汽车轻量化的三大途径 轻量化技术已成“逐鹿点”

摘要

新能源汽车轻量化技术是实现节能减排、绿色发展的关键，我国已出台多项政策推动其进程。轻量化技术主要通过应用高强度和轻质材料、优化车身结构设计和采用先进制造工艺实现。国内车企在轻量化材料、结构设计等方面已做出努力，与铝镁轻金属的合作也日益密切。蔚来纯电动SUV-ES8以其高铝化率成为自主品牌轻量化的杰出代表。在政策和市场支持下，新能源车企需把握机遇，加强与上游材料企业合作，以减轻整车重量为目标，提升核心竞争力。轻量化技术仍处于发展中，企业改进之路尚长。

正文

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。