芻議新能源汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)

劉鋒

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)與科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)如今為了減少汽車的污染，新能源汽車進(jìn)入了市場，而進(jìn)一步的減排措施就是汽車輕量化目標(biāo)的發(fā)展，但是其中的關(guān)鍵技術(shù)也是需要重視的。根據(jù)相關(guān)的證明，利用汽車輕量化技術(shù)中的纖維增強(qiáng)熱塑性材料進(jìn)行新能源汽車的構(gòu)造，不僅可以降低車輛的重量，而且也能提高整個汽車的質(zhì)量，加上電池和性能的改造，這樣一來就極大地提高汽車的整體穩(wěn)定性和科技性能。本文從集成化超輕新能源汽車、復(fù)合材料的車身、集成纖維增強(qiáng)熱塑性地板以及大型全塑車身模塊化旋塑模具這幾個方面展開討論，并對新能源汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)提出了個人的見解。

關(guān)鍵詞：新能源汽車 輕量化 關(guān)鍵技術(shù)

1 引言

汽車輕量化的發(fā)展主要是為了保證汽車自身的質(zhì)量和安全性能，從汽車的動力、節(jié)約減排以及降低污染等角度上作為出發(fā)點，以此來研發(fā)其中的關(guān)鍵技術(shù)。目前為止，汽車輕量化主要是從材料的設(shè)計、構(gòu)造的設(shè)計以及功能的設(shè)計等角度去研發(fā)。另外，新能源汽車目前必須要根據(jù)人們消費觀念去分析，以動力和系統(tǒng)這兩個方面作為突破口，這樣才能讓人們更加滿意，從而設(shè)計出極具現(xiàn)代化的新能源汽車類型。慕尼黑科技大學(xué)的教授在對輕量化新能源汽車的研發(fā)上提出了采用SABIC和新型的PC材料來降低汽車的整體重量并提高質(zhì)量。而德國的高校也研發(fā)出了以純電動為基礎(chǔ)的INECO概念的新能源汽車，主要是以復(fù)合材料為主，整個汽車的重量還不到900千克。我國北京化工大學(xué)的實驗室從高分子材料作為突破口，將復(fù)合材料引入車身進(jìn)行輕量化研究，然后是對于車身的設(shè)計工藝技術(shù)也從全塑形為研究方向，這樣就能夠提高汽車的整體效果[1]。

2 集成化超輕新能源汽車

超輕的新能源汽車所采用的電池和發(fā)電機(jī)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，其中的關(guān)鍵技術(shù)主要是利用半承載式的全塑車身和一些已經(jīng)擁有的設(shè)備設(shè)計開發(fā)。全塑的車身在新能源汽車的輕量化設(shè)計當(dāng)中十分重要，也是基礎(chǔ)的組成結(jié)構(gòu)，和傳統(tǒng)的汽車車身相比，全塑身的設(shè)計主要講究的是一體化和模塊化的思路設(shè)計，而且新能源汽車當(dāng)中的各部分功能和零件也都是高科技，這樣做的直接效果就是能夠盡可能地減少汽車當(dāng)中的零件組成，然后有效地降低生產(chǎn)成本，這樣也就符合了輕量化的設(shè)計目標(biāo)。而超輕的新能源汽車在對于電池、行駛系統(tǒng)以及復(fù)合材料的車身等組成上，基本上就會把整個車身的質(zhì)量控制在了850千克左右[2]。

