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    1. 新材料與工藝手冊

      新能源汽車輕量化途徑及其評價

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      樓主
      發表于 2021-2-25 16:08:10 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式

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      新能源汽車輕量化途徑及其評價

      張超,江鵬飛
      (湖北工業職業技術學院,湖北 十堰 442000)
      摘 要:文章從新能源汽車輕量化途徑及其評價的角度出發,對新能源汽車輕量化的必要性、實現途徑、可替代材料進行分析,旨在重點闡述新能源汽車的整車輕量化研究方法及其優缺點,并從車身輕量化的角度說明新能源汽車未來的發展前景,希望通過此類專題研究可以啟發新能源汽車的從業人員,在車身輕量化的基礎上達成節能減排的目標。
      關鍵詞:新能源汽車;輕量化;途徑及其評價
      前言

      在能源匱乏的現代社會,全球的石油資源都在面臨枯竭。傳統的燃油汽車的發展受到能源和環境保護兩方面的限制。能源的匱乏使得燃油汽車的發展遇到了瓶頸。人們亟需尋找可以代替石油能源的新能源來作為替代性能源。目前人們采取鋰電池以及天然氣兩種主要的能源形式代替原本的石油能源,而這兩種能源中終歸有一種能源會代替燃油車成為汽車未來的發展方向。在環境保護政策的影響下,人們更傾向于使用電力作為汽車驅動的新能源,而電力與天然氣與以往的石油能源相比純凈無污染。也正是如此,純電動汽車的市場前景非常廣闊。

      1 新能源汽車輕量化的必要性

      現代社會在發展迅速的同時,近些年來的能源消耗也大于以往幾十年的能源消耗,F代社會對能源需求量逐漸增多。每年花在汽車上的能源就多不勝數。從能源的消耗與儲備的占比來看,現代社會處在一個能源匱乏的時代。合理、節制地開采和規劃使用能源已經成為世界各國的共識。我國經濟的快速增長大部分是以自然生態為代價換取來的。傳統燃油汽車的使用和大范圍的普及加速了能源的損耗和環境的污染。目前我國一直在倡導要走綠色可持續發展的道路。鑒于我國提出的發展戰略和當前的能源形式都要求我國發展出一種新的能源汽車代替傳統的燃油汽車。在新能源汽車的設計方面輕量化的特點又顯得極為重要。新能源汽車之所以采取輕量化設計的特點是可以有效降低汽車對能源造成的浪費。從這點可以看出輕量化對于新能源汽車發展、制造以及投產使用的重要性。目前世界上對新能源汽車輕量化的研究主要遵從三方面。首先是對新能源汽車進行輕量化的設計和分析。這部分的重點是在于找出汽車輕量化的影響因素和設計方案。傳統燃油汽車經過一個多世紀以來的發展其車身設計、用料都已經形成系統的體系。而新能源汽車卻處在探索和研究的階段。其次是通過材料替代或者選取新材料的方法解決新能源汽車輕量化的問題[1]。最后是使用最新的生產制造工藝,利用制造工藝對某種新材料進行加工,使之轉化為輕量化的結構材料[2]。

      2 新能源汽車輕量化途徑總論

      目前新能源汽車的輕量化設計已經成為新能源汽車設計的主要形式。按照汽車輕量化的原則與標準需要先對汽車進行設計和分析。其主要內容主要是研究人員利用專業的工程制圖軟件如 CAD等計算機技術。之后按照新能源汽車的結構和布局進行優化升級。對相關的輕量化材料和零部件需要對其厚度進行靈活分析和修改。零件在設計初期需要對零件的剛強度進行分析。為了省去測量存在的麻煩,研究人員也可以從外部的信息數據庫當中直接查詢到零件的剛強度。將原本繁雜的工作精簡為幾步,可以快速地提高工作效率。同時在輕量化的現代車身制造時,要有大局意識,從全局的角度看待哪種車身設計方法更適合現實的設計。新能源汽車的輕量化結車身設計的優化可以從不同層面去看。首先是要確定多種輕量化材料的匹配工作,若在新能源汽車輕量化的設計過程當中,出現了輕量化材料與現實所需不匹配的情況發生,十分容易產生使用上的錯誤。研究新能源汽車輕量化設計可以將其分成不同區域,一方面減少新能源汽車上面零部件使用的數量,其前提必須保證新能源汽車的性能不會隨著新能源汽車零部件的減少而影響整個汽車性能的正常發揮,車子零部件的減少最終目的在于減重[3]。

