性塑料中空成型方法，這種方法實施所需設備簡單，并且實際模具制造成本也比較低廉，在大型制件中有著非常好的適用性，并且采用這種方法制作的制品壁厚均勻，不受應力影響，自身原料利用率也非常高，可節(jié)省大量成本，因此近幾年在車身輕量化技術中有著廣泛的應用。但由于全塑車身本身的結構比較復雜，針對車身尺寸精確度有著非常樣的要求，整體模具設計有著相當的難度，一旦后續(xù)模具出現問題，相應付出的維修成本也比較高，基于此，為有效彌補這一缺陷問題，可采用一種全塑車身模塊化的旋塑模具設計方法，在具體應用過程中，針對實際車輛功能需求，將整體車身分為不同模塊，并制作出對應的模塊化工具，其通過模具架和夾緊裝置緊固，在脫模時，按照各自脫模方向依次脫模，可有效提升車身塑化成型效率，降低模具制作難度，有效滿足車身不同功能性需求的同時，更好的實現車身輕量化。

（三）汽車輕量化優(yōu)化設計關鍵技術

當下新能源汽車輕量化優(yōu)化設計技術包含多種，一是多學科輕量化技術，該技術顧名思義，包含多種學科領域，比如空氣動力學、人工工程學、控制工程等，單從車身結構來看，包含零部件、白車身、整車等不同層次的分析內容。比如整車分析，就包括靜剛度模態(tài)、碰撞安全、NVH（振動噪聲及聲振粗糙度）等多方面性能需求，以提升整體汽車輕量化設計水平。二是多目標輕量化優(yōu)化設計技術，該技術主要立足于存在互相矛盾的目標方案，對其進行統(tǒng)一的評價，以達到二者的平衡。比如在采用最新材料實現了新能源汽車優(yōu)化時，有可能選擇的材料成本較高，反而不利于新能源汽車整體生產效益提升，因此目標輕量化優(yōu)化設計技術主要作用是幫助做好上述兩者的平衡，避免在汽車輕量化設計時，一味專注輕量化，而忽略汽車其他性能，導致新能源汽車輕量化設計優(yōu)化失去了原本的意義。三是近似模型及尋優(yōu)算法，在制作新能源汽車輕量化設計方案時，通常會涉及到汽車不同方面的參數。例如在對多學科影響加以考慮分析時，針對不同學科，不僅有著各自的計算分析模型，包含的耦合變量也各不相同，因此需要花費大量精力進行模型優(yōu)化迭代，整個過程極為復雜，導致模型最優(yōu)解尋找效率低下。

四、總結

綜上所述，汽車自重問題一直是推動新能源汽車應用發(fā)展的一大瓶頸問題，汽車自重較重，會促使新能源汽車能耗明顯增加，不利于新能源汽車續(xù)航能力提升，因此在新能源汽車生產過程中，需要相關人員提供對輕量化技術的應用，有效降低汽車自重，從而更好的推動新能源汽車應用發(fā)展。