新能源汽车轻量化的关键技术

高健峰

上海亚大汽车塑料制品有限公司

新能源汽车轻量化的关键技术

高健峰

上海亚大汽车塑料制品有限公司

汽车轻量化的目标是在保证汽车强度和安全性能的前提下，科学地降低车身整备质量，从而提高汽车的动力利用率，减少能源消耗，降低环境污染，因此进一步加强对其的研究非常有必要。采用高性能钢、铝镁合金、碳纤维增强复合材料等轻质材料是目前汽车工业轻量化最成熟的途径，材料利用与结构设计需要结合起来，解决异种材料之间的连接技术才能最大力度发挥材料的结构和性能优势，保证汽车性能和安全性的条件下实现轻量化的目标。基于此本文分析了新能源汽车轻量化的关键技术。

新能源；汽车轻量化；关键技术

1、轻量化的概念

汽车轻量化是一个完整的概念，是指汽车在保持原有的行驶安全性、耐撞性、抗震性以及舒适性等性能不降低，及汽车本身造价不被提高的前提下，有目标地减轻汽车自身的重量。汽车轻量化的概念应从以下三个方面来阐明。首先是对于已有的功能可满足要求的汽车，轻量化是降低重量而保持原功能不变，其轻量化的效果是直接减重。其次是现有功能尚不能全部满足要求或需要提升的汽车，轻量化是完善功能而保持质量不变，如改进汽车的动力学性能、操纵稳定性、噪声从及提高汽车的刚度和安全性等。第三是汽车轻量化既要提高和改进性能，同时也使汽车减重。汽车的轻量化的设计实际上是功能改进，质量降低，结构优化和合理价格的结合。

2、新能源汽车轻量化的重要作用

轻量化是目前汽车实现节能减排的最有效措施，是汽车工业追求健康可持续发展的必经趋势。数据显示，汽车的整体质量每降低10%，油耗可降低6%～8%，与此同时，汽车减重不见减少油耗，也减少了大气中CO2的排放量，车重每减少50%，CO2的排放量就会减少13%，同时也减少了其他有害物质的排放，如，氮化物、硫化物等，对提高环境的质量也起到了很大的作用。在传统燃油车轻量化技术研究与发展的基础上，新能源汽车的轻量化可以提高动力性，能够有效解决续航能力不足，更能平衡轻量化材料导致的成本上升，带动轻量化的规模，从而推动新能源汽车消费市场的扩大。

3、新能源汽车轻量化的关键技术

3.1 集成化超轻新能源汽车

超轻型新能源汽车采用成熟的电池和电机驱动技术，其关键技术主要体现在半承载式全塑车身以及车身成型设备的开发。全塑车身设计是新能源汽车轻量化设计的重要组成部分，全塑车身的设计是一个一体化、模块化、整体式的设计思路，同时实现功能与零部件的高度集成，从而减少零部件的数量，降低生产成本，实现车身轻量化的目标。超轻新能源汽车主要由驱动电池单元、行驶系统、转向系统、铝制车身框架、复合材料车身、塑化地板等组成，目前车身整备质量为850kg(包括电池)。超轻新能源汽车具体结构如图1所示。

3.2 集成化纤维增强热塑性地板

热塑性地板与塑料车身和铝制框架通过通孔、孔槽和成型预埋金属件实现热塑性地板与塑料车身和铝制框架的连接，构成封闭的车身结构，共同传递工作载荷，并吸收和传递部分碰撞能量。

集成化纤维增强热塑性地板是通过旋塑成型设备精密成型，加入纤维增强微分发泡材料，利用纵向、横向双轴带动模具旋转加热，使材料逐渐加热熔融并均匀涂覆于模具表面，通过空冷或水冷工艺冷却模具，最后开模实现集成化地板。超轻新能源汽车集成塑化地板总成如图2所示。

3.3 复合材料车身

全塑车身的成型工艺是旋塑成型工艺，采用多次加料工艺，实现车身“实心+发泡+实心”的三明治强化效果。该车身为一次整体成型，采用的材料是纤维增强微分发泡材料，其优势在于:1)高分子复合材料相比金属材料，具有更好的产品设计自由度，以实现车身复杂的外观造型;2)减少在生产过程的各零部件数量和额外加装工序，保证车身的整体公差，节省新能源汽车组装时间。

此外，在全塑车身的设计中，必须保证车辆发生碰撞时尽可能地减少对行人和乘员的伤害。通过对全塑车身按照新能源汽车碰撞标准体系进行碰撞模拟分析，显示，车身发生了大的塑性变形，车身座舱发生较大侵入的缺陷。全塑车身碰撞模拟分析结果如图3所示。

图1 超轻型新能源汽车结构

图2 超轻新能源汽车集成塑化地板总成

图3 全塑车身碰撞模拟分析示意图

4、轻量化技术趋势

汽车轻量化实质上就是零部件轻量化。采用锻造铝合金车轮，可以很大程度减轻车的自重。不仅如此，由于铝合金材料具有散热好和防止轮胎橡胶老化的特点，装上锻造铝合金车轮的卡车、客车、挂车可节省26%的轮胎消耗。

汽车轻量化的两个主要途径汽车轻量化是在保证安全性、满足性能和使用要求的前提下，将轻量化设计技术、轻量化材料和轻量化制造技术的综合运用。实现轻量化有两个途径：一是通过整车和零部件优化结构设计，如除去零部件多余部分（薄壁化、中空化），减少零件数量，设计全新结构等；二是优化材料设计，两种做法相辅相成使车身合理变轻，从而更有益于整车的燃油经济性、车辆控制的稳定性和碰撞的安全性。

轻量化材料指可用来减轻汽车自重的材料，主要有两类：一类是低密度的轻质材料，如铝合金、镁合金、钛合金、塑料和复合材料等，主要用於发动机缸体、方向盘骨架等非结构件；另一类是高强度材料如高强度钢，主要用於降低钢板厚度，用在以下三种主要零部件上：外覆盖件（如四门两盖）、白车身、悬挂件（如发动机支架、副车架等）。各大汽车公司都已经将采用上述轻量化材料的多少作为衡量汽车生产技术和新材料开发水平是否领先的重要标志。

总之，汽车轻量化的目标是在保证汽车强度和安全性能的前提下，科学地降低车身整备质量，从而提高汽车的动力利用率，减少能源消耗，降低环境污染，因此进一步加强对其的研究非常有必要。

[1]朱海霞.轻量化材料是绿色汽车的关键核心技术[J].汽车与配件，2013，02:4.

[2]吕鹏辉，陆科，叶茂，成英，钟永恒.我国新能源汽车及其轻量化材料科技成果计量分析[J].现代情报，2011，07:93-97.