淺析新能源汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

侯鵬飛 張志鑫 衛(wèi)亞楠 楊軒 文麗英

摘要：現(xiàn)代技術(shù)水平的提高，推動(dòng)著我國(guó)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展，新能源汽車(chē)發(fā)展方向也得到了進(jìn)一步的拓展。新能源汽車(chē)正朝著智能化，節(jié)能化，低碳化趨勢(shì)進(jìn)行進(jìn)一步的探索。在這些方面上，新能源汽車(chē)必須從輕量化的角度考慮，進(jìn)一步減輕自身的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)輕量化。這樣的發(fā)展在未來(lái)更加符合人們對(duì)于新能源汽車(chē)性能上的要求。對(duì)新能源汽車(chē)進(jìn)行科學(xué)基礎(chǔ)上的現(xiàn)代化智能化方向的不斷拓展，將滿足人們的各類需求。

關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē);輕量化;設(shè)計(jì)

引言

汽車(chē)的發(fā)明改善了人們的出行條件，以其極大的便利性和舒適性廣受人們的歡迎。多年以來(lái)，以化石燃料為能源的傳統(tǒng)汽車(chē)帶來(lái)了大量的污染，汽車(chē)尾氣排放在我國(guó)多個(gè)地區(qū)引發(fā)的霧霾嚴(yán)重影響著人們的身體健康及日常生活。大力發(fā)展新能源汽車(chē)可以很好的解決我國(guó)人民的出行難題及環(huán)境污染問(wèn)題。我國(guó)汽車(chē)發(fā)展僅有幾十年的歷史，但新能源汽車(chē)作為一個(gè)新興行業(yè)，圍繞新能源汽車(chē)的設(shè)計(jì)及研究相對(duì)來(lái)說(shuō)還是一個(gè)新的領(lǐng)域，因此，研究新能源汽車(chē)的結(jié)構(gòu)，對(duì)新能源汽車(chē)輕量化處理有著重要的意義。

1.新能源汽車(chē)發(fā)展背景

汽車(chē)發(fā)展已經(jīng)有著近百年的歷史，從18世紀(jì)發(fā)展到今天，汽車(chē)經(jīng)過(guò)了幾代的更迭。汽車(chē)的發(fā)展目的是為了方便人們的出行，便利人們的生活。近些年來(lái)，為響應(yīng)國(guó)家低碳化，節(jié)能減排的號(hào)召，我國(guó)汽車(chē)廠商大力發(fā)展新能源汽車(chē)。在這種情況下，輕量化，智能化，微型化將是我國(guó)汽車(chē)的發(fā)展趨向。在大力發(fā)展新能源汽車(chē)過(guò)程中，我們也很容易就能發(fā)現(xiàn)新能源汽車(chē)相對(duì)傳統(tǒng)燃油車(chē)的一些不足，比如單次續(xù)航里程遠(yuǎn)低于燃油車(chē)，充滿燃料速度緩慢等等。解決這些問(wèn)題的方法有很多，包括但不限于進(jìn)一步發(fā)展電池，減輕新能源汽車(chē)質(zhì)量以提升平均速度和續(xù)航。新能源汽車(chē)通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及發(fā)展新型新材料，將進(jìn)一步提升性能，縮短與燃油車(chē)之間的差距。

2.新能源汽車(chē)輕量化現(xiàn)狀及趨勢(shì)

在當(dāng)今的發(fā)展情況下，我國(guó)對(duì)傳統(tǒng)汽車(chē)的輕量化設(shè)計(jì)包括對(duì)汽車(chē)框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，使用新材料，對(duì)汽車(chē)復(fù)雜零件制造工藝上改進(jìn)。在對(duì)新能源汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)時(shí)，我們可以對(duì)汽車(chē)底盤(pán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化及更換新型材料來(lái)減輕汽車(chē)質(zhì)量。例如改進(jìn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)汽車(chē)的設(shè)計(jì)尺寸方面進(jìn)行優(yōu)化及對(duì)汽車(chē)生產(chǎn)過(guò)程的模塊化;減少汽車(chē)零件或減輕零件的質(zhì)量，同時(shí)優(yōu)化汽車(chē)零件間的連接方式。。在汽車(chē)加工工藝當(dāng)中，采用合金鋼，鋁合金等性能較好的新型材料，既能減輕汽車(chē)的總體質(zhì)量，同時(shí)也保證了汽車(chē)整體質(zhì)量上的合格。

