輕量化技術已成「逐鹿點」

談及輕量化技術,大家一定不陌生,它作為新能源汽車的核心技術之一,是實現節能減排、綠色發展,以及促進汽車行業共贏的必經之路,目前已經成為新能源汽車製造企業的「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百公斤,可想而知,整車的重量至少過噸。國外相關研究表明,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、增加動力電池續航里程等方面意義重大。

近年來,我國已經出台了多項政策和環保標準來促進新能源汽車的研發，並逐步推動汽車用材輕量化的進程。2017年9月,工信部聯合財政部等多家機構公布的《乘用車企業平均燃料消耗量與新能源汽車積分並行管理辦法》,更是為新能源汽車的發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、廢氣污染及續駛里程短是新能源汽車的「痛點」,對於製造商來講,為了更好的迎合市場需求,輕量化技術的普及變得迫在眉睫。

想要最終實現汽車輕量化,業內人士總結出三種途徑:

第一,應用高強度和輕質材料(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複合材料等。從技術路徑看,碳纖維複合材料、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,優化車身結構的輕量化設計(前提),利用結構解析和CAD、CAE等技術進行結構的優化設計,以減少無用材料、減輕壁厚、減少零部件數量等,如:模塊化集成設計、結構拓撲優化。

圖示:汽車外飾件採用塑代鋼和塑料輕量化優化技術可實現單車累計減重60Kg以上的效果

第三,運用先進的製造工藝技術(保障),如激光拼焊、輥壓成形(先進的成型技術保證了整車結構的安全性)、高強度鋼熱成形、內高壓成形等先進位造技術,結構膠粘接和異種材料鉚接等先進連接技術。

助力企業「內外兼修」

汽車製造商在具體落實輕量化技術的過程中,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「內外兼修」。

沃爾沃於2016年就宣布電動汽車電池輕量化進入實用化測試階段,相關負責人在接受電動汽車資源網採訪時表示,「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保。」

圖示:沃爾沃汽車零部件輕量化

誠然,國內在動力電池領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為首的製造商們,也先後在輕量化材料、輕量化結構設計等方面做出努力。

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中心,將在多材料輕量化整車、碳纖維複合材料關鍵車身、底盤零部件等領域進行合作研發,並計劃在2018年實現第一批項目技術成果。

而吉利集團則在鋁合金、塑料運用和輕量化結構設計上已達到或接近歐美等汽車企業水平。目前已在車身、底盤、動力總成、傳動系統等多方面進行了輕量化的升級和探索。例如複合材料外覆蓋件已開始採用SMC材料、蜂窩板複合材料等材料,內部負責人表示,「未來吉利將在碳纖維複合材料等領域開展進一步探索」。

奇瑞汽車也在大量應用輕量化材料和輕量化技術的結構優化,其車身骨架的四分之三材料皆應用了多種高強度鋼,且在連接工藝、激光焊接、輥壓成型、熱成型技術方面也有很大提升。值得一提的是,奇瑞推進輕量化技術應用的關鍵一步是建立重量工程系統,設定產品重量目標。

長安汽車也表示,「我們已經進入輕量化技術轉化應用階段,並且樹立目標:到2020年主力車型平均減重50kg」。

此外,國內汽車企業與鋁鎂輕金屬的合作越來越密切,汽車輕量化通過應用鋁鎂輕金屬的進程也進一步加快。據電動汽車資源網了解,蔚來純電動SUV-ES8鋁化率高達96.4%,其車身採用7003鋁合金材料製造,底盤、懸掛、輪轂、剎車系統以及電池組外殼也都採用了鋁合金材質,成為全球量產全鋁車身中鋁合金材料應用比例最高的車型,引領了全球汽車鋁化率水平。

同時,蔚來純電動SUV-ES8的儀錶盤骨架和前端模塊框架採用了鎂合金壓鑄件。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傑出車型。

在政策和市場環境的雙重支持下,新能源造車企業需要把握好機遇,不斷提升企業自身的核心競爭力,加強與上游材料企業的合作,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,輕量化技術仍在不斷發展中,企業的改進之路還很長。