芻議新能源汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)

劉鋒

摘 要：隨著我國經(jīng)濟與科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)如今為了減少汽車的污染，新能源汽車進入了市場，而進一步的減排措施就是汽車輕量化目標(biāo)的發(fā)展，但是其中的關(guān)鍵技術(shù)也是需要重視的。根據(jù)相關(guān)的證明，利用汽車輕量化技術(shù)中的纖維增強熱塑性材料進行新能源汽車的構(gòu)造，不僅可以降低車輛的重量，而且也能提高整個汽車的質(zhì)量，加上電池和性能的改造，這樣一來就極大地提高汽車的整體穩(wěn)定性和科技性能。本文從集成化超輕新能源汽車、復(fù)合材料的車身、集成纖維增強熱塑性地板以及大型全塑車身模塊化旋塑模具這幾個方面展開討論，并對新能源汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)提出了個人的見解。

關(guān)鍵詞：新能源汽車 輕量化 關(guān)鍵技術(shù)

1 引言

汽車輕量化的發(fā)展主要是為了保證汽車自身的質(zhì)量和安全性能，從汽車的動力、節(jié)約減排以及降低污染等角度上作為出發(fā)點，以此來研發(fā)其中的關(guān)鍵技術(shù)。目前為止，汽車輕量化主要是從材料的設(shè)計、構(gòu)造的設(shè)計以及功能的設(shè)計等角度去研發(fā)。另外，新能源汽車目前必須要根據(jù)人們消費觀念去分析，以動力和系統(tǒng)這兩個方面作為突破口，這樣才能讓人們更加滿意，從而設(shè)計出極具現(xiàn)代化的新能源汽車類型。慕尼黑科技大學(xué)的教授在對輕量化新能源汽車的研發(fā)上提出了采用SABIC和新型的PC材料來降低汽車的整體重量并提高質(zhì)量。而德國的高校也研發(fā)出了以純電動為基礎(chǔ)的INECO概念的新能源汽車，主要是以復(fù)合材料為主，整個汽車的重量還不到900千克。我國北京化工大學(xué)的實驗室從高分子材料作為突破口，將復(fù)合材料引入車身進行輕量化研究，然后是對于車身的設(shè)計工藝技術(shù)也從全塑形為研究方向，這樣就能夠提高汽車的整體效果[1]。

2 集成化超輕新能源汽車

超輕的新能源汽車所采用的電池和發(fā)電機技術(shù)已經(jīng)非常成熟，其中的關(guān)鍵技術(shù)主要是利用半承載式的全塑車身和一些已經(jīng)擁有的設(shè)備設(shè)計開發(fā)。全塑的車身在新能源汽車的輕量化設(shè)計當(dāng)中十分重要，也是基礎(chǔ)的組成結(jié)構(gòu)，和傳統(tǒng)的汽車車身相比，全塑身的設(shè)計主要講究的是一體化和模塊化的思路設(shè)計，而且新能源汽車當(dāng)中的各部分功能和零件也都是高科技，這樣做的直接效果就是能夠盡可能地減少汽車當(dāng)中的零件組成，然后有效地降低生產(chǎn)成本，這樣也就符合了輕量化的設(shè)計目標(biāo)。而超輕的新能源汽車在對于電池、行駛系統(tǒng)以及復(fù)合材料的車身等組成上，基本上就會把整個車身的質(zhì)量控制在了850千克左右[2]。