汽車(chē)的輕量化對(duì)于我國(guó)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排有極其重要的意義。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平的提高，人民的環(huán)保意識(shí)也有所增強(qiáng)，對(duì)于汽車(chē)也有了更多的要求。越來(lái)越多的輔助設(shè)備安裝在汽車(chē)上，這將是對(duì)我國(guó)汽車(chē)輕量化一次大的考驗(yàn)。在保證汽車(chē)性能及能耗的前提下，合理的使用有限元分析，完成對(duì)汽車(chē)的性能的評(píng)價(jià)，對(duì)我國(guó)新能源汽車(chē)輕量化有著重要的意義。相較于傳統(tǒng)汽車(chē)，新能源汽車(chē)更加受到人們的追捧和歡迎，新能源汽車(chē)的輕量化也被提上日程。

3.新能源汽車(chē)輕量化的設(shè)計(jì)方案

3.1新能源汽車(chē)結(jié)構(gòu)的輕量化。

新能源汽車(chē)包括純電動(dòng)汽車(chē)，混合動(dòng)力汽車(chē)及燃料電池汽車(chē)。市場(chǎng)上見(jiàn)到的多為純電動(dòng)洗車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)，車(chē)上搭載的元器件有蓄電池，電機(jī)等電力設(shè)備。與傳統(tǒng)車(chē)輛相比，在拆除了內(nèi)燃機(jī)離合器等部件后，我們可以利用反演技術(shù)，優(yōu)化目標(biāo)來(lái)使汽車(chē)的布置結(jié)構(gòu)更為合理。

我國(guó)目前還沒(méi)形成系統(tǒng)的新能源車(chē)架構(gòu)架，車(chē)家構(gòu)架涉及到多個(gè)方面，多個(gè)領(lǐng)域，對(duì)減輕汽車(chē)質(zhì)量有著重要意義。

目前對(duì)汽車(chē)結(jié)構(gòu)的輕量化局限于汽車(chē)尺寸的減小及汽車(chē)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。要實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步結(jié)構(gòu)上的輕量化，我們必須保證在保證汽車(chē)剛度強(qiáng)度以及零件壽命的情況下，簡(jiǎn)化壓縮汽車(chē)零部件的使用，以進(jìn)一步達(dá)到輕量化設(shè)計(jì)的目的。傳統(tǒng)汽車(chē)動(dòng)力傳輸往往以機(jī)械零件運(yùn)作為主，機(jī)械零件間配合的精密性使其不能隨意更改位置及替換零件。新能源汽車(chē)往往是以柔性線路進(jìn)行運(yùn)輸動(dòng)力，機(jī)械零件間的配合很少。因此我們可以很容易的控制汽車(chē)前后及左右方向的配重比來(lái)提高汽車(chē)的制動(dòng)性及操縱穩(wěn)定性，進(jìn)一步提高汽車(chē)的動(dòng)力性。

3.2材料選擇上的輕量化

汽車(chē)材料的輕量化往往是對(duì)汽車(chē)框架，零部件等方面進(jìn)行材料的更換。近些年來(lái)，不同的新型材料出現(xiàn)，使我們?cè)谄?chē)材料上輕量化有了更多的選擇。我國(guó)目前廣泛應(yīng)用的新型材料包括高強(qiáng)度合金鋼，輕型和金剛，及碳纖維，陶瓷等非金屬材料。

鋁合金，鎂合金，鈦合金，高強(qiáng)度鋼等合金材料往往相較于普通的金屬材料非常的輕便，顯著降低了汽車(chē)的整體質(zhì)量。使用各種合金，新型材料不僅可以節(jié)約成本，還可以更有效地提高汽車(chē)的整體強(qiáng)度。復(fù)合材料密度往往比普通材料要小，性能更加優(yōu)越。目前我國(guó)的大多數(shù)車(chē)輛上的零部件多為金屬材料，若能將所有的金屬材料替換為新型材料，可以極大地減輕汽車(chē)的質(zhì)量。例如將車(chē)架，車(chē)身替換為更輕便的高強(qiáng)度鋼。我國(guó)目前也不斷加大新材料在新能源汽車(chē)上的應(yīng)用，在考慮強(qiáng)度，剛度，穩(wěn)定性的情況下，受到一部分技術(shù)上以及成本上的制約，新能源汽車(chē)在輕量化發(fā)展上遇到了很大的阻礙。

