新能源汽車(chē)發(fā)展態(tài)勢(shì)及其輕量化

摘 要：發(fā)展新能源汽車(chē)尤其是電動(dòng)汽車(chē)已經(jīng)成為汽車(chē)工業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，而輕量化能夠顯著提升電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航能力，推動(dòng)其進(jìn)一步發(fā)展。在此背景下，綜述了新能源汽車(chē)國(guó)內(nèi)外的研發(fā)現(xiàn)狀與發(fā)展前景，分析了新能源汽車(chē)輕量化的重要作用和現(xiàn)階段可適用于新能源汽車(chē)輕量化的主要途徑，以及輕質(zhì)材料在汽車(chē)輕量化上的應(yīng)用前景和關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē) 輕量化 輕質(zhì)材料

中圖分類(lèi)號(hào)：TB303 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）04（c）-0041-05

Abstract：The research and development of new energy vehicles， especially electrical cars has become an inevitable trend under the healthy and sustainable development of automotive industry. Lightweight can significantly improve the endurance of electric vehicles， and promote its further development. In this context， reviewing the research and development status and development prospects of new energy vehicles all over the world， analyzing the important role of lightweight， the applicable lightweight methods for new energy vehicles， and application prospects and trends of lightweight materials.

Key Words：New energy vehicles； lightweight； light-weight materials

隨著工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)成為世界各國(guó)發(fā)展需要共同面對(duì)的主要難題之一。工業(yè)排放導(dǎo)致全球氣候變暖、霧霾等一系列環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)重，減少燃料排放，發(fā)展更加清潔的新能源是環(huán)境治理的有效途徑。汽車(chē)工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)，同時(shí)也是全球碳排放的第二大產(chǎn)業(yè)，汽車(chē)的節(jié)能減排是緩解環(huán)境問(wèn)題，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)健康發(fā)展的關(guān)鍵。目前，解決汽車(chē)工業(yè)應(yīng)對(duì)節(jié)能環(huán)保問(wèn)題采取的措施體現(xiàn)在3個(gè)方面：一是大力發(fā)展以電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)為代表的新能源汽車(chē)；二是開(kāi)發(fā)并制造技術(shù)先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)；三是實(shí)現(xiàn)汽車(chē)整車(chē)質(zhì)量的輕量化[1]。新能源汽車(chē)是指采用新型動(dòng)力系統(tǒng)，完全或主要依靠新型能源驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)，規(guī)劃所指新能源汽車(chē)主要包括純電動(dòng)汽車(chē)、插電式混合動(dòng)力汽車(chē)及燃料電池汽車(chē)。歐美各國(guó)在新能源汽車(chē)的研究與發(fā)展領(lǐng)域起步較早，其政府也制定了相關(guān)法律和政策來(lái)推動(dòng)和保障新能源汽車(chē)的發(fā)展，通過(guò)減免稅收等刺激手段來(lái)擴(kuò)大消費(fèi)市場(chǎng)，發(fā)展較為成熟。我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)始于21世紀(jì)初，現(xiàn)階段在關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、基礎(chǔ)配套設(shè)施建設(shè)、消費(fèi)市場(chǎng)規(guī)模等方面與歐美等國(guó)家還有較大差距，其中電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航能力的提升是市場(chǎng)應(yīng)用需要解決的關(guān)鍵。傳統(tǒng)燃油車(chē)的輕量化可以降低油耗，提升能動(dòng)性，同樣對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)而言，輕量化可以有效提高續(xù)航能力?，F(xiàn)階段，采用鋁鎂合金、高性能鋼、纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料等輕質(zhì)材料是最成熟的輕量化方式。

1 新能源汽車(chē)的國(guó)內(nèi)外研究與發(fā)展現(xiàn)狀與態(tài)勢(shì)