3 復(fù)合材料的車身

對于全塑身的新能源汽車工藝體現(xiàn)的是旋塑成型方式，其中也經(jīng)過了多次的加料，這樣就能實現(xiàn)車身的實心、發(fā)泡以及實心相結(jié)合的效果，也被稱之為三明治。這種新能源汽車的車身屬于一體化成型，所采用的材料基本上都是一些纖維增強(qiáng)的微發(fā)泡材料，主要的優(yōu)勢是能夠?qū)⒁恍└叻肿拥牟牧咸鎿Q掉金屬材料，這樣在產(chǎn)品設(shè)計的時候就會更加的靈活，并且在塑造外形的時候也更加輕便。尤其是后期對零部件的加工和安裝的時候，整個車身都不會太過復(fù)雜，不僅能夠減少安裝的時間，而且也能夠科學(xué)有效的降低成本投入。除此之外，在全塑車身的設(shè)計過程當(dāng)中，安全性能是最為重要的，因為在汽車行駛的過程當(dāng)中如果出現(xiàn)了碰撞的話，無論是駕駛員還是乘客都或多或少會受到傷害。所以說對于全塑的車身在新能源汽車設(shè)計中實施碰撞的模擬分析，這樣就會發(fā)現(xiàn)在碰撞下車身發(fā)生了很大程度上的變形，所以說在復(fù)合材料的選擇上，最好是用合金6000系列的鋁制為汽車的車身框架，然后結(jié)合復(fù)合材料完成車身的組合。因為鋁制的材料所構(gòu)成的框架是相對來說比較堅硬的，而且還有著很強(qiáng)的延展性，這樣一來在面對變形的時候可以更有效地保證駕駛員和乘客的安全。而且在使用纖維來豐富車身構(gòu)造的時候也能夠有著明顯的回彈效果，當(dāng)汽車處于低速行駛的時候發(fā)生碰撞那么纖維車身就會逐漸自我修復(fù)。總體來說復(fù)合材料的使用使得新能源汽車實現(xiàn)了優(yōu)勢與缺陷的一種互補(bǔ)效果，這對于未來新能源汽車的發(fā)展趨勢而言是比較可觀的[3]。

4 集成纖維增強(qiáng)熱塑性地板

熱塑性的底板和塑料車身以及鋁制的車身框架加在一起，并利用穿孔的效果將這三個結(jié)構(gòu)有機(jī)連接到一起，這樣就能形成一個相對封閉的汽車框架。當(dāng)汽車行駛的時候會產(chǎn)生負(fù)荷，三個結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)平攤，就算遇到了碰撞也能互相吸收能量。而且為了讓塑化的底板能夠在彎曲和扭轉(zhuǎn)的程度上具有剛度特性，塑化的底板結(jié)構(gòu)就必須要使用纖維來增強(qiáng)效果，然后在中央隧道的結(jié)構(gòu)上利用循序漸進(jìn)纖維式的結(jié)構(gòu)來支撐其地板。集成化纖維增強(qiáng)熱塑性地板是通過旋塑成型的設(shè)備在精密的設(shè)計下才構(gòu)建出模型的，當(dāng)加入纖維來增強(qiáng)其中材料橫縱向雙軸模具的時候會出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)加熱，這樣材料就會逐漸地在加熱基礎(chǔ)上持續(xù)融化然后覆蓋到模具上面，再利用冷水的工藝來冷卻模具，這樣就能實現(xiàn)地板的集成化，而新能源汽車的集成化纖維技術(shù)也因此成型。

5 大型全塑車身模塊化旋塑模具

新能源汽車在全塑身的設(shè)計當(dāng)中使用的基本上都是旋塑成型工藝，它在塑料成型工藝當(dāng)中的一種，主要是通過熱塑性的材料完成加工，其中的設(shè)備結(jié)構(gòu)相對簡單，而且在模具的制造上并不用投入太高的成本，相對來說比較適合那些大制作。另外，它還有著原料使用效率高的優(yōu)點，目前在新能源汽車的全塑身模塊構(gòu)建上有著很可觀的發(fā)展效果。但不得不考慮的一個問題是，全塑身的新能源汽車在結(jié)構(gòu)上是非常復(fù)雜的，而且對于各結(jié)構(gòu)上的尺寸要求非常嚴(yán)格，在構(gòu)建的時候需要十分精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，再加上模具的設(shè)計和加工以及維修成本較高的前提下，這樣一來就會給工作帶來非常大的困境。基于此，根據(jù)一些文獻(xiàn)和實踐的證明下對于全塑身的新能源汽車模塊化的旋塑模具設(shè)計可以從汽車自身的功能、車身輪廓以及位置等元素基礎(chǔ)上分成不同的模塊，然后在模具構(gòu)建的時候可以將其形成一個整體然后設(shè)計出模型，這樣的話就能夠促進(jìn)施工工藝的合理化效果。而且通過這種模塊化的設(shè)計與組合方法上能夠?qū)⒋笮腿苘嚿砟K化旋塑模具變得更為簡單，而新能源汽車的成型效率和精準(zhǔn)度也能有效地提高[4]。