3 復(fù)合材料的車身

對于全塑身的新能源汽車工藝體現(xiàn)的是旋塑成型方式，其中也經(jīng)過了多次的加料，這樣就能實現(xiàn)車身的實心、發(fā)泡以及實心相結(jié)合的效果，也被稱之為三明治。這種新能源汽車的車身屬于一體化成型，所采用的材料基本上都是一些纖維增強的微發(fā)泡材料，主要的優(yōu)勢是能夠?qū)⒁恍└叻肿拥牟牧咸鎿Q掉金屬材料，這樣在產(chǎn)品設(shè)計的時候就會更加的靈活，并且在塑造外形的時候也更加輕便。尤其是后期對零部件的加工和安裝的時候，整個車身都不會太過復(fù)雜，不僅能夠減少安裝的時間，而且也能夠科學(xué)有效的降低成本投入。除此之外，在全塑車身的設(shè)計過程當(dāng)中，安全性能是最為重要的，因為在汽車行駛的過程當(dāng)中如果出現(xiàn)了碰撞的話，無論是駕駛員還是乘客都或多或少會受到傷害。所以說對于全塑的車身在新能源汽車設(shè)計中實施碰撞的模擬分析，這樣就會發(fā)現(xiàn)在碰撞下車身發(fā)生了很大程度上的變形，所以說在復(fù)合材料的選擇上，最好是用合金6000系列的鋁制為汽車的車身框架，然后結(jié)合復(fù)合材料完成車身的組合。因為鋁制的材料所構(gòu)成的框架是相對來說比較堅硬的，而且還有著很強的延展性，這樣一來在面對變形的時候可以更有效地保證駕駛員和乘客的安全。而且在使用纖維來豐富車身構(gòu)造的時候也能夠有著明顯的回彈效果，當(dāng)汽車處于低速行駛的時候發(fā)生碰撞那么纖維車身就會逐漸自我修復(fù)。總體來說復(fù)合材料的使用使得新能源汽車實現(xiàn)了優(yōu)勢與缺陷的一種互補效果，這對于未來新能源汽車的發(fā)展趨勢而言是比較可觀的[3]。

4 集成纖維增強熱塑性地板

熱塑性的底板和塑料車身以及鋁制的車身框架加在一起，并利用穿孔的效果將這三個結(jié)構(gòu)有機連接到一起，這樣就能形成一個相對封閉的汽車框架。當(dāng)汽車行駛的時候會產(chǎn)生負(fù)荷，三個結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)平攤，就算遇到了碰撞也能互相吸收能量。而且為了讓塑化的底板能夠在彎曲和扭轉(zhuǎn)的程度上具有剛度特性，塑化的底板結(jié)構(gòu)就必須要使用纖維來增強效果，然后在中央隧道的結(jié)構(gòu)上利用循序漸進纖維式的結(jié)構(gòu)來支撐其地板。集成化纖維增強熱塑性地板是通過旋塑成型的設(shè)備在精密的設(shè)計下才構(gòu)建出模型的，當(dāng)加入纖維來增強其中材料橫縱向雙軸模具的時候會出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)加熱，這樣材料就會逐漸地在加熱基礎(chǔ)上持續(xù)融化然后覆蓋到模具上面，再利用冷水的工藝來冷卻模具，這樣就能實現(xiàn)地板的集成化，而新能源汽車的集成化纖維技術(shù)也因此成型。

5 大型全塑車身模塊化旋塑模具

新能源汽車在全塑身的設(shè)計當(dāng)中使用的基本上都是旋塑成型工藝，它在塑料成型工藝當(dāng)中的一種，主要是通過熱塑性的材料完成加工，其中的設(shè)備結(jié)構(gòu)相對簡單，而且在模具的制造上并不用投入太高的成本，相對來說比較適合那些大制作。另外，它還有著原料使用效率高的優(yōu)點，目前在新能源汽車的全塑身模塊構(gòu)建上有著很可觀的發(fā)展效果。但不得不考慮的一個問題是，全塑身的新能源汽車在結(jié)構(gòu)上是非常復(fù)雜的，而且對于各結(jié)構(gòu)上的尺寸要求非常嚴(yán)格，在構(gòu)建的時候需要十分精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，再加上模具的設(shè)計和加工以及維修成本較高的前提下，這樣一來就會給工作帶來非常大的困境。基于此，根據(jù)一些文獻和實踐的證明下對于全塑身的新能源汽車模塊化的旋塑模具設(shè)計可以從汽車自身的功能、車身輪廓以及位置等元素基礎(chǔ)上分成不同的模塊，然后在模具構(gòu)建的時候可以將其形成一個整體然后設(shè)計出模型，這樣的話就能夠促進施工工藝的合理化效果。而且通過這種模塊化的設(shè)計與組合方法上能夠?qū)⒋笮腿苘嚿砟K化旋塑模具變得更為簡單，而新能源汽車的成型效率和精準(zhǔn)度也能有效地提高[4]。

