新能源汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)

　　摘 要：隨著綠色環(huán)保節(jié)能理念日益深入人心，人們對于新能源汽車研發(fā)生產(chǎn)予以了高度的重視，然而當(dāng)下新能源汽車在研發(fā)生產(chǎn)中，汽車自重問題一直是限制新能源汽車應(yīng)用推廣發(fā)展的一項(xiàng)重大問題，因此需要引入汽車輕量化技術(shù)，減輕車輛自重，推動新能源汽車實(shí)現(xiàn)更好的發(fā)展。

　　關(guān)鍵詞：新能源;汽車;輕量化技術(shù)

　　1 注重新能源汽車輕量化發(fā)展

　　在2016年1月23日中國電動汽車百人論壇上，中國科學(xué)技術(shù)部部長萬鋼明確表示，新能源汽車要向輕量化方向發(fā)展。在當(dāng)時，新能源汽車輕量化發(fā)展概念的提出符合時代發(fā)展規(guī)律。大多數(shù)新能源汽車受制于自身重量，難以提高續(xù)航里程，所以輕量化一直是新能源汽車研發(fā)工作的重點(diǎn)。到今天，新能源汽車在續(xù)航能力上得到了極大的提升，但輕量化依舊是新能源汽車研發(fā)工作的重點(diǎn)，也是電動汽車技術(shù)革命中的重要組成部分。

　　當(dāng)然，從全世界的角度出發(fā)，新能源汽車輕量化是各國汽車行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)，也是各個汽車工業(yè)共同的選擇。對于普通汽車而言，如何保證節(jié)能、環(huán)保和安全是汽車研發(fā)工作的關(guān)鍵。新能源汽車在節(jié)能和環(huán)保方面已經(jīng)超出普通汽車數(shù)倍，但是為了保證電力滿足行駛需求，電池包常重達(dá)幾百公斤，造成新能源汽車?yán)m(xù)航里程極大縮短。

　　在汽車輕量化設(shè)計上，優(yōu)秀的材料和先進(jìn)的加工是新能源汽車的優(yōu)勢。從目前的形勢來說，汽車性能、重量、結(jié)構(gòu)、價格四方面屬于一個系統(tǒng)工程。如何提高汽車性能、減輕重量、優(yōu)化結(jié)構(gòu)、合理安排價格是一個國家汽車技術(shù)提高的關(guān)鍵。

　　2 新能源汽車輕量化發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)

　　2.1 新材料、激光技術(shù)和電池技術(shù)的發(fā)展

　　在對新能源汽車進(jìn)行輕量化的過程中，新材料的使用占據(jù)重要地位。輕量化技術(shù)的提升需要依賴新型材料的出現(xiàn)。當(dāng)材料達(dá)到輕質(zhì)、高性能、易成型的特點(diǎn)的時候，新能源汽車輕量化才能走出關(guān)鍵的一步。在眾多的材料中，車用高性能工程塑料、高強(qiáng)度鋼、碳纖維復(fù)合材料、玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、擠壓鋁型材、工藝設(shè)備、全鋁車身、鎂合金零部件、碳纖維車身都是率先被應(yīng)用的材料種類。

　　2016年，奇瑞新電動車開始進(jìn)行鋁車身骨架純電動乘用車的研發(fā)，項(xiàng)目投資高達(dá)15.6億元人民幣。16年10月份，奇瑞推出的車型較以前車型相比，車重減少將近30%，為減排起到積極作用。 對于新材料的加工，激光技術(shù)占據(jù)舉足輕重的地位。尤其是對汽車零部件進(jìn)行切割時，激光技術(shù)顯得尤其重要。

　　除開減輕車重，對于電池重量的優(yōu)化也是輕量化技術(shù)的關(guān)鍵所在。一般新能源汽車所帶有的電池重達(dá)幾百公斤，屬于新能源汽車中，技術(shù)含量最高的部位。從目前的技術(shù)看來，鋰電池是主要的處理對象，其在減輕車身重量方面存在局限。通過科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電池改造技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)先進(jìn)。例如電池單位容量的提高已經(jīng)能夠做到工程化。在重新排列電池之后，系統(tǒng)能量密度得到提高，這也對電池重量的減輕有著極大的幫助。例如電芯尺寸經(jīng)過研究設(shè)計，可以匹配整車，更有效率的放置電池，在不改變電池箱的情況下，提高電芯數(shù)量，實(shí)現(xiàn)續(xù)駛里程的提高。例如日產(chǎn)聆風(fēng)的改造，通過對鋰電池結(jié)構(gòu)的改造，降低了80千克的車重。

　　3 使用碳纖維技術(shù)

　　在現(xiàn)代新能源技術(shù)中，以塑代鋼成為大多數(shù)人的選擇，其中碳纖維屬于新能源汽車中所應(yīng)用的最具影響力的技術(shù)之一。據(jù)了解，碳纖維屬于人工合成，是利用片狀石墨微晶等有機(jī)纖維按照纖維軸向方向進(jìn)行堆砌，通過碳化和石墨化處理而得到的微晶石墨材料。從本質(zhì)上來看，碳纖維具備優(yōu)秀的力學(xué)性能，其比重不到鋼材的的1/4，但由碳纖維樹脂組合的復(fù)合材料在抗拉強(qiáng)度上，一般都能達(dá)到3500Mpa，是鋼材的7倍，其抗拉彈性達(dá)到了23000Mpa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋼材。除此以外，碳纖維的耐腐蝕性、電磁屏蔽性也較為優(yōu)異，所以在實(shí)現(xiàn)新能源汽車輕量化中的過程中，碳纖維得到了大量運(yùn)用。

