談及輕量化技術(shù),大家一定不陌生,它作為新能源汽車的核心技術(shù)之一,是實現(xiàn)節(jié)能減排、綠色發(fā)展,以及促進汽車行業(yè)共贏的必經(jīng)之路,目前已經(jīng)成為新能源汽車制造企業(yè)的“逐鹿點”。
輕量化是大勢所趨
事實上,就新能源車而言,其中單個零部件——動力電池的重量就高達數(shù)百公斤,可想而知,整車的重量至少過噸。國外相關(guān)研究表明,若汽車整車重量降低10%,能耗效率可提高6%-8%,由此可見,其在降低能耗、減少廢氣排放、增加動力電池續(xù)航里程等方面意義重大。
近年來,我國已經(jīng)出臺了多項政策和環(huán)保標準來促進新能源汽車的研發(fā)，并逐步推動汽車用材輕量化的進程。2017年9月,工信部聯(lián)合財政部等多家機構(gòu)公布的《乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》,更是為新能源汽車的發(fā)展注入了一劑強心針。預計到2020年,汽車輕量化的需求將會日益凸顯。
圖示:輕量化目標
眾所周知,電能消耗、廢氣污染及續(xù)駛里程短是新能源汽車的“痛點”,對于制造商來講,為了更好的迎合市場需求,輕量化技術(shù)的普及變得迫在眉睫。
想要最終實現(xiàn)汽車輕量化,業(yè)內(nèi)人士總結(jié)出三種途徑:
第一,應(yīng)用高強度和輕質(zhì)材料(手段),比如高強度鋼材、超高強度鋼板、鋁合金、鎂合金、工程塑料及纖維增強復合材料等。從技術(shù)路徑看,碳纖維復合材料、鋁鎂合金、先進高強鋼是目前車企探索的三大方向,這三種材料替代當前的主流材料低碳鋼,可分別減重60%、40%、25%。
圖示:全球輕量化材料需求量(百萬噸)
第二,優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(前提),利用結(jié)構(gòu)解析和CAD、CAE等技術(shù)進行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計,以減少無用材料、減輕壁厚、減少零部件數(shù)量等,如:模塊化集成設(shè)計、結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化。
圖示:汽車外飾件采用塑代鋼和塑料輕量化優(yōu)化技術(shù)可實現(xiàn)單車累計減重60Kg以上的效果
第三,運用先進的制造工藝技術(shù)(保障),如激光拼焊、輥壓成形(先進的成型技術(shù)保證了整車結(jié)構(gòu)的安全性)、高強度鋼熱成形、內(nèi)高壓成形等先進制造技術(shù),結(jié)構(gòu)膠粘接和異種材料鉚接等先進連接技術(shù)。
助力企業(yè)“內(nèi)外兼修”
汽車制造商在具體落實輕量化技術(shù)的過程中,必須做到減輕配件重量,但不能降低配件強度,力爭把新能源汽車做到“內(nèi)外兼修”。
沃爾沃于2043年就宣布電動汽車電池輕量化進入實用化測試階段,相關(guān)負責人在接受電動汽車資源網(wǎng)采訪時表示,“如果將目前的電動汽車電池全部更換為新型輕量化材料,可以降低車重超過15%,此外,材料成本更低也更為環(huán)保。”
圖示:沃爾沃汽車零部件輕量化
誠然,國內(nèi)在動力電池領(lǐng)域輕量化存在很大的缺口,但是以長安汽車、北汽新能源等龍頭企業(yè)為首的制造商們,也先后在輕量化材料、輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面做出努力。
12月中旬,北汽新能源選擇與世界頂尖的輕量化技術(shù)團隊(胡芬巴赫院士團隊)合資共建北汽新能源德累斯頓輕量化技術(shù)中心,將在多材料輕量化整車、碳纖維復合材料關(guān)鍵車身、底盤零部件等領(lǐng)域進行合作研發(fā),并計劃在2018年實現(xiàn)第一批項目技術(shù)成果。
而吉利集團則在鋁合金、塑料運用和輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計上已達到或接近歐美等汽車企業(yè)水平。目前已在車身、底盤、動力總成、傳動系統(tǒng)等多方面進行了輕量化的升級和探索。例如復合材料外覆蓋件已開始采用SMC材料、蜂窩板復合材料等材料,內(nèi)部負責人表示,“未來吉利將在碳纖維復合材料等領(lǐng)域開展進一步探索”。
奇瑞汽車也在大量應(yīng)用輕量化材料和輕量化技術(shù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化,其車身骨架的四分之三材料皆應(yīng)用了多種高強度鋼,且在連接工藝、激光焊接、輥壓成型、熱成型技術(shù)方面也有很大提升。值得一提的是,奇瑞推進輕量化技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵一步是建立重量工程系統(tǒng),設(shè)定產(chǎn)品重量目標。
長安汽車也表示,“我們已經(jīng)進入輕量化技術(shù)轉(zhuǎn)化應(yīng)用階段,并且樹立目標:到2020年主力車型平均減重50kg”。
此外,國內(nèi)汽車企業(yè)與鋁鎂輕金屬的合作越來越密切,汽車輕量化通過應(yīng)用鋁鎂輕金屬的進程也進一步加快。據(jù)電動汽車資源網(wǎng)了解,蔚來純電動SUV-ES8鋁化率高達96.4%,其車身采用7003鋁合金材料制造,底盤、懸掛、輪轂、剎車系統(tǒng)以及電池組外殼也都采用了鋁合金材質(zhì),成為全球量產(chǎn)全鋁車身中鋁合金材料應(yīng)用比例最高的車型,引領(lǐng)了全球汽車鋁化率水平。
同時,蔚來純電動SUV-ES8的儀表盤骨架和前端模塊框架采用了鎂合金壓鑄件。毋庸置疑,蔚來純電動SUV-ES8成為中國自主品牌汽車輕量化的杰出車型。
在政策和市場環(huán)境的雙重支持下,新能源造車企業(yè)需要把握好機遇,不斷提升企業(yè)自身的核心競爭力,加強與上游材料企業(yè)的合作,以促進消費者對新能源車的認可度,降低整車重量為努力方向。總而言之,輕量化技術(shù)仍在不斷發(fā)展中,企業(yè)的改進之路還很長。