另外，在新能源汽車的成形工藝上，也可分為連續(xù)變截面板和內(nèi)高壓成形工藝這兩種。前者是在新能源汽車的焊接工藝上，在近些年也出現(xiàn)了一種可以能夠利用柔性軋制技術(shù)而生成的連續(xù)的變截面板，它和傳統(tǒng)的軋制加工方法的縱扎工藝有著一定的相似之處，但是最大的不同就是在軋制的過程當(dāng)中扎昆的距離能夠靈活的變化，這樣就能夠讓軋制出的薄板在軋制的方向上可以提前就預(yù)定好截面的形狀。這種技術(shù)可以利用計算機(jī)來實現(xiàn)自動化的操作，將扎昆之間的間距科學(xué)的進(jìn)行控制，這樣一來就能夠讓等厚度板到連續(xù)變截面板之間的軋制實現(xiàn)良好的連接。在上個世紀(jì)90年代的時候，德國的工業(yè)大學(xué)對于金屬成型的研究便開始涉及到了連續(xù)變截面軋制技術(shù)，而且當(dāng)?shù)氐墓驹贗BF的技術(shù)當(dāng)中合成了新型的軋制工藝，由此便開始規(guī)模化的生產(chǎn)連續(xù)變截面板了。那么根據(jù)新能源汽車輕量化的結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中，把結(jié)構(gòu)優(yōu)化并利用定制好的連續(xù)變截面板成型，這樣就能夠達(dá)到最佳的輕量化目標(biāo)。而且隨著柔性軋制技術(shù)的不斷完善，成本也隨之降低，這樣一來連續(xù)變截面板就一定會在新能源輕量化關(guān)鍵技術(shù)當(dāng)中的重點，而且也是日后技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，是值得推廣的[5]。

6 總結(jié)

第一，在超輕新能源汽車的設(shè)計上合理地利用發(fā)泡型的三明治結(jié)構(gòu)體征完成車身整體上的構(gòu)造，然后結(jié)合模擬的結(jié)構(gòu)以及各部分零件的功能集成，這樣就能夠合理地實現(xiàn)新能源汽車的輕量化目標(biāo)。第二，超輕新能源汽車在集成化的全塑身結(jié)構(gòu)設(shè)計上所能促成的作用是可以降低車身當(dāng)中組件的數(shù)量，那么以此就能推斷出系能源汽車的建設(shè)成本和加工工藝程序都會有所降低，這樣一來，不僅可以提高汽車的自身性能，而且也能在降低成本的基礎(chǔ)上最大化實現(xiàn)效率。另外，塑料作為原材料對車身進(jìn)行設(shè)計它的優(yōu)勢就是可塑性，也就是說在設(shè)計新能源汽車的外形上可以更加靈活和自由，這也達(dá)到了一種滿足于空氣力學(xué)的效果。第三，超輕的新能源汽車在材料、結(jié)構(gòu)以及工藝等基礎(chǔ)上去研發(fā)會利用大量的纖維復(fù)合材料進(jìn)行加工，這樣的話，就能在很大程度上降低汽車的整體重量并提高質(zhì)量。而且在鋁制材料作為車身結(jié)構(gòu)的時候能夠?qū)⑵渑c超輕全塑的車身優(yōu)勢相結(jié)合，這樣一來，就算發(fā)生嚴(yán)重的撞擊，那么新能源超輕汽車也能在最佳的效果下保證駕駛員和乘客的安全。第四，超輕的新能源汽車在全塑身的基礎(chǔ)上利用了模塊化旋塑模具進(jìn)行構(gòu)造，這樣能夠降低模具的制造和安裝難度，而且也能提高汽車車身的塑模成型效率。

參考文獻(xiàn)：

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