1.1 新能源汽車(chē)國(guó)內(nèi)外研究與發(fā)展現(xiàn)狀

新能源汽車(chē)在美國(guó)通常被稱(chēng)為“可替代燃料汽車(chē)”，采用乙醇（E85）、CNG（壓縮天然氣）等清潔燃料取代柴油或者汽油作為燃料。2007年公布的可再生燃料標(biāo)準(zhǔn)要求美國(guó)汽車(chē)能耗的4%必須是可再生燃料，總量大約為47億加侖，這一標(biāo)準(zhǔn)值至2012年將達(dá)到75億加侖。圖1[2]是美國(guó)燃料乙醇產(chǎn)量、消費(fèi)和凈出口情況，近年來(lái)美國(guó)乙醇產(chǎn)量和消費(fèi)量均處于快速上升中，其主要來(lái)源就是汽車(chē)替代燃料。除了替代燃料之外，近幾年來(lái)美國(guó)發(fā)展的新能源還包括生物柴油、混合動(dòng)力、氫燃料、液化石油（LPG）等。新能源汽車(chē)的發(fā)展與應(yīng)用離不開(kāi)政府的政策支持與鼓勵(lì)，自1993年美國(guó)政府提出“新一代汽車(chē)伙伴計(jì)劃”以來(lái)，推出了大量相關(guān)政策，其中大多數(shù)針對(duì)汽車(chē)提升平均的單位油耗行駛里程，以此降低每公里的CO2排放量，這些政策推動(dòng)新能源汽車(chē)技術(shù)的創(chuàng)新與推廣，促進(jìn)了該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[2]。美國(guó)各屆政府都提出了新能源汽車(chē)發(fā)展的創(chuàng)新政策，2009年奧巴馬政府發(fā)動(dòng)清潔能源革命，將大力發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)作為實(shí)施新能源戰(zhàn)略的重要內(nèi)容，通過(guò)稅收減免和退稅刺激消費(fèi)來(lái)推動(dòng)插電式混合動(dòng)力和更節(jié)油汽車(chē)的銷(xiāo)量。截至2014年12月份，美國(guó)插電式混合動(dòng)力汽車(chē)銷(xiāo)量達(dá)到119 710輛。政府的推動(dòng)政策能夠估計(jì)和促進(jìn)新能源汽車(chē)的研究與發(fā)展，擴(kuò)大新能源汽車(chē)的消費(fèi)市場(chǎng)。

歐洲更加側(cè)重于溫室氣體減排戰(zhàn)略，將滿(mǎn)足日益嚴(yán)格的CO2排放限制要求作為發(fā)展新能源汽車(chē)的主要驅(qū)動(dòng)力。歐洲新能源汽車(chē)發(fā)展的主要目標(biāo)在早期以生物質(zhì)燃料和天然氣為主，在21世紀(jì)初期提出到2020年實(shí)現(xiàn)23%的石油替代，主要是生物質(zhì)燃料、CNG以及氫燃料，將溫室氣體排放量降低到至少低于1990年的20%，將能源消耗中可再生能源（生物資源、風(fēng)力、水力、太陽(yáng)能）的比例提高到20%。歐洲各國(guó)政府也根據(jù)本國(guó)情況制定了大量的政策和措施來(lái)推動(dòng)新能源汽車(chē)的發(fā)展與應(yīng)用推廣。以德國(guó)為例，新能源和可再生能源電力立法保障了德國(guó)在可再生能源領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)先，近幾年來(lái)憑借這一優(yōu)勢(shì)全力推動(dòng)新能源汽車(chē)的發(fā)展。2009年8月頒布了“國(guó)家電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展計(jì)劃”，目標(biāo)是至2012年使德國(guó)擁有100萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)。2009年德國(guó)政府通過(guò)的經(jīng)濟(jì)刺激計(jì)劃中，很大一部分用于電動(dòng)汽車(chē)研發(fā)、“汽車(chē)充電站”網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和可再生能源開(kāi)發(fā)。其中插電式混合動(dòng)氣電動(dòng)汽車(chē)在歐洲迅速發(fā)展。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)快速發(fā)展，群眾購(gòu)車(chē)剛性需求旺盛，汽車(chē)保有量繼續(xù)呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。數(shù)據(jù)顯示截至2015年底全國(guó)民用汽車(chē)保有量達(dá)到17 228萬(wàn)輛（包括三輪汽車(chē)和低速貨車(chē)955萬(wàn)輛），比上年末增長(zhǎng)11.5%，其中私人汽車(chē)保有量14 399萬(wàn)輛，增長(zhǎng)14.4%。民用轎車(chē)保有量9 508萬(wàn)輛，增長(zhǎng)14.6%，其中私人轎車(chē)8 793萬(wàn)輛，增長(zhǎng)15.8%。隨之增長(zhǎng)的是汽車(chē)能源消耗和排放增長(zhǎng)。新能源汽車(chē)的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化是我國(guó)建設(shè)綠色經(jīng)濟(jì)、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。2001年，我國(guó)啟動(dòng)了“863計(jì)劃”電動(dòng)汽車(chē)重大專(zhuān)項(xiàng)，涉及的電動(dòng)汽車(chē)包括三類(lèi)：純電動(dòng)、混合動(dòng)力和燃料電池汽車(chē)，并以這三類(lèi)電動(dòng)汽車(chē)為“三縱”，多能源動(dòng)力總成控制、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力蓄電池為“三橫”，建立“三縱三橫”的開(kāi)發(fā)布局[3]。2015年，“十三五”規(guī)劃提出實(shí)施新能源汽車(chē)推廣計(jì)劃，提高電動(dòng)車(chē)產(chǎn)業(yè)化水平。新能源汽車(chē)研發(fā)費(fèi)用大、成本較高。目前，我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展尚不成熟，與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家還有很大的差距，歐美新能源汽車(chē)研究與發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)表明，政府的支持和補(bǔ)貼是新能源汽車(chē)大規(guī)模走向市場(chǎng)的重要因素。目前，我國(guó)新能源汽車(chē)在大規(guī)模走向消費(fèi)市場(chǎng)的實(shí)現(xiàn)中還存在基礎(chǔ)設(shè)施配套缺乏、關(guān)鍵技術(shù)克服以及消費(fèi)市場(chǎng)尚不成熟等障礙，需要在政府政策大力支持下加快技術(shù)自主創(chuàng)新的步伐，增強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

