浅析新能源汽车轻量化设计现状

侯鹏飞 张志鑫 卫亚楠 杨轩 文丽英

摘要：现代技术水平的提高，推动着我国汽车行业的发展，新能源汽车发展方向也得到了进一步的拓展。新能源汽车正朝着智能化，节能化，低碳化趋势进行进一步的探索。在这些方面上，新能源汽车必须从轻量化的角度考虑，进一步减轻自身的质量，实现轻量化。这样的发展在未来更加符合人们对于新能源汽车性能上的要求。对新能源汽车进行科学基础上的现代化智能化方向的不断拓展，将满足人们的各类需求。

关键词：新能源汽车;轻量化;设计

引言

汽车的发明改善了人们的出行条件，以其极大的便利性和舒适性广受人们的欢迎。多年以来，以化石燃料为能源的传统汽车带来了大量的污染，汽车尾气排放在我国多个地区引发的雾霾严重影响着人们的身体健康及日常生活。大力发展新能源汽车可以很好的解决我国人民的出行难题及环境污染问题。我国汽车发展仅有几十年的历史，但新能源汽车作为一个新兴行业，围绕新能源汽车的设计及研究相对来说还是一个新的领域，因此，研究新能源汽车的结构，对新能源汽车轻量化处理有着重要的意义。

1.新能源汽车发展背景

汽车发展已经有着近百年的历史，从18世纪发展到今天，汽车经过了几代的更迭。汽车的发展目的是为了方便人们的出行，便利人们的生活。近些年来，为响应国家低碳化，节能减排的号召，我国汽车厂商大力发展新能源汽车。在这种情况下，轻量化，智能化，微型化将是我国汽车的发展趋向。在大力发展新能源汽车过程中，我们也很容易就能发现新能源汽车相对传统燃油车的一些不足，比如单次续航里程远低于燃油车，充满燃料速度缓慢等等。解决这些问题的方法有很多，包括但不限于进一步发展电池，减轻新能源汽车质量以提升平均速度和续航。新能源汽车通过合理的结构设计及发展新型新材料，将进一步提升性能，缩短与燃油车之间的差距。

2.新能源汽车轻量化现状及趋势

在当今的发展情况下，我国对传统汽车的轻量化设计包括对汽车框架结构的优化，使用新材料，对汽车复杂零件制造工艺上改进。在对新能源汽车轻量化设计时，我们可以对汽车底盘结构进行优化及更换新型材料来减轻汽车质量。例如改进拓扑结构，对汽车的设计尺寸方面进行优化及对汽车生产过程的模块化;减少汽车零件或减轻零件的质量，同时优化汽车零件间的连接方式。。在汽车加工工艺当中，采用合金钢，铝合金等性能较好的新型材料，既能减轻汽车的总体质量，同时也保证了汽车整体质量上的合格。

汽车的轻量化对于我国实现节能减排有极其重要的意义。随着我国国民经济水平的提高，人民的环保意识也有所增强，对于汽车也有了更多的要求。越来越多的辅助设备安装在汽车上，这将是对我国汽车轻量化一次大的考验。在保证汽车性能及能耗的前提下，合理的使用有限元分析，完成对汽车的性能的评价，对我国新能源汽车轻量化有着重要的意义。相较于传统汽车，新能源汽车更加受到人们的追捧和欢迎，新能源汽车的轻量化也被提上日程。

3.新能源汽车轻量化的设计方案

3.1新能源汽车结构的轻量化。

新能源汽车包括纯电动汽车，混合动力汽车及燃料电池汽车。市场上见到的多为纯电动洗车和混合动力汽车，车上搭载的元器件有蓄电池，电机等电力设备。与传统车辆相比，在拆除了内燃机离合器等部件后，我们可以利用反演技术，优化目标来使汽车的布置结构更为合理。

我国目前还没形成系统的新能源车架构架，车家构架涉及到多个方面，多个领域，对减轻汽车质量有着重要意义。

目前对汽车结构的轻量化局限于汽车尺寸的减小及汽车结构的优化。要实现进一步结构上的轻量化，我们必须保证在保证汽车刚度强度以及零件寿命的情况下，简化压缩汽车零部件的使用，以进一步达到轻量化设计的目的。传统汽车动力传输往往以机械零件运作为主，机械零件间配合的精密性使其不能随意更改位置及替换零件。新能源汽车往往是以柔性线路进行运输动力，机械零件间的配合很少。因此我们可以很容易的控制汽车前后及左右方向的配重比来提高汽车的制动性及操纵稳定性，进一步提高汽车的动力性。

