汽車輕量化技術研究

王新華　馬東民　李振興　李文中

摘 要：當今，隨著石油資源的日益減少以及人們環保意識的不斷增強，新能源汽車的發展日益蓬勃，其取代傳統燃油車的時間指日可待。然而，制約新能源汽車發展的因素有很多，其中整車重量是影響新能源汽車續航里程的重要因素，因此，車身輕量化技術的發展迫在眉睫。本文闡述了汽車輕量化的開發路徑、鋁在汽車輕量化中的應用。

關鍵詞：新能源 輕量化 鋁合金

1 引言

隨著人們環保和能源意識的不斷加強，各車企推出碳減排計劃，打造綠色出行汽車。電動汽車成為汽車界的新寵兒。

相對汽油車，新能源汽車的主要特點是：動力來自清潔能源，節能、環保、零排放；無發動機，噪音??；使用成本低。相比加滿一箱汽油動輒幾百元的汽油車，電動車每周的出行成本通常在幾十元，有的車甚至只花費一毛錢每公里的電費，而同等級的汽油車，在當下汽油價格不斷攀升的情況下，一公里需要花費四、五毛錢。

2 中國及全球新能源汽車發展趨勢預測

根據國家統計局數據，全球新能源汽車的銷售增長率，以每年140%的增長率逐年遞增。

3 影響新能源汽車發展的因素

石油是不可再生資源，隨著汽車保有量的增大，傳統的汽油車用到的燃料在大量消耗著石油資源。如果不發展新能源汽車，終究有一天石油資源將面臨著枯竭的情況。同時，汽車尾氣對環境的污染也非常大，發展新能源汽車勢在必行。

然而，新能源汽車的發展，目前面臨著諸多制約因素。

3.1 充電配套設備

目前，供新能源汽車使用的充電樁、充電站，遠遠沒有加油站數量多。當然，用戶也可以選擇在家里的地下停車位安裝充電樁，但無停車位的用戶就受到限制。用戶在使用過程中，充電不便利是制約用戶選擇新能源汽車的因素之一。

3.2 動力電池技術障礙

動力電池的性能、使用壽命存在瓶頸。電池的能量密度目前還處在一個較低水平，一次充電的電量難以滿足續航里程要求。充電時間較長也使用戶感覺到使用不便。主機廠正在研發快充電池技術，使用戶有良好的使用體驗。

3.3 政策環境

當前一些大型城市出臺汽油車限購、限號出行等政策。但新能源汽車往往不受這些政策的限制。因此，政府如出臺一些利好政策，是非常有利于新能源汽車的發展的。

4 新能源汽車主要性能技術要求趨勢

4.1 續航里程

新能源汽車的續航里程要求以30%以上的速度逐年遞增。預計到2024年，續航里程的要求將達到1000km。當然，是否能達到預期的續航里程，還要依托于技術的發展。

4.2 電耗

低壓電耗的降低可以有效提升續航里程。主機廠在研發過程中，也在降低低壓電耗，以使續航里程得到提升。

4.3 加速時間

加速時間是汽車動力性能的重要指標。當前，加速時間正以每年10%的變化逐年降低。

綜上所述，新能源汽車高續航、低電耗、加速快的性能要求日益提高，給輕量化也帶來更為嚴格的挑戰。

5 新能源汽車續航里程的主要影響因素

影響續航的主要因素有：重量、風阻系數、卡鉗最大拖滯力矩、電機系統總平均效率、輪胎滾阻系數、低壓電耗。

據統計，整車重量每降低100kg，續航里程將增加15km。

造型是風阻系數最大的影響因素。車身底部設計、排氣管等部件的合理布局、進氣格柵的設計等都是影響風阻的重要因素。

輪胎滾阻系數降低0.05%，續航里程可以得到3.5km的提升。如果使用低滾阻輪胎，可減少輪胎與地面接觸面積，進而減少滾動阻力。

低壓電耗包括駕駛輔助系統，如車機、轉向、導航、照明、除霜除霧等。

從對續航里程的貢獻、技術開發難度和優先級綜合分析，新能源汽車的輕量化開發勢在必行；新能源汽車的輕量化開發相對其他技術開發在技術資源整合利用、開發周期和風險控制方面具有明顯優勢。

6 汽車開發輕量化路徑

汽車輕量化路徑主要有：結構輕量化、材料輕量化、薄壁化設計等幾方面。

6.1 結構輕量化

可通過減少沖壓零件搭接的接頭面積、中空設計、模塊化設計等實現。

車身零件連接時，搭接的焊接邊長度達到最小焊接標準即可。如焊接邊過長，整車會增加一部分重量，同時也會造成成本的浪費，而搭接邊長度增長并不會對性能提升帶來好處。

實心管狀零件改為中空設計，可使其在滿足性能要求的同時又帶來了重量的收益。

模塊化設計即將幾個零件優化成一個零件，實現功能的同時，也有效減輕了重量、提高了生產效率。

6.2 材料輕量化

金屬零件可以用密度很低的非金屬材料來替代，如成本允許，這是很好的一條減重路徑。例如使用復合材料電池底護板來替代金屬電池底護板，使用復合材料翼子板、后背門、發動機罩板來替代傳統的金屬材料等等，這些都是已經在車型開發中使用并驗證過的輕質材料設計。

6.3 薄壁化設計

車身外覆蓋件是非承力部件，從最初的料厚0.7mm、0.8mm，到現在使用較多的0.65mm，減重效果相當可觀。內部的支架，一般也控制在料厚1.2左右，如有特殊需求，可以適當增加料厚。

7 鋁合金材料在汽車輕量化上的應用

7.1 鋁合金加工工藝及應用部位

汽車用鋁合金的加工工藝，通常分為鋁板、鋁型材、鑄造。

鋁板通常使用在沖壓件上，如側門內外板、翼子板、發動機罩、后背門等。

7.2 汽車用鋁合金型號的選用

7.2.1 鑄鋁

鑄鋁在車身上常用于下車體，如減震塔、地板等。經常選用HPDC ALSi10Mg T7。

7.2.2 車身薄板件選用型號

車身薄板常用鋁代替鋼板以減重的部位有：車門外板、發動機罩外板等外覆蓋件；車門內板、發動機罩內板等內板件；車身加強件。常用的鋁板型號詳見表２：

7.2.3 車身鋁型材選用型號：

鑄鋁常用于防撞梁，如車身前后防撞梁、下車體門檻梁，常用的鑄鋁牌號見下表３：

被車企應用起來，而隨著應用的日益廣泛。

8 結論

新能源汽車的發展，要求整車重量輕而獲得更高的續航里程。當今的汽車輕量化，正朝著用高強鋼、輕質合金替代傳統鋼板的方向發展。新型材料也正在如火如荼地研發，但當前有些新材料推廣應用的不夠廣泛，因成本較高而使其應用受到了限制。相信在未來的若干年內，新材料將逐漸本也會隨之降低。

輕量化的發展受到了節能減排、性能提升等多重需求的牽引。輕量化是實現降本的重要手段，降重及降成本。當然，應用輕量化的前提，是與性能之間達成平衡。

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