新能源汽车轻量化的关键技术

期刊: 建筑砌块与砌块建筑 DOI: PDF下载

代强 谢蕊

长城汽车股份有限公司 河北 保定 071000

摘要

新能源汽车轻量化技术是中国汽车工业发展和现代化进程中不可忽视的另一项重要技术。随着我国新能源汽车产业的快速健康发展。轻量化材料、结构、工艺逐渐成为未来新能源汽车开发和进程中的关键核心技术。


关键词

新能源汽车;轻量化;关键技术

正文

近年来,新能源汽车以其安全、环保、低被动污染等主要特点,吸引了越来越多的消费者关注。然而,对于研究新能源汽车市场的相关研发人员来说,他们最关注的不仅仅是新能源汽车的可靠性,而是还要提高这些新能源汽车市场的产品质量,整车的轻量化技术是关键,新能源汽车在消费市场上的主动权。

1新材料、激光技术

在全国通过开发各种新能源汽车逐步推进汽车行业轻生产技术改造项目的历史进程中,新材料产品技术的进一步普及和应用也将成为一个日益重要的发展阵地。轻量化生产和技术要求的持续和显著提高将不可避免地要求发展一个新的高性能汽车工业,该工业采用高度依赖轻量化的合成材料。当汽车材料的性能逐渐达到几个基本的材料特性,即足够轻、高性能和易于实现快速注塑成型和使用时,新能源汽车的实施和光技术的发展最终可以成功地从中脱颖而出,这是关键和重要的一步。汽车、高性能塑料、高强度钢、碳纤维复合材料、玻璃纤维增强和纤维增强聚合物复合材料、挤压和模压铝型材、工艺设备、所有铝车身、镁合金及其相关部件碳纤维车身材料等是近年来汽车行业第一种或通过大规模应用开发研究得到推广的主要材料。2016年,奇瑞的新型电动汽车设计开始大规模投资研发全铝框架结构和新型纯电动碳氢化合物纯铝乘用车的工业应用。项目总投资预计超过15.6亿元(约人民币)。2016年10月,奇瑞推出了一款产量有所提高的新车型,与之前的车型相比,该车型将使车辆重量减轻一半,几乎达到原车型的30%,在减少排放和提高中国汽车行业效率方面发挥了更积极和更重要的作用。对于未来汽车新材料的生产、研发、生产和加工,激光技术无疑将继续占据更加重要的地位。特别是在未来中国需要对一些主要汽车零部件和材料进行数控加工试验或切割质量控制时,激光技术和应用将变得更加敏感和重要。

2使用碳纤维技术

在现代汽车新能源技术的各个领域,取代热塑性钢已成为大多数当前汽车用户的共同技术选择,其中,碳纤维技术是现代能源汽车应用领域最具影响力和代表性的碳纤维技术之一。据工作人员介绍,碳纤维是一种人工合成,即有机碳纤维颗粒通过微晶鳞片石墨纤维等沿石墨纤维轴向铺设。通过高温碳化反应和石墨加工技术,可以获得高质量的微晶石墨材料。从结构基本性能的比较来看,虽然碳纤维复合材料具有量钢的热力学性能,其比重小于优质钢比例得近1/4,一般认为,由碳纤维树脂组成的碳纤维复合材料在理论拉伸撕裂强度计算中应能达到3500Mpa以上,接近普通钢重量的7倍,其极限拉伸断裂弹性已达到23000Mpa以上。远高于钢。此外,碳纤维产品的耐高温腐蚀性和电磁屏蔽性能也将很好,因此近年来,碳纤维技术已广泛应用于国内新能源汽车的实施过程中。在宝马批量生产的汽车中,碳纤维复合材料首次大规模生产的商业用途也主要体现在宝马i3车身材料上。根据我们的初步了解,宝马i3材料中实际使用的碳纤维复合物量可达300公斤左右,主要是实际存在的增强碳纤维复合材料,用于碳纤维与宝马之前所有配备碳纤维车身的车型相比,i3的总重量仅能减轻约250-350kg。在宝马之前开发碳纤维的最新尝试中,巴斯夫碳纤维仍然是可用于宝马车型的主要碳纤维材料。虽然宝马在碳纤维技术的使用方面处于领先地位,但事实上,对于目前国内欧美合资企业和全球大型汽车公司的综合汽车工厂而言,碳纤维技术真正的实际应用仍处于研究阶段,而且该技术从未成熟。事实上,自宝马成功进行碳纤维试验以来,碳纤维技术已逐渐开始快速持续发展,其实际市场利用率自然在不断提高