3.2材料选择上的轻量化

汽车材料的轻量化往往是对汽车框架，零部件等方面进行材料的更换。近些年来，不同的新型材料出现，使我们在汽车材料上轻量化有了更多的选择。我国目前广泛应用的新型材料包括高强度合金钢，轻型和金刚，及碳纤维，陶瓷等非金属材料。

铝合金，镁合金，钛合金，高强度钢等合金材料往往相较于普通的金属材料非常的轻便，显著降低了汽车的整体质量。使用各种合金，新型材料不仅可以节约成本，还可以更有效地提高汽车的整体强度。复合材料密度往往比普通材料要小，性能更加优越。目前我国的大多数车辆上的零部件多为金属材料，若能将所有的金属材料替换为新型材料，可以极大地减轻汽车的质量。例如将车架，车身替换为更轻便的高强度钢。我国目前也不断加大新材料在新能源汽车上的应用，在考虑强度，刚度，稳定性的情况下，受到一部分技术上以及成本上的制约，新能源汽车在轻量化发展上遇到了很大的阻碍。

非金属材料领域，随着对复合材料和碳纤维材料研究的不断加深，我们已经能够很好的掌握这种材料的性能，便可以在一定程度上替代金属材料。这些材料主要应用于汽车的内部结构，其他的装饰管路线路，汽车的外部装饰。碳纤维作为一种新型材料，具有极强的韧性，在某些方面的力学性能甚至超过了钢铁，可以在汽车上发挥极其优越的效果。但收到一部分成本及技术的制约，我们很难将其大量使用在汽车当中。很多时候，制约汽车发展的并不是材料，而是成本。目前关于碳纤维的研究已经成熟，如果可以快速的使碳纤维材料成型，并进行低成本的大量制造，这将对我国新能源汽车轻量化产生显著的影响。

新型材料在汽车整体上的使用将是新能源汽车轻量化的关键所在，从实际生产及用途来看，新材料在大部分情况的表现上远远超过普通材料。新型材料复杂的结构及精妙的加工工艺将是对我国技术人员的一次考验。

3.3电池及加工工艺的轻量化

新能源汽车与传统汽车轻量化最大的不同在于使用能源的不同。电池作为新能源汽车的重要组成部分，采用更加可靠轻便的电池，可以极大的减轻汽车的质量。目前市场上的新能源汽车电池包括锂电池和燃料电池，主流的研究方向是锂电池。锂电池中包括铅酸电池，三元锂电池，磷酸铁离子电池。若考虑轻量化的方向，能量密度最大的三元锂电池将是首选。相较于其他电池，三元锂离子电池已也相对稳定。对于新一代汽车电池方向的研究，我们必须考虑电池的质量及安全性。同时在电池的编排上，合理的排列布局可以有效的增强电池的能量密度。对电池内部的结构进行改造也可以有效的减轻电池的质量，新能源汽车的更新换代离不开对电池的更新。

汽车加工工艺过程中，采用合理的设计方案，不仅能够降低汽车成本，还可以有效减少材料的使用及消耗量。将汽车某些零件一体化设计。可以有效提升材料的利用率。对不同厚度的钢板焊接成型可以实现对材料的微小损耗，减轻汽车整体的质量。对某些材料进行特殊的冲压工艺，还可以保证材料性能前提下，增强材料的强度，提升汽车的安全性和可靠度。

4结束语

对新能源汽车轻量化的过程中，我们不仅要考虑汽车整体质量的轻量化，还应该考虑汽车的安全性与可靠性能。轻量化发展是汽车工业发展的一个大的趋势，低碳节能减耗的理念也是目前消费者对于汽车越来越看中的要求。为达到轻量化的目的，新能源汽车生产厂家必须不断的进行探索和研究，发展新能源汽车轻量化的新的发展方向，并结合实际，将新能源汽车轻量化作为一个重要的方面进行整体设计。

参考文献：

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[2]刘雨婷，胡代钧，刘献栋，单颖春，路洪洲.关于汽车结构设计中存在轻量化极限的分析*[J].汽车工程，2019，（第8期）.