新能源汽車輕量化技術(shù)路線和應(yīng)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(shù)涉及汽車輕質(zhì)材料應(yīng)用、設(shè)計開發(fā)技術(shù)、工藝制造技術(shù)等多個學(xué)科，需要多產(chǎn)業(yè)的聯(lián)合突破。汽車輕量化產(chǎn)業(yè)鏈的形成將帶動整個相關(guān)的零部件產(chǎn)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(shù)的戰(zhàn)略意義

從國際上看，歐美日韓政府制定了相關(guān)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(shù)路線和法規(guī)，對汽車輕量化技術(shù)投入大量的科研經(jīng)費(fèi)和前瞻性研究。先進(jìn)輕量化技術(shù)在上述市場應(yīng)用非常普遍，寶馬、奧迪和大眾等國際汽車品牌正引領(lǐng)輕量化技術(shù)發(fā)展。從國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)劃來看，中國制造2025規(guī)劃了重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線圖對汽車輕量化做了重要規(guī)劃和思路建設(shè)。汽車輕量化技術(shù)路線圖和新能源汽車技術(shù)路線圖明確我國汽車輕量化技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，并根據(jù)我國汽車行業(yè)自身的現(xiàn)狀及特點(diǎn)，制定出具有引領(lǐng)性、指導(dǎo)性以及戰(zhàn)略性的規(guī)劃和可實現(xiàn)的科學(xué)的輕量化技術(shù)發(fā)展途徑。

二、新能源汽車與輕量化技術(shù)

新能源汽車是指采用非常規(guī)能源作為動力驅(qū)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(qū)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(qū)動力;三是燃料電池電動車，由燃料電池為汽車提供驅(qū)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(yùn)行。

汽車輕量化技術(shù)主要應(yīng)用于“車身減重”，通過采用一些質(zhì)量較輕的新型合金材料，加強(qiáng)設(shè)計提升汽車結(jié)構(gòu)的合理性，從而達(dá)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(jù)相關(guān)資料數(shù)據(jù)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(qiáng)輕量化技術(shù)應(yīng)用對于新能源汽車應(yīng)用推廣具有非常重要的作用。

三、新能源汽車輕量化關(guān)鍵技術(shù)分析

（一）汽車鋁合金沖壓技術(shù)

當(dāng)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(qiáng)、鎂元素含量高的6000系列;鎂鋁合金5000系列?；诓煌暮辖鸩牧?，應(yīng)用于汽車不同構(gòu)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(jié)構(gòu)功能性發(fā)揮，又能夠降低車身重量。鋁合金沖壓技術(shù)實施過程非常復(fù)雜，需要基于不同需求做好沖壓件設(shè)計，主要采用的是CAE軟件（Computer Aided Engineering）來實現(xiàn)，從而保證車身沖壓穩(wěn)定性。在應(yīng)用該沖壓技術(shù)時還應(yīng)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(chǎn)品是否對應(yīng)，做好模具檢查;嚴(yán)格按照沖壓工藝作業(yè)指導(dǎo)書工序要求，做好沖壓工作，并針對每道工序產(chǎn)出的產(chǎn)品，與規(guī)范樣品進(jìn)行對比;在第一件沖壓產(chǎn)品完成后，需要根據(jù)沖壓工藝作業(yè)指導(dǎo)書，利用三坐標(biāo)對產(chǎn)品做好檢查，記錄檢查結(jié)果，確認(rèn)產(chǎn)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(chǎn)品貼膜去除掉，并檢查產(chǎn)品外觀，在確保無誤后，放入專用盛具內(nèi)，掛上檢驗合格標(biāo)簽。

（二）車身旋塑成型技術(shù)

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(shè)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(yīng)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(shù)中有著廣泛的應(yīng)用。但由于全塑車身本身的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，針對車身尺寸精確度有著非常樣的要求，整體模具設(shè)計有著相當(dāng)?shù)碾y度，一旦后續(xù)模具出現(xiàn)問題，相應(yīng)付出的維修成本也比較高，基于此，為有效彌補(bǔ)這一缺陷問題，可采用一種全塑車身模塊化的旋塑模具設(shè)計方法，在具體應(yīng)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(yīng)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(xiàn)車身輕量化。

（三）汽車輕量化優(yōu)化設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

當(dāng)下新能源汽車輕量化優(yōu)化設(shè)計技術(shù)包含多種，一是多學(xué)科輕量化技術(shù)，該技術(shù)顧名思義，包含多種學(xué)科領(lǐng)域，比如空氣動力學(xué)、人工工程學(xué)、控制工程等，單從車身結(jié)構(gòu)來看，包含零部件、白車身、整車等不同層次的分析內(nèi)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(shè)計水平。二是多目標(biāo)輕量化優(yōu)化設(shè)計技術(shù)，該技術(shù)主要立足于存在互相矛盾的目標(biāo)方案，對其進(jìn)行統(tǒng)一的評價，以達(dá)到二者的平衡。比如在采用最新材料實現(xiàn)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(chǎn)效益提升，因此目標(biāo)輕量化優(yōu)化設(shè)計技術(shù)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(shè)計時，一味專注輕量化，而忽略汽車其他性能，導(dǎo)致新能源汽車輕量化設(shè)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(shè)計方案時，通常會涉及到汽車不同方面的參數(shù)。例如在對多學(xué)科影響加以考慮分析時，針對不同學(xué)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(fèi)大量精力進(jìn)行模型優(yōu)化迭代，整個過程極為復(fù)雜，導(dǎo)致模型最優(yōu)解尋找效率低下。

四、總結(jié)

綜上所述，汽車自重問題一直是推動新能源汽車應(yīng)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?yán)m(xù)航能力提升，因此在新能源汽車生產(chǎn)過程中，需要相關(guān)人員提供對輕量化技術(shù)的應(yīng)用，有效降低汽車自重，從而更好的推動新能源汽車應(yīng)用發(fā)展。