      經過這種設計方式實現新能源汽車的輕量化,其能夠在未投產的設計環節就能夠達到輕量化的目標。設計工作一旦成型,生產和制造人員只需要按照圖紙的設計去進行投入,后期就不需要進行繁瑣的修改工作。這樣的輕量化實現方式大大節約了人力、物力以及財力的投入,在提高工作效率的基礎上,又減少了工作量。但是這種新能源汽車的輕量化實現方式也可能存在一定的問題。這種輕量化實現途徑需要設計者具備長期且豐富的工作經驗,同時也需要新能源汽車最新的數據庫。這種前期對新能源汽車的輕量化設計過于理想,前期大部分都是基于理論的構思和設計,并未真正進行實踐證明或者說該假設驗證過程較為復雜[4]。

      2.1 輕量化的設計和分析

      在眾多新能源汽車輕量化實現方式當中,人們越來越傾向于尋找新型材料來實現新能源汽車輕量化這一目標。就目前來看,新型材料實現輕量化的方式占據了大部分的市場份額。經過人們不斷的探索和實驗,人們目前用于實現新能源汽車輕量化的新型材料主要有兩種。兩種材料各有優缺點。第一類材料屬于高強度材料,其典型的代表有高強度鋼和高強度不銹鋼等。第二類材料屬于輕質材料,這類材料的典型代表有鋁合金、鎂合金、鈦合金、塑料、陶瓷以及復合材料等[5]。

      不管使用高強度材料還是輕質材料都能實現新能源汽車輕量化的目標。不過就目前新能源汽車車身來講,不同汽車使用的輕量化材料不同。目前汽車車身使用輕量化材料較為廣泛。目前市面上大部分的汽車都是采用碳纖維作為汽車車身的材料。由于碳纖維單體殼車身具有輕量化、高扭轉剛度、高整合度以及高安全等優勢在汽車領域得到了廣泛使用。

      2.2 采用材料替代或采用新材料

      與傳統汽車所使用的材料相比,采用新材料能夠更好代替傳統汽車材料達到輕量化的目的。目前經驗證已經得知新型材料具有質量輕、強度高等一系列的優點。這些優點能滿足現代人對于汽車的大部分需求。并且在很大程度上提升汽車的整體性能。類似于百米加速、耗油量、續航里程、舒適度、安全性和穩定性都應新型材料的使用而得到大幅度的提升。當然新型材料優點和弊端是并存的。目前新材料的研發成本高,導致在制造生產方面的造價也高,很難進行大面積的普及和使用。并且由于新型材料結構的復雜性,也給研發新材料工作帶來了有一定的難題[6]。

      2.3 采用先進的制造工藝

      新能源汽車的輕量化還可以采用先進的制造工藝來實現,F階段人們利用熱成形技術與激光拼焊技術來實現輕量化的目的。熱成形技術是利用熱沖壓高強度鋼板加熱到與奧氏體接近的溫度,通過一段時間保溫,使整個鋼板達到整個奧氏體的溫度,在轉移到冷卻系統的模具進行沖壓。之后再進行保壓與冷卻步驟,其目的是提高材料整體強熱成形。經過熱沖壓后的材料抗拉強度會得到大幅度的提升,這在減輕的車身質量的同時,又提升了整個汽車的安全性,使其更加耐撞。而激光拼焊工藝是為了完善鋼板密度小的問題而出現的。目前該項技術已經應用于汽車產業當中,通過將不同材質及厚度的零件通過焊接的方式組成一個完整零件,之后將其作為一個整體沖壓成所需零件形狀,這樣大大降低了資源的浪費與損耗。利用激光拼焊技術的汽車其整體強度要高于傳統的汽車。并且通過減少零件的形式,達到了控制成本,實現生產效益的目的。

      3 結語

      總的來說,在我國政策的要求下,新能源汽車將會是未來發展的大趨勢。而發展新能源汽車則可以有效達到降低資源損耗和環境保護的目的。輕量化汽車的實現在提高資源利用率以及提升汽車各項性能的基礎上,實現了各項技術的靈活運用。

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