1.2 新能源汽車(chē)國(guó)內(nèi)外研究與發(fā)展態(tài)勢(shì)

目前，各國(guó)都在大力發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)，包括純電動(dòng)和插電式混合動(dòng)力。純電動(dòng)汽車(chē)以電動(dòng)機(jī)代替燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，在這個(gè)過(guò)程中單純依靠電能驅(qū)動(dòng)沒(méi)有任何有害物質(zhì)排放，不會(huì)污染周?chē)h(huán)境，是解決目前日漸嚴(yán)重的溫室效應(yīng)的重要途徑之一。插電式混合動(dòng)力汽車(chē)，車(chē)體同時(shí)具備大容量動(dòng)力電池和汽車(chē)專(zhuān)用電動(dòng)設(shè)備，當(dāng)電池容量?jī)?chǔ)備足夠時(shí)使用電池驅(qū)動(dòng)，當(dāng)電能低于移動(dòng)水平時(shí)，轉(zhuǎn)而使用燃油驅(qū)動(dòng)，通過(guò)燃油和電能的互相支持，一方面使用電能降低廢氣排放，減少環(huán)境污染；另一方面通過(guò)燃油提供的強(qiáng)勁動(dòng)力解決動(dòng)力電池功率較低的問(wèn)題。然而對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)而言，續(xù)航能力是其產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)化需要克服的關(guān)鍵。電池技術(shù)是決定電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航能力的決定性技術(shù)之一，除了電池技術(shù)之外，電動(dòng)汽車(chē)的重量也是其續(xù)航能力的限制性因素之一。車(chē)身質(zhì)量的降低一方面允許裝配更多的電池；另一方面可以有效提升汽車(chē)的能動(dòng)性。清華大學(xué)教授，汽車(chē)安全與節(jié)能?chē)?guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任歐陽(yáng)明高教授指出，全球新能源汽車(chē)發(fā)展正在經(jīng)歷三大技術(shù)改革：第一是動(dòng)力電氣化深入發(fā)展，包括動(dòng)力電池與純電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)、燃料汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的不斷進(jìn)步、插電式混合動(dòng)力汽車(chē)的機(jī)電混合裝置的成熟；第二是車(chē)輛智能化技術(shù)變革；第三是結(jié)構(gòu)輕量化技術(shù)變革，從可持續(xù)發(fā)展的要求出發(fā)，汽車(chē)輕量化技術(shù)的研究已經(jīng)成為未來(lái)汽車(chē)發(fā)展的必然趨勢(shì)[4]。技術(shù)的創(chuàng)新和進(jìn)步是提升汽車(chē)燃油動(dòng)力性，降低消耗，減少污染排放的最有效途徑[5]。

