淺析電動汽車輕量化技術(shù)途徑

白有俊

摘 要：電動汽車隨著政策支持和市場需求發(fā)展越來越迅速，本文簡介了電動汽車輕量化的要求，詳細(xì)敘述了整車設(shè)計、車身覆蓋件、底盤、電池、電器等輕量化技術(shù)途徑，期待電動汽車輕量化進(jìn)一步發(fā)展，為可持續(xù)發(fā)展、節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境增加力量。

關(guān)鍵詞：電動汽車;輕量化;技術(shù);途徑

近幾年，很多國家已經(jīng)明確禁售燃油車時間，部分汽車制造企業(yè)也計劃逐步停止停止燃油車的研發(fā)與銷售，大力發(fā)展純電動汽車。汽車電動化發(fā)展已經(jīng)是大勢所趨，然而電動汽車目前也存在續(xù)航里程短等問題。電動汽車輕量化可使續(xù)駛里程增加，減少電池充電次數(shù)[1]。因此電動汽車輕量化發(fā)展是一個研究方向。

1 電動汽車輕量化的要求

電動汽車輕量化首先要以安全性能為基礎(chǔ)，并達(dá)到一定的強度;同時汽車輕量化技術(shù)指的是利用現(xiàn)代化的設(shè)計手段，在保持原有的行駛安全性、耐撞性、抗震性以及舒適性等性能不降低的前提下，通過對汽車結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計、對材料的對比選擇，以此確保汽車本身造價不提高而降低汽車產(chǎn)品的重量，達(dá)到環(huán)保、節(jié)能、減耗等目的。由此看出，汽車輕量化不僅僅表現(xiàn)在重量的減少上，還表現(xiàn)在功能的多樣和能源的節(jié)約上。[2]

2 電動汽車輕量化技術(shù)途徑

2.1 整車設(shè)計輕量化

通過市場調(diào)研對市場需求多樣性和購買者行為的差異性，把電動汽車的整體市場進(jìn)行市場細(xì)分[3]。對小型電動汽車縮短長度和高度，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。目前由于汽車保有量增加，造成交通擁堵以及停車難等問題，所以微小型電動汽車可以緩解以上問題。對越野型電動汽車可采用可逆作用的電動機在制動時進(jìn)行能量回收等有效途徑。

通過目前比較發(fā)達(dá)的軟件優(yōu)化開發(fā)設(shè)計，對電動汽車動力電池管理系統(tǒng)、能量回收系統(tǒng)等電控單元進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計研究，例如設(shè)計出車輛上使用的空調(diào)電機和轉(zhuǎn)向電機等集約共用機，通過電控單元程序優(yōu)化開發(fā)設(shè)計，進(jìn)一步減少能量損失，同時又能夠使得整車重量減少。

2.2 車身覆蓋件輕量化

電動汽車的車身輕量化的研究重點在于新材料的應(yīng)用及模具設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計與相應(yīng)的制造工藝上面。當(dāng)前的低密度、高強度的輕質(zhì)車身有很多材料，但最合適的就是復(fù)合型材料。目前主要有以下幾種車身：一是鋁合金車身，鋁合金車身具有可回收、安全性高、質(zhì)量輕的特點。二是高強度鋼車身，雖然這種材料的車身可以有效降低鋼板厚度，進(jìn)而減輕車身質(zhì)量，從而達(dá)到電動汽車輕量化的目的。三是改性塑料車身，這種車身比金屬車身更具技術(shù)性與市場優(yōu)勢。四是碳纖維增強復(fù)合材料車身，這種車身具有強度大、質(zhì)量輕的優(yōu)點[4]。圖1為電動汽車車身覆蓋件組成。由圖可見車身覆蓋件輕量化研究具有較大的意義。