非金屬材料領(lǐng)域，隨著對(duì)復(fù)合材料和碳纖維材料研究的不斷加深，我們已經(jīng)能夠很好的掌握這種材料的性能，便可以在一定程度上替代金屬材料。這些材料主要應(yīng)用于汽車(chē)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其他的裝飾管路線路，汽車(chē)的外部裝飾。碳纖維作為一種新型材料，具有極強(qiáng)的韌性，在某些方面的力學(xué)性能甚至超過(guò)了鋼鐵，可以在汽車(chē)上發(fā)揮極其優(yōu)越的效果。但收到一部分成本及技術(shù)的制約，我們很難將其大量使用在汽車(chē)當(dāng)中。很多時(shí)候，制約汽車(chē)發(fā)展的并不是材料，而是成本。目前關(guān)于碳纖維的研究已經(jīng)成熟，如果可以快速的使碳纖維材料成型，并進(jìn)行低成本的大量制造，這將對(duì)我國(guó)新能源汽車(chē)輕量化產(chǎn)生顯著的影響。

新型材料在汽車(chē)整體上的使用將是新能源汽車(chē)輕量化的關(guān)鍵所在，從實(shí)際生產(chǎn)及用途來(lái)看，新材料在大部分情況的表現(xiàn)上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)普通材料。新型材料復(fù)雜的結(jié)構(gòu)及精妙的加工工藝將是對(duì)我國(guó)技術(shù)人員的一次考驗(yàn)。

3.3電池及加工工藝的輕量化

新能源汽車(chē)與傳統(tǒng)汽車(chē)輕量化最大的不同在于使用能源的不同。電池作為新能源汽車(chē)的重要組成部分，采用更加可靠輕便的電池，可以極大的減輕汽車(chē)的質(zhì)量。目前市場(chǎng)上的新能源汽車(chē)電池包括鋰電池和燃料電池，主流的研究方向是鋰電池。鋰電池中包括鉛酸電池，三元鋰電池，磷酸鐵離子電池。若考慮輕量化的方向，能量密度最大的三元鋰電池將是首選。相較于其他電池，三元鋰離子電池已也相對(duì)穩(wěn)定。對(duì)于新一代汽車(chē)電池方向的研究，我們必須考慮電池的質(zhì)量及安全性。同時(shí)在電池的編排上，合理的排列布局可以有效的增強(qiáng)電池的能量密度。對(duì)電池內(nèi)部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造也可以有效的減輕電池的質(zhì)量，新能源汽車(chē)的更新?lián)Q代離不開(kāi)對(duì)電池的更新。

汽車(chē)加工工藝過(guò)程中，采用合理的設(shè)計(jì)方案，不僅能夠降低汽車(chē)成本，還可以有效減少材料的使用及消耗量。將汽車(chē)某些零件一體化設(shè)計(jì)。可以有效提升材料的利用率。對(duì)不同厚度的鋼板焊接成型可以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的微小損耗，減輕汽車(chē)整體的質(zhì)量。對(duì)某些材料進(jìn)行特殊的沖壓工藝，還可以保證材料性能前提下，增強(qiáng)材料的強(qiáng)度，提升汽車(chē)的安全性和可靠度。

4結(jié)束語(yǔ)

對(duì)新能源汽車(chē)輕量化的過(guò)程中，我們不僅要考慮汽車(chē)整體質(zhì)量的輕量化，還應(yīng)該考慮汽車(chē)的安全性與可靠性能。輕量化發(fā)展是汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的一個(gè)大的趨勢(shì)，低碳節(jié)能減耗的理念也是目前消費(fèi)者對(duì)于汽車(chē)越來(lái)越看中的要求。為達(dá)到輕量化的目的，新能源汽車(chē)生產(chǎn)廠家必須不斷的進(jìn)行探索和研究，發(fā)展新能源汽車(chē)輕量化的新的發(fā)展方向，并結(jié)合實(shí)際，將新能源汽車(chē)輕量化作為一個(gè)重要的方面進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

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