新能源汽車輕量化設計方案研究

王儷穎 廣西理工職業技術學校

隨著工業發展水平的提高，我國汽車產量和汽車保有量逐年增加，同時汽車的能耗和有害排放量也在逐年增加。在這種環境惡化、能源短缺的形勢下，研發新能源汽車成為降低能源消耗和環境污染的解決方法之一[1]。與傳統的燃料驅動汽車相比，新能源汽車的能源存在比能量和比功率較低的缺陷，這往往無法滿足汽車用戶對性能和續航的要求。同時新能源汽車內部的空間分布要求較高，因此降低新能源汽車的整車重量顯得尤為重要。

一、新能源汽車輕量化的關鍵技術

（一）集成化超輕新能源汽車

通過采用以半承載式全塑車身和相關的車身成型設備為主的關鍵技術，超輕型新能源汽車獲得了更為成熟和先進的電池和電機驅動能力。在新能源汽車輕量化設計流程中，全塑車身是必不可缺且非常重要的一環。為了實現車身輕量化這個目標，它的設計思路具有一體化、模塊化等特點，在實際應用中，能有效提高零部件的集成度，進而減少材料的消耗，降低生產成本。目前車身整備質量能降至850 kg（包括電池），與傳統的汽車相比，輕量化的效果是顯著的。

（二）復合材料車身

全塑車身的實現難點是旋塑成型工藝，其難度在于生產時需要多次添加材料。為此，全塑車身采用的是纖維增強微分發泡材料，并要求一次整體成型。在生產過程中采用此材料有兩個優點，其一是高分子復合材料的外觀造型更加美觀且輕量，其二是采用該材料后，各零部件數量和所需的額外加裝工序都能有效減少。這兩個優點不但能較為精準地控制車身的整體公差，還能節省車身組裝所需的時長[2]。

（三）集成化纖維增強熱塑性地板

熱塑性地板與塑料車身的鋁制框架之間含有通孔、孔槽和成型預埋金屬件，二者能相連，實現封閉的車身結構，這樣做的好處是能夠共同傳遞工作載荷，發生碰撞時能夠吸收和傳遞部分能量[3]。為了使新能源汽車更輕量化，集成化纖維增強熱塑性地板也是不可或缺的，所以塑化地板需要具有良好的高彎曲和高扭轉剛度特性。在專業精密設備旋塑成型的過程中，加入纖維塑性材料，并在橫縱雙方向上扭轉均勻加溫，確保加入的原料能夠熔融并均勻覆蓋在模具的表面，最后等待空氣冷卻或水冷卻模具后，開模就能得到集成化地板。

（四）大型全塑車身模塊化旋塑模具

旋塑，又名滾塑，是塑料成型中一個更先進和廣泛使用的方法，也是新能源汽車整個塑料車身所采用的主要工藝。其主要方法是熱塑性塑料中空成型，可有效降低模具制造成本，所需設備結構簡單，成品厚度均勻無應力，且原材料使用率也很高，這使得該工藝近年來發展迅速，并被運用到大型制件中。然而，全塑車身是一種整體模具，加工困難而且模具也需要高額的維護費，這無疑增加了全塑車身的制造成本。目前比較好的解決方案是在設計之初，根據新能源汽車車身的功能、位置和輪廓線，將車身分成模塊，分塊處理。將車體分為多個模塊化模具進行加工和脫模，是目前較為主流的大型復雜全塑車身模塊化的旋塑模具工作原理。

二、新能源汽車輕量化方案

（一）使用高強度材料和輕質材料

現階段，可以有效減輕汽車重量的新型材料主要有兩大類型：一種是高強度的材料，另一種是新型輕質材料。前者包括高強度鋼、高強度不銹鋼、結構鋼、高強度鑄鐵和粉末冶金等。后者則是一些質量輕、體積小和強度高的材料，如鎂合金、鋁合金、鈦合金、復合材料和塑料，以及金屬基復合材料、精細陶瓷、非金屬基復合材料等。

（二）優化設計、虛擬仿真和有限元分析

車身輕量化并不意味著盲目追求減輕車身的重量，而無視其他需要考慮的因素，例如車輛結構的安全系數便是其中一個非常重要的點。目前，由于新能源汽車制造仍是不成熟，還在探索中。因此許多安全標準和相關指標在國內外至今未形成統一意見，這就要求車企在新能源汽車輕量化的生產過程中，需要反復進行模擬仿真。而最為常用的汽車設計仿真軟件有ANSYS、CATTA、UG、ABAQUS 等，借助這些軟件，設計人員可以模擬仿真出車身的結構剛度、強度、疲勞性和碰撞結果。通過對得到的結果進行相關研究，車企可以對車身的設計進行優化，進而提高了新能源汽車的可靠性和安全性。

（三）采用激光拼接技術、熱壓成型技術與連接技術

激光拼焊板技術是一種現代加工工藝技術，可用于汽車組裝，包括對車身進行拼接。它基于成熟的激光焊接技術，能夠把厚度、材料不同的鋼材焊接成一個整板，再進行沖壓生產，能夠滿足零部件不同部位對材料不同的要求。通過研究和實驗可知，采用這種焊接技術在生產一臺汽車時，能有效減少總體零件數量，從而減輕車身重量。

三、結論

實現新能源汽車的輕量化，需要綜合考慮材料、設計和制造工藝等。事實上，新材料的應用離不開新加工制造技術的發展。新的設計理念必須伴隨著新材料、新工藝的發展和興起。汽車輕量化與材料、加工工藝和設計理念密切相關，三者相輔相成。本文在分析輕量化技術的基礎上，提出了新能源汽車輕量化的方案，以期為新能源汽車的輕量化提供一定的參考。