刍议新能源汽车轻量化的关键技术

刘锋

摘 要：随着我国经济与科技的不断发展，现如今为了减少汽车的污染，新能源汽车进入了市场，而进一步的减排措施就是汽车轻量化目标的发展，但是其中的关键技术也是需要重视的。根据相关的证明，利用汽车轻量化技术中的纤维增强热塑性材料进行新能源汽车的构造，不仅可以降低车辆的重量，而且也能提高整个汽车的质量，加上电池和性能的改造，这样一来就极大地提高汽车的整体稳定性和科技性能。本文从集成化超轻新能源汽车、复合材料的车身、集成纤维增强热塑性地板以及大型全塑车身模块化旋塑模具这几个方面展开讨论，并对新能源汽车轻量化的关键技术提出了个人的见解。

关键词：新能源汽车 轻量化 关键技术

1 引言

汽车轻量化的发展主要是为了保证汽车自身的质量和安全性能，从汽车的动力、节约减排以及降低污染等角度上作为出发点，以此来研发其中的关键技术。目前为止，汽车轻量化主要是从材料的设计、构造的设计以及功能的设计等角度去研发。另外，新能源汽车目前必须要根据人们消费观念去分析，以动力和系统这两个方面作为突破口，这样才能让人们更加满意，从而设计出极具现代化的新能源汽车类型。慕尼黑科技大学的教授在对轻量化新能源汽车的研发上提出了采用SABIC和新型的PC材料来降低汽车的整体重量并提高质量。而德国的高校也研发出了以纯电动为基础的INECO概念的新能源汽车，主要是以复合材料为主，整个汽车的重量还不到900千克。我国北京化工大学的实验室从高分子材料作为突破口，将复合材料引入车身进行轻量化研究，然后是对于车身的设计工艺技术也从全塑形为研究方向，这样就能够提高汽车的整体效果[1]。

2 集成化超轻新能源汽车

超轻的新能源汽车所采用的电池和发电机技术已经非常成熟，其中的关键技术主要是利用半承载式的全塑车身和一些已经拥有的设备设计开发。全塑的车身在新能源汽车的轻量化设计当中十分重要，也是基础的组成结构，和传统的汽车车身相比，全塑身的设计主要讲究的是一体化和模块化的思路设计，而且新能源汽车当中的各部分功能和零件也都是高科技，这样做的直接效果就是能够尽可能地减少汽车当中的零件组成，然后有效地降低生产成本，这样也就符合了轻量化的设计目标。而超轻的新能源汽车在对于电池、行驶系统以及复合材料的车身等组成上，基本上就会把整个车身的质量控制在了850千克左右[2]。

3 复合材料的车身

对于全塑身的新能源汽车工艺体现的是旋塑成型方式，其中也经过了多次的加料，这样就能实现车身的实心、发泡以及实心相结合的效果，也被称之为三明治。这种新能源汽车的车身属于一体化成型，所采用的材料基本上都是一些纤维增强的微发泡材料，主要的优势是能够将一些高分子的材料替换掉金属材料，这样在产品设计的时候就会更加的灵活，并且在塑造外形的时候也更加轻便。尤其是后期对零部件的加工和安装的时候，整个车身都不会太过复杂，不仅能够减少安装的时间，而且也能够科学有效的降低成本投入。除此之外，在全塑车身的设计过程当中，安全性能是最为重要的，因为在汽车行驶的过程当中如果出现了碰撞的话，无论是驾驶员还是乘客都或多或少会受到伤害。所以说对于全塑的车身在新能源汽车设计中实施碰撞的模拟分析，这样就会发现在碰撞下车身发生了很大程度上的变形，所以说在复合材料的选择上，最好是用合金6000系列的铝制为汽车的车身框架，然后结合复合材料完成车身的组合。因为铝制的材料所构成的框架是相对来说比较坚硬的，而且还有着很强的延展性，这样一来在面对变形的时候可以更有效地保证驾驶员和乘客的安全。而且在使用纤维来丰富车身构造的时候也能够有着明显的回弹效果，当汽车处于低速行驶的时候发生碰撞那么纤维车身就会逐渐自我修复。总体来说复合材料的使用使得新能源汽车实现了优势与缺陷的一种互补效果，这对于未来新能源汽车的发展趋势而言是比较可观的[3]。

4 集成纤维增强热塑性地板

热塑性的底板和塑料车身以及铝制的车身框架加在一起，并利用穿孔的效果将这三个结构有机连接到一起，这样就能形成一个相对封闭的汽车框架。当汽车行驶的时候会产生负荷，三个结构能够实现平摊，就算遇到了碰撞也能互相吸收能量。而且为了让塑化的底板能够在弯曲和扭转的程度上具有刚度特性，塑化的底板结构就必须要使用纤维来增强效果，然后在中央隧道的结构上利用循序渐进纤维式的结构来支撑其地板。集成化纤维增强热塑性地板是通过旋塑成型的设备在精密的设计下才构建出模型的，当加入纤维来增强其中材料横纵向双轴模具的时候会出现旋转加热，这样材料就会逐渐地在加热基础上持续融化然后覆盖到模具上面，再利用冷水的工艺来冷却模具，这样就能实现地板的集成化，而新能源汽车的集成化纤维技术也因此成型。

