王立波

摘 要：為應對全球氣候變化，新能源汽車早已成為我國汽車產業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略舉措，而汽車輕量化對降低能源消耗起著重要作用。文章以新能源客車為對象進行研究，通過車身結構優(yōu)化、輕質材料應用、先進制造工藝和電池系統優(yōu)化四個途徑來對新能源客車輕量化技術進行分析。關鍵詞：新能源汽車;客車;輕量化中圖分類號：U469.7 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）10-08-02

Research on Lightweight Path of New Energy Bus

Wang Libo

（ Yangling Vocational and Technical College， Shaanxi Xianyang 712100 ）

Abstract：?In?order?to?face?the?challenges?of global?climate?change， new energy vehicles have long been a strategic measure for the development of China's automobile industry， and vehicle lightweight plays an important role in reducing energy consumption. This paper takes the new energy bus as the object of study， and analyzes the new energy bus lightweight technology through four ways： body structure optimization， light material application， advanced manufacturing process and battery system optimization.Keywords： New energy vehicle; Bus; LightweightCLC NO.： U469.7 ?Document Code： A ?Article ID：?1671-7988（2020）10-08-02

前言

在環(huán)境保護要求日益提高、全球氣候變暖、節(jié)能減排措施日趨嚴格的背景下，新能源汽車的發(fā)展則是目前緩解能源、環(huán)境和氣候問題較有效的方法之一。我國將新能源汽車發(fā)展作為從汽車大國到汽車強國的必由之路，是應對氣候變化，推動綠色發(fā)展的戰(zhàn)略舉措^[1]。

2015年5月29日，國務院發(fā)布的《中國制造2025》（國發(fā)[2015]28 號）文件提出，將全面實施制造強國戰(zhàn)略，其中新能源汽車作為中國未來十年重點發(fā)展領域，繼續(xù)支持新能源汽車發(fā)展，提升動力電池、驅動電機、智能控制、輕量化材料等核心技術，推動新能源汽車的發(fā)展，為中國節(jié)能和新能源汽車產業(yè)發(fā)展指明了方向。

1?新能源客車輕量化研究的必要性

汽車輕量化、智能化、電動化和網聯化是我國汽車產業(yè)的四大發(fā)展方向，為達到節(jié)能減排的目的，汽車輕量化是主要途徑之一。

我國客車車身骨架大多由型鋼焊接而成，導致車身質量過大^[2]。有數據顯示，大客車車身骨架作為客車的主要承載結構，其質量占大客車總質量的30%～40%，新能源客車“三電”系統約占大客車總質量的25%^[3][4]。

為了提升新能源客車的性能品質和市場競爭力，提高續(xù)航里程，減少電耗，通過對車身結構設計優(yōu)化、輕量化材料應用、先進制造工藝應用、動力電池系統輕量化技術應用等措施，如圖1所示，降低新能源客車的整備質量。

2?新能源客車輕量化的技術途徑

2.1?整車結構設計優(yōu)化

整車結構優(yōu)化可分為尺寸、形狀、拓撲和結構類型優(yōu)化，尺寸優(yōu)化和形狀優(yōu)化已經得到廣泛的應用，而拓撲優(yōu)化可滿足更高的車身結構輕量化要求^[4]，在滿足車身結構的強度、剛度、安全性的條件下，通過對純電動客車車身骨架結構拓撲優(yōu)化設計，車頂骨架拓撲優(yōu)化分析，車底骨架拓撲優(yōu)化分析，可實現減重率達20%以上^[5]。

2.2?采用輕量化材料

（1）高強度鋼。高強度鋼（HSS）是指屈服強度在210-?550MPa之間、抗拉強度在270-700MPa之間的鋼材，而屈服強度超過550MPa的鋼材則稱為超高強度鋼。高強度鋼依然是客車輕量化主要材料，近年來，鋼材作為客車車身的主要材料，在滿足剛度、強度及防腐能力要求的基礎上，通過多種改進技術，鋼材的品質和性能大大提高。Q355B、Q700的矩形鋼管的應用，不但可以提高客車車身的強度和剛度，而且可以大大減少車身重量。

（2）輕質合金材料。通過對車身骨架、門、內飾等采用輕質合金材料，在實現車身輕量化、整車降重方面，目前效果最為明顯，漸成趨勢的鋁、鎂合金材料的應用。鋁、鎂合金有優(yōu)越的強度和輕量化特性、防腐、環(huán)保等優(yōu)異的特點。有數據表明，在車身機構機械性能得到滿足的條件下，車身骨架五大片采用鋁合金材料，而底骨架為傳統的鋼結構材料，應用鋁合金材料后，整車可減重約560kg，憑借鋁、鎂合金材料優(yōu)異特點，現已成為汽車減重的首選材料^[6]。

（3）復合材料。主要有玻璃纖維增強材料，碳纖維增強材料，具有重量輕，剛度，強度和耐腐蝕好等優(yōu)點，在儀表盤、前部保險杠，車身內飾件、側圍內飾襯板、地板及座椅等結構上應用并取得顯著效果。有實驗表明，通過充分采用復合材料，可明顯減少客車質量。

2.3?先進輕量化制造工藝

輕量化制造工藝主要指輕量化車身材料制造和連接的新工藝，新能源客車在輕量化材料應用的同時在制造工藝方面，對輕量化也起到重要的作用，如：金屬合金材料的液壓成型、熱成型、內高壓成型及鋁合金半固態(tài)成型等新型成型工藝^{[8] [9]}，鉚釘車身拼接、混合氣MAG焊、雙脈沖MIG焊、鎂合金或鋁合金鍛壓輕量化輪轂合金技術、復合材料成型及“鉚接-粘接”等技術的應用，提高了各部件連接強度和車體密封性，減少了加強筋及附屬的生產工藝，以及部件的數量和材料消耗都相應的減少，從而降低了整車質量，在輕量化、密封性、抗腐蝕性等方面都可得到改進^[10]。

2.4?電池系統優(yōu)化

新能源客車的核心部件就是動力電池，對整車性能起著直接影響的作用，重量占到客車的20%左右。對于新能源客車而言，安全性最重要，磷酸鐵鋰電池安全性能符合要求，其循環(huán)壽命也是最好，廣泛應用在新能源客車上，但是磷酸鐵鋰電池單體的比能量較低。數據顯示，2019年度新能源客車電池裝機量中，磷酸鐵鋰電池占比為90.3%，在滿足其安全性能的前提下，提高動力電池能量密度，降低電池系統重量，將使新能源客車續(xù)航里程大大提高。在結構設計方面對電池系統優(yōu)化，在輕量化材料方面，采用高強度鋼，鎂、鋁合金，纖維復合材料，工程塑料等應用。在成型連接工藝方面，采用激光焊接、熱壓成型、液壓成型、微孔發(fā)泡注塑及材料打印等技術。

3 結論

通過以上研究，新能源客車在車身結構設計優(yōu)化、輕質材料應用、采用先進制造工藝以及動力電池系統優(yōu)化等方面，對輕量化發(fā)展起到了重要作用。我國汽車輕量化研究起步較晚，隨著新能源汽車行業(yè)發(fā)展和國家政策的加持，對企業(yè)提出了更高的要求，輕量化核心技術還需要不斷進行研究。

參考文獻

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