2 新能源汽車(chē)輕量化的重要作用及其主要途徑

輕量化是目前汽車(chē)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的最有效措施，是汽車(chē)工業(yè)追求健康可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)趨勢(shì)。數(shù)據(jù)顯示，汽車(chē)的整體質(zhì)量每降低10%，油耗可降低6%～8%[6]，與此同時(shí)，汽車(chē)減重不見(jiàn)減少油耗，也減少了大氣中CO2的排放量，車(chē)重每減少50%，CO2的排放量就會(huì)減少13%，同時(shí)也減少了其他有害物質(zhì)的排放，如，氮化物、硫化物等，對(duì)提高環(huán)境的質(zhì)量也起到了很大的作用[7]。在傳統(tǒng)燃油車(chē)輕量化技術(shù)研究與發(fā)展的基礎(chǔ)上，新能源汽車(chē)的輕量化可以提高動(dòng)力性，能夠有效解決續(xù)航能力不足，更能平衡輕量化材料導(dǎo)致的成本上升，帶動(dòng)輕量化的規(guī)模，從而推動(dòng)新能源汽車(chē)消費(fèi)市場(chǎng)的擴(kuò)大。采用輕質(zhì)材料是現(xiàn)階段最成熟的輕量化方式，鋁鎂合金、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用，預(yù)計(jì)未來(lái)會(huì)更多地應(yīng)用于新能源汽車(chē)。

2.1 輕量化的主要途徑

對(duì)于傳統(tǒng)燃油車(chē)而言，先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)與實(shí)現(xiàn)汽車(chē)整車(chē)質(zhì)量的輕量化是其節(jié)能減排的有效方式。但是目前隨著發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)制造技術(shù)提升強(qiáng)度的日益增大，輕量化已經(jīng)成為目前汽車(chē)工業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保目標(biāo)的最有效措施之一。隨著新能源汽車(chē)技術(shù)的日益發(fā)展和各國(guó)政府的激勵(lì)政策，以電動(dòng)汽車(chē)為代表的新能源汽車(chē)將成為各國(guó)解決汽車(chē)工業(yè)節(jié)能減排的必然趨勢(shì)。目前在沒(méi)有成熟的基礎(chǔ)設(shè)施、沒(méi)有足夠快的充電方式等條件下，電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的瓶頸是續(xù)航能力問(wèn)題，而輕量化能顯著提高電動(dòng)車(chē)的續(xù)航能力。汽車(chē)的輕量化是指在保證汽車(chē)性能按安全性的前提下，實(shí)現(xiàn)整備質(zhì)量的降低。汽車(chē)輕量化不僅是車(chē)身的輕量化，還包含傳動(dòng)設(shè)備、電池等的輕量化。新能源汽車(chē)的輕量化技術(shù)可以從結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、輕量化材料和先進(jìn)制造工藝3個(gè)方面進(jìn)行[8]。在汽車(chē)輕量化材料方面，呈現(xiàn)出多元化的發(fā)展趨勢(shì)，單一的材料已不足以保證汽車(chē)的強(qiáng)度和剛度要求，因此，在未來(lái)汽車(chē)輕量化材料的解決方案中，更傾向于多種材料的組合，以充分利用各種材料的優(yōu)勢(shì)。此外，通過(guò)技術(shù)改進(jìn)降低材料的成本，減少稀缺金屬的使用量，提高材料的利用率，開(kāi)發(fā)兼具更好的環(huán)保性和可回收性的新材料，也是當(dāng)前輕量化材料研究的熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)[9]。現(xiàn)階段對(duì)于傳統(tǒng)車(chē)而言，采用鋁合金、鎂合金、高性能鋼、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等輕質(zhì)材料是最成熟的輕量化方法，輕質(zhì)材料的使用主要有3種模式，分別是結(jié)構(gòu)件以金屬為主，碳纖維等復(fù)合材料加強(qiáng)；車(chē)體上部是碳纖維等復(fù)合材料，底盤(pán)為鋁合金材料；金屬和復(fù)合材料等多種材料組合。因此，對(duì)于新能源汽車(chē)的輕量化而言，采用輕質(zhì)材料是目前成熟度最高、可行性最高的方法。根據(jù)文獻(xiàn)[10]研究預(yù)測(cè)未來(lái)5年電動(dòng)汽車(chē)輕量化需求的五大材料，分別是熱塑性復(fù)合材料、高性能鋼、熱固性復(fù)合材料、鋁合金和鎂合金。

