谈及轻量化技术, 大家一定不陌生, 它作为新能源汽车的核心技术之一, 是实现节能减排, 绿色发展, 以及促进汽车行业共赢的必经之路, 目前已经成为新能源汽车制造企业的 '逐鹿点' .
轻量化是大势所趋
事实上, 就新能源车而言, 其中单个零部件——动力电池的重量就高达数百公斤, 可想而知, 整车的重量至少过吨. 国外相关研究表明, 若汽车整车重量降低10%, 能耗效率可提高6%-8%, 由此可见, 其在降低能耗, 减少废气排放, 增加动力电池续航里程等方面意义重大.
近年来, 我国已经出台了多项政策和环保标准来促进新能源汽车的研发, 并逐步推动汽车用材轻量化的进程. 2017年9月, 工信部联合财政部等多家机构公布的《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》, 更是为新能源汽车的发展注入了一剂强心针. 预计到2020年, 汽车轻量化的需求将会日益凸显.
图示: 轻量化目标
众所周知, 电能消耗, 废气污染及续驶里程短是新能源汽车的 '痛点' , 对于制造商来讲, 为了更好的迎合市场需求, 轻量化技术的普及变得迫在眉睫.
想要最终实现汽车轻量化, 业内人士总结出三种途径:
第一, 应用高强度和轻质材料(手段), 比如高强度钢材, 超高强度钢板, 铝合金, 镁合金, 工程塑料及纤维增强复合材料等. 从技术路径看, 碳纤维复合材料, 铝镁合金, 先进高强钢是目前车企探索的三大方向, 这三种材料替代当前的主流材料低碳钢, 可分别减重60%, 40%, 25%.
图示: 全球轻量化材料需求量(百万吨)
第二, 优化车身结构的轻量化设计(前提), 利用结构解析和CAD, CAE等技术进行结构的优化设计, 以减少无用材料, 减轻壁厚, 减少零部件数量等, 如: 模块化集成设计, 结构拓扑优化.
图示: 汽车外饰件采用塑代钢和塑料轻量化优化技术可实现单车累计减重60Kg以上的效果
第三, 运用先进的制造工艺技术(保障), 如激光拼焊, 辊压成形(先进的成型技术保证了整车结构的安全性), 高强度钢热成形, 内高压成形等先进制造技术, 结构胶粘接和异种材料铆接等先进连接技术.
助力企业 '内外兼修'
汽车制造商在具体落实轻量化技术的过程中, 必须做到减轻配件重量, 但不能降低配件强度, 力争把新能源汽车做到 '内外兼修' .
沃尔沃于2016年就宣布电动汽车电池轻量化进入实用化测试阶段, 相关负责人在接受电动汽车资源网采访时表示, '如果将目前的电动汽车电池全部更换为新型轻量化材料, 可以降低车重超过15%, 此外, 材料成本更低也更为环保. '
图示: 沃尔沃汽车零部件轻量化
诚然, 国内在动力电池领域轻量化存在很大的缺口, 但是以长安汽车, 北汽新能源等龙头企业为首的制造商们, 也先后在轻量化材料, 轻量化结构设计等方面做出努力.
12月中旬, 北汽新能源选择与世界顶尖的轻量化技术团队(胡芬巴赫院士团队)合资共建北汽新能源德累斯顿轻量化技术中心, 将在多材料轻量化整车, 碳纤维复合材料关键车身, 底盘零部件等领域进行合作研发, 并计划在2018年实现第一批项目技术成果. 而吉利集团则在铝合金, 塑料运用和轻量化结构设计上已达到或接近欧美等汽车企业水平. 目前已在车身, 底盘, 动力总成, 传动系统等多方面进行了轻量化的升级和探索. 例如复合材料外覆盖件已开始采用SMC材料, 蜂窝板复合材料等材料, 内部负责人表示, '未来吉利将在碳纤维复合材料等领域开展进一步探索' .
奇瑞汽车也在大量应用轻量化材料和轻量化技术的结构优化, 其车身骨架的四分之三材料皆应用了多种高强度钢, 且在连接工艺, 激光焊接, 辊压成型, 热成型技术方面也有很大提升. 值得一提的是, 奇瑞推进轻量化技术应用的关键一步是建立重量工程系统, 设定产品重量目标.
长安汽车也表示, '我们已经进入轻量化技术转化应用阶段, 并且树立目标: 到2020年主力车型平均减重50kg' . 此外, 国内汽车企业与铝镁轻金属的合作越来越密切, 汽车轻量化通过应用铝镁轻金属的进程也进一步加快. 据电动汽车资源网了解, 蔚来纯电动SUV-ES8铝化率高达96.4%, 其车身采用7003铝合金材料制造, 底盘, 悬挂, 轮毂, 刹车系统以及电池组外壳也都采用了铝合金材质, 成为全球量产全铝车身中铝合金材料应用比例最高的车型, 引领了全球汽车铝化率水平.
同时, 蔚来纯电动SUV-ES8的仪表盘骨架和前端模块框架采用了镁合金压铸件. 毋庸置疑, 蔚来纯电动SUV-ES8成为中国自主品牌汽车轻量化的杰出车型. 在政策和市场环境的双重支持下, 新能源造车企业需要把握好机遇, 不断提升企业自身的核心竞争力, 加强与上游材料企业的合作, 以促进消费者对新能源车的认可度, 降低整车重量为努力方向. 总而言之, 轻量化技术仍在不断发展中, 企业的改进之路还很长.