2.3 底盤輕量化

底盤輕量化可以在新材料、新構(gòu)架上進(jìn)行研究。車用高性能鋼板、鋁合金等已在汽車行業(yè)受到廣泛應(yīng)用。[5]新型的鎂鋁合金等輕量化底盤也都在開發(fā)中。采用新型的鑄造鋁、鍛鋁的輕型下擺臂、轉(zhuǎn)向節(jié)等。還可以從合并應(yīng)用汽車部件上進(jìn)行研究，例如把電機合并在輪轂上，開發(fā)電腦控制程序，從而不再采用用差速器和驅(qū)動半軸，同時又能滿足汽車轉(zhuǎn)向和行駛功用。目前堡敦（天津）機電有限公司已經(jīng)研制出ProteanDRIVE18輪轂電機（見圖2）。[6]汽車輪轂采用鍛造鋁合金將會比鑄造鋁合金輪轂減重15%、采用鍛造鎂合金將減重27.75%、采用碳纖維材料將會減重42.2%。[7]但是這幾種材料的制造成本高制約著使用普及率，進(jìn)一步研究出成本低、易生產(chǎn)的新型材料也是廣大車企和研究機構(gòu)探索的方向。

2.4 電池輕量化

電池是電動汽車的關(guān)鍵核心部件，電池的能量密度影響著車輛的續(xù)航里程、使用性能，電池過重將嚴(yán)重降低汽車的續(xù)航里程，因此電池的輕量化也是很有必要的。電池的輕量化主要是在以下方面：研究新型電池：目前主要有鋰電池、三元電池、燃料電池等;減輕電池系統(tǒng)配件重量，也主要是采用鋁合金材料、高強度鋼材料、復(fù)合材料來減輕配件重量;優(yōu)化電池系統(tǒng)設(shè)計。[8]

2.5 電器輕量化

電動汽車上是使用的電器設(shè)備進(jìn)一步輕量化。開發(fā)使用平板電腦的多媒體一體機取代原來的導(dǎo)航影像一體機，由于自身攜帶GPS模塊，不再采用老式A柱GPS模塊，倒車?yán)走_(dá)和倒車影像不再使用線束連接，使用藍(lán)牙或WIFI技術(shù)連接，在進(jìn)一步輕量化的同時更加便捷和智能化?？照{(diào)壓縮機的電機進(jìn)一步減重或者采用共用電機，例如冷凝器風(fēng)扇電機和空調(diào)壓縮機電機共用增加控制編程，從而減少一個電機，輕量化的同時也節(jié)約電動汽車制造成本。減少優(yōu)化全車線束，多使用CAN線連接控制。燈光采用先進(jìn)的LED或激光燈，降低重量還能減少電能消耗。

2.6 先進(jìn)輕量化工藝

先進(jìn)的輕量化工藝主要有以下幾種：新型焊接、粘接與鉚接工藝，新型合金制造工藝、新型復(fù)合材料制造工藝等等。

2.7 研發(fā)輕量化材料

目前各大汽車制造企業(yè)、材料公司都在研發(fā)新型輕量化材料，從汽車覆蓋件、底盤構(gòu)件等都在研發(fā)新型材料，

3 結(jié)束語

隨著社會的發(fā)展需求，多個國家政府都制定傳統(tǒng)燃油車禁售的時間表，電動汽車是未來發(fā)展的方向，電動汽車的輕量化和集約節(jié)排，會為保護(hù)環(huán)境做出貢獻(xiàn)。

基金項目：海南省自然科學(xué)基金項目資助，項目編號：518QN256。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐建全，楊沿平，唐杰等.純電動汽車與燃油汽車輕量化效果的對比分析[J].汽車工程.2012（06）：540-543.

[2]陳俊.汽車輕量化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及其實施途徑研究[J].花炮科技與市場.2018（04）：200.

[3]李磊，魏彤光，張賀.汽車及配件營銷[M].北京：北京理工大學(xué)出版社.2014（08）：87-88.

[4]白俊濤.電動汽車輕量化技術(shù)[J]. 南方農(nóng)機.2015（12）：37轉(zhuǎn)42.

[5]孔祥剛，劉陽.汽車底盤輕量化及應(yīng)用[J]. 中小企業(yè)管理與科技.2016（06）：174-175.

[6]王凌方.Protean PD18輪轂電機在天津正式下線[N].光明日報，2017-05-03（1）.

[7]牛妍妍.新能源客車輕量化技術(shù)路徑研究[D].長春：吉林大學(xué)，2016.

[8]程萍，程鳳.動力電池系統(tǒng)輕量化技術(shù)綜述[J].電源技術(shù).2019（01）：171-173.

[9]王軍年. 電動輪獨立驅(qū)動汽車差動助力轉(zhuǎn)向技術(shù)研究[D].長春：吉林大學(xué)，2009.