5 大型全塑车身模块化旋塑模具

新能源汽车在全塑身的设计当中使用的基本上都是旋塑成型工艺，它在塑料成型工艺当中的一种，主要是通过热塑性的材料完成加工，其中的设备结构相对简单，而且在模具的制造上并不用投入太高的成本，相对来说比较适合那些大制作。另外，它还有着原料使用效率高的优点，目前在新能源汽车的全塑身模块构建上有着很可观的发展效果。但不得不考虑的一个问题是，全塑身的新能源汽车在结构上是非常复杂的，而且对于各结构上的尺寸要求非常严格，在构建的时候需要十分精准的数据，再加上模具的设计和加工以及维修成本较高的前提下，这样一来就会给工作带来非常大的困境。基于此，根据一些文献和实践的证明下对于全塑身的新能源汽车模块化的旋塑模具设计可以从汽车自身的功能、车身轮廓以及位置等元素基础上分成不同的模块，然后在模具构建的时候可以将其形成一个整体然后设计出模型，这样的话就能够促进施工工艺的合理化效果。而且通过这种模块化的设计与组合方法上能够将大型全塑车身模块化旋塑模具变得更为简单，而新能源汽车的成型效率和精准度也能有效地提高[4]。

另外，在新能源汽车的成形工艺上，也可分为连续变截面板和内高压成形工艺这两种。前者是在新能源汽车的焊接工艺上，在近些年也出现了一种可以能够利用柔性轧制技术而生成的连续的变截面板，它和传统的轧制加工方法的纵扎工艺有着一定的相似之处，但是最大的不同就是在轧制的过程当中扎昆的距离能够灵活的变化，这样就能够让轧制出的薄板在轧制的方向上可以提前就预定好截面的形状。这种技术可以利用计算机来实现自动化的操作，将扎昆之间的间距科学的进行控制，这样一来就能够让等厚度板到连续变截面板之间的轧制实现良好的连接。在上个世纪90年代的时候，德国的工业大学对于金属成型的研究便开始涉及到了连续变截面轧制技术，而且当地的公司在IBF的技术当中合成了新型的轧制工艺，由此便开始规模化的生产连续变截面板了。那么根据新能源汽车轻量化的结构设计当中，把结构优化并利用定制好的连续变截面板成型，这样就能够达到最佳的轻量化目标。而且随着柔性轧制技术的不断完善，成本也随之降低，这样一来连续变截面板就一定会在新能源轻量化关键技术当中的重点，而且也是日后技术发展的必然趋势，是值得推广的[5]。

6 总结

第一，在超轻新能源汽车的设计上合理地利用发泡型的三明治结构体征完成车身整体上的构造，然后结合模拟的结构以及各部分零件的功能集成，这样就能够合理地实现新能源汽车的轻量化目标。第二，超轻新能源汽车在集成化的全塑身结构设计上所能促成的作用是可以降低车身当中组件的数量，那么以此就能推断出系能源汽车的建设成本和加工工艺程序都会有所降低，这样一来，不仅可以提高汽车的自身性能，而且也能在降低成本的基础上最大化实现效率。另外，塑料作为原材料对车身进行设计它的优势就是可塑性，也就是说在设计新能源汽车的外形上可以更加灵活和自由，这也达到了一种满足于空气力学的效果。第三，超轻的新能源汽车在材料、结构以及工艺等基础上去研发会利用大量的纤维复合材料进行加工，这样的话，就能在很大程度上降低汽车的整体重量并提高质量。而且在铝制材料作为车身结构的时候能够将其与超轻全塑的车身优势相结合，这样一来，就算发生严重的撞击，那么新能源超轻汽车也能在最佳的效果下保证驾驶员和乘客的安全。第四，超轻的新能源汽车在全塑身的基础上利用了模块化旋塑模具进行构造，这样能够降低模具的制造和安装难度，而且也能提高汽车车身的塑模成型效率。

参考文献：

[1]方永利，黄洁，张峰，石荡赫.参数驅动的新能源汽车吸能盒结构优化设计[J].机械设计，2020，37（S2）：181-186.

[2]熊自柳，齐建军，刘宏强，孙力，梁爱国.新能源汽车及其轻量化技术发展现状与趋势[J].河北冶金，2020（07）：1-9.

[3]张博，王曼曼，文振，赵帅宇，王勇.一种新能源商用车车架布置结构[J].汽车实用技术，2020（11）：24-25+38.

[4]张进华. 内燃机技术研发仍应得到产业、企业的高度重视[N].汽车商报，2020-09-14（A02）.

[5]王谦，丁晓红.面向新能源汽车的座椅结构设计[J].农业装备与车辆工程，2020，58（09）：58-62.