　　在量產(chǎn)車上，碳纖維首次大規(guī)模的應(yīng)用是在寶馬i3上。據(jù)了解，寶馬i3中的碳纖維復(fù)合材料達(dá)到300千克左右，主要存在于碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。與寶馬之前的設(shè)計相比，i3整體重量減輕250-350kg。在這一次嘗試中，寶馬公司主要運(yùn)用的是巴斯夫碳纖維材料。

　　雖然寶馬率先使用了碳纖維技術(shù)，但對于歐美各大整車廠，碳纖維技術(shù)的運(yùn)用依舊處于探索階段，技術(shù)都不成熟。而在寶馬嘗試成功之后，碳纖維技術(shù)開始快速發(fā)展，其運(yùn)用率也在不斷增加。現(xiàn)在，各大汽車廠，例如奔馳、通用、福特等都與碳纖維企業(yè)開展各種形勢的合作。

　　過去中國對碳纖維年需求達(dá)到16000噸，但在國內(nèi)，碳纖維生產(chǎn)水平較弱，無法滿足需求，尤其是高端碳纖維的生產(chǎn)，國內(nèi)一直沒有明顯的突破。目前主要的高端碳纖維需求來自進(jìn)口。在新能源汽車開始進(jìn)軍市場之后，未來三年全球高端碳纖維將面臨極大的缺口。

　　在當(dāng)下，中國碳纖維技術(shù)已經(jīng)取得跨越式發(fā)展，尤其是在新能源汽車領(lǐng)域，碳纖維技術(shù)得到廣泛運(yùn)用。奧新新能源汽車公司屬于高新技術(shù)企業(yè)，在純電動車輛的研發(fā)方面首屈一指。在通過不斷研發(fā)、實(shí)踐后，碳纖維新能源汽車開始量產(chǎn)前幾年，該企業(yè)對奧新e25緊湊型A級車產(chǎn)品進(jìn)行推廣，這一車型與寶馬i3相似，采用大量碳纖維材質(zhì)，對乘客艙設(shè)計更是使用全碳纖維材料。

　　同時該車型也將智能能源管理系統(tǒng)與各種輕量化車身技術(shù)相結(jié)合，與同類型車輛相比，車重減輕將近50%、零部件減少40%。通過實(shí)驗(yàn)，該類車行駛百公里僅耗10度電，續(xù)航里程高達(dá)440公里，已滿足日常需求。碳纖維以其輕重量、高安全性的特點(diǎn)被廣泛運(yùn)用于零件。隨著對碳纖維技術(shù)的要求逐漸提高，碳纖維快速成型技術(shù)已適用大部分零件的生產(chǎn)，其生產(chǎn)快速、成本較低的特點(diǎn)也為碳纖維材料的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)提供幫助。在新能源汽車這一行業(yè)中，碳纖維減重是提高續(xù)航能力的關(guān)鍵所在，新能源汽車與碳纖維技術(shù)的廣泛運(yùn)用已經(jīng)形成了新能源汽車制造的一場“革命”。

　　4 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)

　　汽車生產(chǎn)來源最初的設(shè)計。汽車的設(shè)計不僅僅決定汽車外貌如何，也決定汽車的作用。在進(jìn)行汽車設(shè)計的過程中，設(shè)計者需要注意對汽車進(jìn)行輕量化的考慮。尤其是在設(shè)計成果落實(shí)的過程中，安裝人員需要看懂設(shè)計圖，盡可能地進(jìn)行輕量化的安裝。

　　汽車輕量化設(shè)計的主要目的既是進(jìn)行“輕量”的分析，使汽車的整體結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，在設(shè)計的過程中，主要使用的是CAD /CAE /CAM一體化技術(shù)，它將設(shè)計、制作融合到一起，覆蓋整個過程。在使用這項(xiàng)技術(shù)之后，汽車的零部件可以得到精簡和輕質(zhì)，但汽車本身的壽命和功能并未發(fā)生變化。通過對汽車底盤和動力系統(tǒng)等大型部位的加工后，整體模塊可以做到精簡，也可以更好地實(shí)現(xiàn)輕量的目的，同時這是做到節(jié)能、環(huán)保的關(guān)鍵。

　　汽車工業(yè)論文范例：新能源汽車結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計

　　在進(jìn)行汽車輕量化的過程，有時候這項(xiàng)技術(shù)并不能完全滿足汽車整體性能的要求，這時候就需要相關(guān)人員通過反演技術(shù)和多目標(biāo)全局優(yōu)化等設(shè)計技術(shù)進(jìn)行改良。具體有以下三種表現(xiàn)：①在不改變汽車自身剛度和強(qiáng)度的條件下，汽車自身重量主要依靠結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計來實(shí)現(xiàn);②在不改變汽車性能的同時，改變汽車內(nèi)各個部件的尺寸;③通過發(fā)動機(jī)前置、超輕懸架等設(shè)置方式，可以促使汽車的結(jié)構(gòu)更加緊湊，而通過發(fā)動機(jī)后置、后輪驅(qū)動可以減小汽車體積，實(shí)現(xiàn)汽車輕量化。

　　5結(jié)束語

　　總之，新能源汽車的出現(xiàn)，對傳統(tǒng)汽車市場產(chǎn)生了極大的沖擊。雖然因?yàn)槔m(xù)航里程的問題，新能源汽車在實(shí)際運(yùn)用上無法達(dá)到預(yù)期效果，但隨著輕量化技術(shù)的不斷發(fā)展，未來汽車市場注定是屬于新能源汽車。而在目前汽車行業(yè)之中，輕量化技術(shù)無疑占據(jù)重要地位，需要國內(nèi)外汽車企業(yè)注重這一方面技術(shù)的提升。

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　　作者：王文展

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