新能源客车轻量化技术路径的研究

乔俊叁

（湖南 常德 415000）

引言

现如今，新能源客车发展中，需要面对较多的挑战，尤其是安全以及节能等，采取客车轻量化，从能耗降低方面来讲，属于一项行之有效的举措。对于轻量化技术而言，指在符合产品功能、充分把控成本的基础上，从以下两个方面达到客车轻量化的目的，一是结构的改进设计，二是应用新材料，减轻整车重量，切实增加发动机效率，降低尾气排放，尽可能不对环境造成污染，这属于社会发展的必然趋势。

一、实现轻量化的意义

基于节能以及环保的背景，人们更加关注新能源客车，其属于一种新的产品，在开发上得到各大客车公司的青睐，尤其是宇通等客车公司，积极引入好的技术，同时坚持自主研发，促使客车取得了较大的进步。关于新能源客车，结合其销量来分析，已达到了领先的水平。如今的行业领域，新能源客车是各大客车公司竞争的关键点。实际上，客车还面对着一系列问题，即：整车较重，续驶里程不够长。在一些欧美国家中，关于轻量化结构设计，常常采取这样的方式，也就是针对钢框架以及电焊夹层，把两种结构实行组合，不但能够实现轻量化的目的，获取良好的节能效果，而且可以很好提高续驶里程[1]。现阶段，就国内电动车来看，其车身结构的设计，一般是根据原燃油汽车结构开展优化，把动力源变成电池组以及电机组合，基于原有客车车身结构的运用，能够对总体布局进行适当的调整。但是针对纯电动客车而言，其新能源动力电池总成，以及电机总重量为客车质量的30%上下，可以认为电动客车质量要超过原有客车的主要部分，比如12 米长电动客车，它的整备质量一般都会提升2 吨至3 吨，针对续驶里程的电动客车来说，就显得非常吃力。另外，就纯电动客车而言，它借助的是原有客车结构布置，这将很难充分发挥之前的设计及布置优势，无法通过最优的结构布局来展示它的最佳性能。但是根据现阶段的技术水平，想要在短时间内解决该问题，存在非常大的困难。因为新能源客车实际进行行驶时，其消耗的能量会跟随质量的提高而变高，由此，需对新能源客车开展轻量化设计，有效减少它的整备质量，这是全面减少使用成本，增加续驶里程的最好方式。若是纯电动客车可以确保载客量，但是却没有开展轻量化设计，那么它的续驶里程将不能达到200 公里以上，因此，将其同普通燃油客车进行对比，对其开展轻量化设计就显得尤为关键。

二、轻量化材料技术与运用

（一）高强钢

高强钢存在一系列优势，比如强度理想，通过借助高强钢板料，能够沿用原有装置，降低很多费用，所以在客车方面，这一材料得到了大力推广。现如今在客车上，往往会选用BH 钢、硼钢（图1）等。以碰撞的层面，分析了高强钢机理，基于一样的吸能效果，实现了轻量化目的[2]。根据车身结构改进，再加上复合材料运用，实现了减重35%。结合碰撞规律，制定了分布运用方案，局部借助了热轧钢，由此改进板厚尺寸，在改进之后，车身骨架减重138 千克。国内某公司选用高强钢，生产出轻量化公交车，减重率达到13%。

（二）铝合金

铝材资源相对广泛，同时存在诸多的优势，即：能够实现可再生利用、相对轻及耐腐蚀能力理想等。在车身上，一般会运用变形铝合金，其中包含多种系列，比如AL-Mg 系，有着相对强的耐腐蚀能力，能够运用在门窗型材；对于AL-Mg-Si 系，其强度相对可观，往往用在骨架立柱。大家熟悉的奥迪轿车，为全铝车身，减重了30%至50%，本田车身，用铝量有162 千克，与钢车身进行对比，减重大概有40%。

（三）镁合金

这属于一种绿色结构材料，有着较小的密度，而且所需成本较少。不过该材料也有着不足，具体而言，塑性相对差，耐腐蚀能力不够强，在和钢件连接时，应该增加隔层，基于此，应用并不是很广泛。运用于车身结构的镁合金，一般包含以下两种，也就是锻造、铸造镁合金，前者运用在客车非结构件，后者则用于结构件，比如座椅骨架[3]。

三、新能源客车轻量化技术路径的研究

基于节能减排战略的落实，现阶段，我国大部分客车厂家，都开始强化新能源客车的生产及研发工作。对于新能源汽车的生产来说，轻量化技术是非常关键的技术，有助于全面增加发动机效率，降低汽车尾气的排放，有效落实节能减排工作，在这些方面发挥着关键作用。关于客车轻量化路径，本文主要从车身轻量化、底盘轻量化技术途径、燃料电池轻量化等方面进行探讨，希望能为有关人员提供参考。