另外，在新能源汽車的成形工藝上，也可分為連續(xù)變截面板和內(nèi)高壓成形工藝這兩種。前者是在新能源汽車的焊接工藝上，在近些年也出現(xiàn)了一種可以能夠利用柔性軋制技術(shù)而生成的連續(xù)的變截面板，它和傳統(tǒng)的軋制加工方法的縱扎工藝有著一定的相似之處，但是最大的不同就是在軋制的過程當(dāng)中扎昆的距離能夠靈活的變化，這樣就能夠讓軋制出的薄板在軋制的方向上可以提前就預(yù)定好截面的形狀。這種技術(shù)可以利用計算機來實現(xiàn)自動化的操作，將扎昆之間的間距科學(xué)的進行控制，這樣一來就能夠讓等厚度板到連續(xù)變截面板之間的軋制實現(xiàn)良好的連接。在上個世紀(jì)90年代的時候，德國的工業(yè)大學(xué)對于金屬成型的研究便開始涉及到了連續(xù)變截面軋制技術(shù)，而且當(dāng)?shù)氐墓驹贗BF的技術(shù)當(dāng)中合成了新型的軋制工藝，由此便開始規(guī)?；纳a(chǎn)連續(xù)變截面板了。那么根據(jù)新能源汽車輕量化的結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中，把結(jié)構(gòu)優(yōu)化并利用定制好的連續(xù)變截面板成型，這樣就能夠達到最佳的輕量化目標(biāo)。而且隨著柔性軋制技術(shù)的不斷完善，成本也隨之降低，這樣一來連續(xù)變截面板就一定會在新能源輕量化關(guān)鍵技術(shù)當(dāng)中的重點，而且也是日后技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，是值得推廣的[5]。

6 總結(jié)

第一，在超輕新能源汽車的設(shè)計上合理地利用發(fā)泡型的三明治結(jié)構(gòu)體征完成車身整體上的構(gòu)造，然后結(jié)合模擬的結(jié)構(gòu)以及各部分零件的功能集成，這樣就能夠合理地實現(xiàn)新能源汽車的輕量化目標(biāo)。第二，超輕新能源汽車在集成化的全塑身結(jié)構(gòu)設(shè)計上所能促成的作用是可以降低車身當(dāng)中組件的數(shù)量，那么以此就能推斷出系能源汽車的建設(shè)成本和加工工藝程序都會有所降低，這樣一來，不僅可以提高汽車的自身性能，而且也能在降低成本的基礎(chǔ)上最大化實現(xiàn)效率。另外，塑料作為原材料對車身進行設(shè)計它的優(yōu)勢就是可塑性，也就是說在設(shè)計新能源汽車的外形上可以更加靈活和自由，這也達到了一種滿足于空氣力學(xué)的效果。第三，超輕的新能源汽車在材料、結(jié)構(gòu)以及工藝等基礎(chǔ)上去研發(fā)會利用大量的纖維復(fù)合材料進行加工，這樣的話，就能在很大程度上降低汽車的整體重量并提高質(zhì)量。而且在鋁制材料作為車身結(jié)構(gòu)的時候能夠?qū)⑵渑c超輕全塑的車身優(yōu)勢相結(jié)合，這樣一來，就算發(fā)生嚴(yán)重的撞擊，那么新能源超輕汽車也能在最佳的效果下保證駕駛員和乘客的安全。第四，超輕的新能源汽車在全塑身的基礎(chǔ)上利用了模塊化旋塑模具進行構(gòu)造，這樣能夠降低模具的制造和安裝難度，而且也能提高汽車車身的塑模成型效率。

參考文獻：

[1]方永利，黃潔，張峰，石蕩赫.參數(shù)驅(qū)動的新能源汽車吸能盒結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[J].機械設(shè)計，2020，37（S2）：181-186.

[2]熊自柳，齊建軍，劉宏強，孫力，梁愛國.新能源汽車及其輕量化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].河北冶金，2020（07）：1-9.

[3]張博，王曼曼，文振，趙帥宇，王勇.一種新能源商用車車架布置結(jié)構(gòu)[J].汽車實用技術(shù)，2020（11）：24-25+38.

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