2.2 輕質(zhì)材料

2.2.1高強(qiáng)度鋼

高強(qiáng)度鋼是指屈服強(qiáng)度介于210～550 MPa和抗拉強(qiáng)度在270～700 MPa的鋼材（簡(jiǎn)稱(chēng)HSS），主要用于制造車(chē)身板件和車(chē)身結(jié)構(gòu)件。表1列舉了高強(qiáng)度鋼在汽車(chē)結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用情況，高強(qiáng)鋼的應(yīng)用降低了板厚使得汽車(chē)結(jié)構(gòu)輕量化，有研究表明，當(dāng)鋼板厚度分別減小0.05 mm、0.1 mm和0.15 mm時(shí)，車(chē)身減重分別為6%、12%和18%，可見(jiàn)增加鋼板強(qiáng)度的同時(shí)減小板厚是減輕車(chē)重的主要途徑[11]。在汽車(chē)上應(yīng)用高強(qiáng)鋼能夠提高汽車(chē)的抗凹性、耐久強(qiáng)度和大變形沖擊強(qiáng)度安全性[12]，高強(qiáng)度鋼在抗碰撞性能、加工工藝和成本方面相較鋁鎂合金具有明顯優(yōu)勢(shì)，能夠滿(mǎn)足減輕汽車(chē)質(zhì)量和提高碰撞安全性能的雙重需要，成本經(jīng)濟(jì)性相較鋁鎂合金更高，現(xiàn)階段對(duì)于研發(fā)成本非常高的新能源汽車(chē)而言，高性能鋼是滿(mǎn)足輕量化需求的同時(shí)，也是節(jié)約成本的最佳選擇。但是目前高強(qiáng)鋼在應(yīng)用時(shí)面臨著成型件的起皺和開(kāi)裂等問(wèn)題，這些特點(diǎn)都導(dǎo)致高強(qiáng)鋼在成型時(shí)尺寸和形狀精度不良[13]，因此，需要完善高強(qiáng)鋼的成形技術(shù)。

2.2.2鋁鎂合金

在全球金屬行業(yè)中，鋁的應(yīng)用排名第二，僅次于鋼鐵，被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)部門(mén)，尤其是汽車(chē)行業(yè)[14-15]。汽車(chē)輕量化的首選材料是鋁合金，研究表明，汽車(chē)上每應(yīng)用1 kg鋁材，可獲得2 kg的減輕效果[16]，鋁合金密度低（2.69 g/cm3），通過(guò)冷作強(qiáng)化或者通過(guò)熱處理得到高強(qiáng)度。鋁合金本身具有良好的耐腐蝕性、可焊性、易成型性和導(dǎo)熱性等特點(diǎn)，關(guān)鍵是鋁合金易于回收再生。目前，發(fā)動(dòng)機(jī)、熱交換器、車(chē)輪等部件都使用了鋁合金，能夠達(dá)到很好的減重效果，表2列舉了不同鋁合金材料在汽車(chē)結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用情況。鋁合金是目前應(yīng)用最多也是最為成熟的輕金屬材料，調(diào)查顯示2015年全世界平均每輛汽車(chē)上是用鋁合金為150 kg，預(yù)計(jì)到2020年可能會(huì)達(dá)到180 kg，新能源汽車(chē)將會(huì)是鋁合金消費(fèi)的主要來(lái)源[17]。但是鋁合金在汽車(chē)上的應(yīng)用與鋼材還存在差距，力學(xué)性能低于鋼材且成本高于鋼材限制了鋁合金在汽車(chē)上的應(yīng)用發(fā)展。隨著能源危機(jī)問(wèn)題以及環(huán)境污染問(wèn)題的日益嚴(yán)重，汽車(chē)的輕量化研究愈將成為熱點(diǎn)問(wèn)題，而鋁合金材料以其具有的優(yōu)勢(shì)必將在汽車(chē)輕量化進(jìn)程的研究中發(fā)揮更加重要的作用[18]。

鎂合金被譽(yù)為21世紀(jì)最富于開(kāi)發(fā)和應(yīng)用潛力的“綠色工程材料”，比鋁合金輕36%，比鋼輕77%，是當(dāng)前工程應(yīng)用中質(zhì)量最輕、比強(qiáng)度最高的金屬材料，在航空航天、交通工具及電子產(chǎn)品等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景[19]。鎂合金車(chē)身質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、比剛度高、抗沖擊性好及阻尼減震性好，使用鎂合金可以極大地降低車(chē)身的質(zhì)量；極好地阻尼減震性可以吸收振動(dòng)和噪聲，能夠有效地降低汽車(chē)運(yùn)行時(shí)的噪聲，提高舒適性；鎂合金材料能夠百分之百回收利用降低成本[20]。汽車(chē)上應(yīng)用的鎂合金主要是壓鑄件，主要應(yīng)用于車(chē)身和底盤(pán)零件，如，儀表盤(pán)股價(jià)與橫梁、座椅骨架、轉(zhuǎn)向盤(pán)、進(jìn)氣歧管以及各種支架、罩蓋等[21]。鎂型材、變形鋁合金的應(yīng)用較少，因?yàn)閴鸿T鎂合金尺寸精度高、穩(wěn)定性好。但是變形鎂合金可以獲得更高的強(qiáng)度，更好的延展性及更多樣化的力學(xué)性能，可以滿(mǎn)足不同場(chǎng)合結(jié)構(gòu)件的使用要求，因此，開(kāi)發(fā)變形鎂合金是未來(lái)更長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展趨勢(shì)[22]。然而鎂合金高溫蠕變性能和抗腐蝕性能差[23]等缺點(diǎn)也限制了其在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用，同時(shí)鎂合金在應(yīng)用時(shí)需要解決與鋁合金、鋼等異種材料的連接，鎂合金在實(shí)際工程應(yīng)用中需要機(jī)械連接[24]，但是鎂合金采用機(jī)械連接常出現(xiàn)疲勞失效、高溫失效和電偶失效[25]。