（一）车身轻量化

1.座椅。座椅一般借助轻量化材料，再加之结构改进设计，进而达到轻量化的目的。现如今，可供选用的轻量化材料有很多，比如镁合金，此次所研究的客车，把座椅骨架，替换成镁合金，能够减重1.2 千克每个，这样46 个座椅，就能够减重55.2 千克每车。通过组合的背靠结构，确保骨架的强度以及刚度等，由此实现了座椅的减重。对于靠背框管结构，应该存在较好的刚度与强度，借助镁合金挤压管材，采取弯曲工艺就能够获取；通过结构胶粘接，这样可以避免形成腐蚀问题；借助管式头枕装置支架，且和框管实行缝焊。

2.风窗玻璃。其属于关键的外观零件，需要提供较好的视野，当碰上事故时，需要保护人们不被伤害。对于前风窗玻璃来讲，一般是夹层玻璃，剩下的常常是钢化玻璃，当被冲击破碎时，不会给乘客带来较大的伤害，存在理想的安全性能，也就是大家熟悉的安全玻璃。相比于整车质量，玻璃约占3%，属于轻量化的成分。基于造型的确定，通常存在两个因素，可能对玻璃质量造成影响，也就是料厚以及密度，基于此，不对功能与工艺造成影响的基础上，借助结构改进，引入新的材料，来实现轻量化。对于PC 来讲，其属于热塑性材料，韧性相对理想，存在较强的耐冲击能力，如果应用PC，其密度是1.2 克每立方厘米，会显著减轻风窗玻璃的重量。此次所分析的客车，针对侧窗玻璃，把其替换成树脂玻璃，能够减重170 千克每车，减重率达到二分之一。

（二）底盘轻量化技术途径

1.底盘轻量化。客车底盘一般包含较多的系统，比如转向以及行驶系统。因为不同结构有着一定差异，所以轻量化方式也不一样。在对底盘进行设计时，需要确保其存在较好的强度、较强的耐久性能，就底盘而言，一般实施材料轻量化方式，另外能够通过选型以及配置，从而达到轻量化目的。

2.悬架系统轻量化。根据级别的差异，可以将该系统分成多种结构形式，比如大家熟悉的空气弹簧悬架，基于一样的性能以及寿命，相比于多片弹簧悬架，采取少片的，大概能够比其多减重30%；相比于多片的，选取空气弹簧悬架，大概能够比其多减重二分之一，与钢板弹簧进行比较，空气弹簧有着更长的寿命，不过要设计适量拉杆，以便能够有效承受载荷；对于多片弹簧来讲，其结构并不复杂，技术较为理想，而且便于进行改装，所以被大力推广于中、低端客车。

3.制动系统轻量化。一般情况下，会选取鼓式制动器，将其看成行车制动器，现如今，为降低结构重量，确保客车性能，部分车型选择全盘制动系统，通过借助盘式制动器，能够获取可观的减重效果，在性能一样的条件下，相比于鼓式的，采用盘式制动器，能够减重25%上下，此次所分析的新能源客车，在替换成盘式制动器之后，一个能够减重24 千克，这样整车能够减重96 千克。另一方面，选取钢铝混合材料，能够显著减轻制动盘的重量。

（三）燃料电池轻量化

针对燃料电池车，根据驱动形式的不同，一般可以分成以下两种，也就是燃料电池、混合驱动。根据动力源，又可以将后者分成多种，比如燃料电池+蓄电池。根据电池功率的不同，可以分成功率以及能量混合型。1.对于燃料电池来讲，其属于单一动力源，通过DCDC 促使电机驱动，从而实现整车的行驶，结构并不复杂，不过所需成本较大，因为属于唯一动力源，故而在电池性能与稳定方面，有着较为严格的要求，难以开展制动能量回收。2.无论是燃料电池，还是蓄电池，都属于动力源，在DCDC 带动之下，促使整车行驶，通过蓄电池，也能够驱动行驶，实行能量回收，同时用在一些部件作业，气体加湿。这一构型减少了成本，能够达到回收能量的目的，然而，促使了系统更为复杂，且提高了维护费用。3.不管是燃料电池，还是超级电容，均属于动力源，在DCDC 驱使之下推动车辆运行，和蓄电池进行比较，超级电容有着一系列的优势，即：使用年限较长、效率相对理想，同时所需投入较少，不过因为其容量并不大，所以能量回收较为有限。4.燃料电池通过DCDC 带动，促使车辆运行，和上述构型进行对比，通过超级电容，能够提供尖峰电流，降低蓄电池负担，提高其使用年限，不过较为复杂，不易进行控制。对此，建议根据自身的需求，对上述方式进行优化选择，保证选择合理。

结论

伴随科技的持续进步，轻量化材料的大力推广，再加之结构改进设计理论的发展，使得在汽车方面，好的生产技术、先进的分析方式获得了持续运用，轻量化技术获得了较大的进步。新能源客车中，通过引入轻量化技术，可以促使发动机更为可靠与安全，在减少油耗的同时，也能够降低废气排放，基于此，应该持续强化对该项技术的研究，以便能够持续提升客车性能。