3优化结构设计技术

汽车是工业设计初始阶段的生产来源。汽车外观的工业设计不仅直接决定了汽车的外观和性能,还决定了汽车性能的功能。在演示我们的轻型汽车设计分析的过程中,设计师必须充分注意安装轻型汽车的合理性。尤其应考虑到,在项目演示结果的最终安装过程中,安装和调试人员必须真正理解设计图纸,并能够安装尽可能轻的车辆。轻型汽车零部件系统设计的两个主要技术目标之一是通过对“轻型”模型的综合分析,正确优化轻型汽车产品零部件的总体设计参数。在整个设计和开发过程系统中,主要采用集成CAD/CAE/Industrial CAM技术,将整个汽车设计和制造过程集成在一起,涵盖了整个过程。这些创新技术广泛应用后,汽车内部的重要部件可以大大简化和轻量化,但事实上,汽车发动机本身的固有寿命周期和动力功能并没有发生显著变化。一些大型结构件,如汽车底盘总成和车身动力系统部件,经过优化加工和装配后,可以从根本上简化整个模块,这也是实现更好的结构轻质性的重要目标。同时,它将成为实现高效、节能、环保和减排的关键技术。在实际的轻型汽车制造过程中,有时会发现这两种新技术不能保证它们完全满足汽车整体性能的设计要求。在此期间,我们的相关研发人员还将致力于通过反演技术和多目标全局性能优化项目来改进设计和技术。特别是,有三种基本情况,并在以下方向上平衡结果:① 在新的技术条件下,现有汽车部件的总刚度质量系数和总机械强度系数不能发生显著变化,鉴于汽车部件总重量平衡的实施应继续基于优化重组和重新设计的整个过程以及在整个车辆结构理论中实施的其他方法和措施,以便逐步实现这种平衡;② 意识到几乎不可能完全改变车辆性能的总体尺寸,车辆性能的尺寸发生了变化,从而改变了整个车辆系统和车身的重要零部件之间的关系;③ 采用创新的方法,如优化车身结构设置,如前发动机和超轻空气悬架,通过直接驱动,整个车辆系统的布置可以更加合理和紧凑,而后置发动机和后轮驱动也可以显著减少整车体积,实现整车的轻量化

一、国内外新能源汽车轻量化发展的现状

我国有关部门要求新能源汽车应该朝着轻量化方向发展。重视新能源汽车轻量化发展可以使现阶段新能源汽车因为重量原因而造成的续航能力不强发生变化。因此,目前有关技术人员的根本任务是对优化汽车轻量化技术进行深入探究,在人们长期的努力下,已经获得重大的成就[1]。然而人们还是将新能源汽车轻量化技术当做重点,可以促进电动汽车技术变革正常进行。就目前我国乃至其他国家的局势来讲,不难得出,全球每个国家的汽车行业都积极展开探究新能源汽车的轻量化。之所以探究传统汽车,目的是想要利用专业技术使能耗降低,提高其安全性,尽可能将对环境造成的不良影响控制在最小化,而新能源汽车在这方面具有极其显著的优势,能耗不多,可以保护环境,但因为新能源汽车在工作中离不开电力,要想保证其稳定形势,一般来说,将重量很大的电池安装在汽车内部,造成新能源汽车重量相当大。在研究新能源汽车的轻量化技术过程中需要充分考虑到两个方面,一方面是材料,另一方面是工艺,在新能源汽车制造过程中正确选择合适的材料。就市场分析来讲,汽车销量容易受到多个因素影响,比如:汽车质量,还有性能等等,所以必须要不断加强汽车性能,减少汽车重量,科学组合汽车,从不同的角度、不同的侧面对市场进行分析,明确价格,进而制定出可以满足实际需求的新能源汽车。

二、新能源汽车的轻量化技术

(一)新材料、激光技术以及电池技术的运用

要想使新能源量化生产得以真正实现,必须要合理应用新材料、激光技术以及电池技术。第一,正确选择新型生产材料可以为轻量化技术提供大力支持。在选择生产材料过程中必须要稳定性很强、迅速塑造成型、质地轻以及性能强的新材料,这样可以提升新能源汽车质量,使新能源汽车具有更强的安全性能。目前我国关于新能源汽车轻量化技术有很多新型应用材料,一般来说,普遍应用的主要包括高强度钢以及碳纤维等等。正确选择新材料后,就必须要合理运用激光技术来加工处理新材料,利用激光技术可以科学改造新材料,真正满足所有细节。对于新能源汽车而言,电池是不可或缺的主要组成部分之一,重量相当大。通常,新能源你汽车电池重量可达到100公斤,直接减慢汽车行驶速度。然而减少电池重量,容易导致车辆不具有较强的续航能力[2]。要想有效解决该问题,必须要科学应用电池技术。通常,电池是锂电池,要想从根本上实现全方位的研发,难度相当大。因此,作为生产企业,必须要合理运用先进的信息技术,深入探究分析电池,有必要的话,应该积极改造和重组,加强电池性能,增加系统能量密度,尽可能将电池重量控制在最小化。