2.2.3碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）是一種高強(qiáng)度的輕量化復(fù)合材料，具有力學(xué)性能優(yōu)良、耐疲勞、抗蠕變、材料尺寸穩(wěn)定、摩擦系數(shù)小、振動(dòng)衰減性能好、熱塑性樹(shù)脂成型周期短、可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于車(chē)身和內(nèi)部各種零件，例如：車(chē)身、底盤(pán)、保險(xiǎn)杠、驅(qū)動(dòng)軸等部件。汽車(chē)工業(yè)采用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料替代金屬材料是提高汽車(chē)性能、實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化的有效途徑之一，選用碳纖維復(fù)合材料制作結(jié)構(gòu)件、覆蓋件，可減輕質(zhì)量達(dá)30%左右[26]。隨著碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)水平的提高，應(yīng)用成本將會(huì)降低，未來(lái)會(huì)更多地應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)，對(duì)于相比于傳統(tǒng)車(chē)更需要輕量化的新能源汽車(chē)而言，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料有更大的應(yīng)用潛力?，F(xiàn)階段碳纖維在增強(qiáng)復(fù)合材料在汽車(chē)上的應(yīng)用除了需要解決成本問(wèn)題之外，急需解決碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料與高性能鋼和鋁鎂合金等異種材料的連接技術(shù)。由于熱性能、力學(xué)性能等方面的差異，異種材料之間采用合適的連接技術(shù)是材料在應(yīng)用中發(fā)揮自身性能優(yōu)勢(shì)，保證和優(yōu)化整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和性能的關(guān)鍵。

但是輕量化不能只追求采用輕質(zhì)材料，而需要與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)。同時(shí)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要采用合適的連接技術(shù)將由同種或者不同種材料制成的結(jié)構(gòu)連接起來(lái)，在保證及優(yōu)化整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和性能，充分利用各種材料的性能優(yōu)勢(shì)的前提下，盡量滿(mǎn)足不增加連接部位重量，提高生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)成本。通過(guò)多種材料的組合設(shè)計(jì)使用滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)的輕量化需求已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，在不同的機(jī)械性能需求部位，選擇合適的輕量化材料，一方面保證汽車(chē)的安全性能；另一方面最大程度上減輕車(chē)體重量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效果。

3 結(jié)語(yǔ)

新能源汽車(chē)的研發(fā)與應(yīng)用是緩解汽車(chē)工業(yè)資源消耗和環(huán)境污染帶來(lái)的巨大壓力的有效途徑，現(xiàn)階段，新能源汽車(chē)研發(fā)難度大，成本高，需要政府的大力支持，各國(guó)都制定了大量的相關(guān)政策來(lái)推動(dòng)新能源汽車(chē)的發(fā)展。新能源汽車(chē)的輕量化一方面能夠有效地降低車(chē)身的重量，提高能動(dòng)性，降低消耗，提升續(xù)航能力。采用高性能鋼、鋁鎂合金、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等輕質(zhì)材料是目前汽車(chē)工業(yè)輕量化最成熟的途徑，材料利用與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要結(jié)合起來(lái)，解決異種材料之間的連接技術(shù)才能最大力度發(fā)揮材料的結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)勢(shì)，保證汽車(chē)性能和安全性的條件下實(shí)現(xiàn)輕量化的目標(biāo)。優(yōu)化鋁鎂合金的加工成型工藝、提高碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)水平能夠平衡新能源汽車(chē)研發(fā)和輕質(zhì)材料應(yīng)用的成本，從而推動(dòng)新能源汽車(chē)的產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)化。

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