(二)碳纤维技术的运用

碳纤维,简单来讲,是全新的人工合成获取的合成物,是利用对有机纤维物质结合纤维轴向展开堆积工作,运用石墨化以及碳化对其严格控制,以获得微晶石墨材料。当前,多数企业为了可以有效应用技能环保以及新能源技术,开始不再广泛应用钢材料,慢慢将钢材料变成塑料,而碳纤维技术包括在内,在新能源汽车生产中发挥着关键作用,赢得整个汽车行业的认可[3]。相对于其他材料而言,碳纤维的优势非常显著。碳纤维技术具有诸多特点,比如:重量轻,还有承重力较高等等,力学性质也相当强,运用碳纤维技术成功研发的材料,不管是抗压性能还是弹性,都是比较强的,可以符合汽车生产标准要求。不只是这样,该材料的抗腐蚀性能也相当强,在任何时候都可以屏蔽电磁,进而将轻量化要求真正落实。利用试验比较得出,运用碳纤维技术所研发出来的材料在汽车生产过程中使用,可以减少新能源汽车车身重量,甚至能够减少超过50%的车身重量。此外,将碳纤维运用在汽车内部零件中也会降低总体重量。研究资料表明,如果车辆在生产中应用碳纤维技术,每行驶100公里就必须要花费10度点,相对于同一种类型的车辆而言,可以使新能源汽车具有很强的电池续航能力,确保人们正常出行,满足长期以及长途出行需求

[4]。现如今,碳纤维技术凭借自身的优势以及特征,已经从根本上实现广泛应用以及生产,然而在生产成本方面,碳纤维技术远远高于其他技术,这样就容易造成新能源汽车价格昂贵。然而目前在生产技术日益进步以及社会经济迅速发展的背景下,碳纤维技术高速发展,材料可以在较短的时间内成型,而且投入更多的资金,生产出更多的材料,在很大程度上促进新能源汽车的改革以及轻量化成型。

(三)重视技术的运用,完成汽车优化重组

汽车轻量化的主要目的是减少汽车重量,不断完善以及改造新能源汽车总体内外部结构,以显著提升新能源汽车质量,加强使用性能。目前,我国优化设计新能源汽车内外部结构的手段是以CAD以及CAM等等为主,合理运用这些技术,可以在最大限度上改进汽车总体结构以及内部零件,使新能源汽车的使用寿命得到延长。最初的车辆设计方案是否合理直接关乎到新能源汽车是否具有良好的使用性能,两者有不可分割的关联。要想使新能源汽车具有优越的性能,生产企业在设计车辆以及内部时必须要结合汽车轻量化的要求,尽可能将汽车轻量化充分体现出来。

4结束语

总之,新能源汽车等技术应用的电动汽车大量地出现,对我们整个国内传统纯电动混合汽车市场来说也的确产生了到了这样一种具有极大的正面冲击力的正面冲击。虽然到现在仍因为传统电动助力汽车电池续航使用能力里程偏长存在的许多实际技术问题,新能源汽车市场产品在某一些关键实际技术功能与运用效率指标上已经远无法完全再达到市场上预期中的使用效果,但从今后开始随着传统电动车等轻量化的生产以及技术及应用上的创新不断得到深化的发展,未来中国整个传统汽车市场就已经几乎注定了会永远是一个专属于新能源汽车。而在整个目前乃至整个的汽车行业格局发展之中,轻量化的轿车技术发展也已经无疑地在占据了其相当重要的历史地位,需要国内外的各个国家汽车企业能够共同的注重于在这两一方面实现技术性能水平的一个整体提升。

参考文献:
  [1]新能源汽车全塑车身先进制造技术[J].秦柳,肖勇,丁玉梅,虞华春,朱国才,杨卫民.中国塑料.2014(12).
  [2]铝在现代汽车轻量化中的应用[J].王竑,陈昌明,吴宪.上海汽车.2004(12).
  [3]汽车轻量化[J].欧飞,任禾.中国经济和信息化.2013(10).

 

 


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