淺析新能源汽車輕量化設計現狀

侯鵬飛 張志鑫 衛亞楠 楊軒 文麗英

摘要：現代技術水平的提高，推動著我國汽車行業的發展，新能源汽車發展方向也得到了進一步的拓展。新能源汽車正朝著智能化，節能化，低碳化趨勢進行進一步的探索。在這些方面上，新能源汽車必須從輕量化的角度考慮，進一步減輕自身的質量，實現輕量化。這樣的發展在未來更加符合人們對于新能源汽車性能上的要求。對新能源汽車進行科學基礎上的現代化智能化方向的不斷拓展，將滿足人們的各類需求。

關鍵詞：新能源汽車;輕量化;設計

引言

汽車的發明改善了人們的出行條件，以其極大的便利性和舒適性廣受人們的歡迎。多年以來，以化石燃料為能源的傳統汽車帶來了大量的污染，汽車尾氣排放在我國多個地區引發的霧霾嚴重影響著人們的身體健康及日常生活。大力發展新能源汽車可以很好的解決我國人民的出行難題及環境污染問題。我國汽車發展僅有幾十年的歷史，但新能源汽車作為一個新興行業，圍繞新能源汽車的設計及研究相對來說還是一個新的領域，因此，研究新能源汽車的結構，對新能源汽車輕量化處理有著重要的意義。

1.新能源汽車發展背景

汽車發展已經有著近百年的歷史，從18世紀發展到今天，汽車經過了幾代的更迭。汽車的發展目的是為了方便人們的出行，便利人們的生活。近些年來，為響應國家低碳化，節能減排的號召，我國汽車廠商大力發展新能源汽車。在這種情況下，輕量化，智能化，微型化將是我國汽車的發展趨向。在大力發展新能源汽車過程中，我們也很容易就能發現新能源汽車相對傳統燃油車的一些不足，比如單次續航里程遠低于燃油車，充滿燃料速度緩慢等等。解決這些問題的方法有很多，包括但不限于進一步發展電池，減輕新能源汽車質量以提升平均速度和續航。新能源汽車通過合理的結構設計及發展新型新材料，將進一步提升性能，縮短與燃油車之間的差距。

2.新能源汽車輕量化現狀及趨勢

在當今的發展情況下，我國對傳統汽車的輕量化設計包括對汽車框架結構的優化，使用新材料，對汽車復雜零件制造工藝上改進。在對新能源汽車輕量化設計時，我們可以對汽車底盤結構進行優化及更換新型材料來減輕汽車質量。例如改進拓撲結構，對汽車的設計尺寸方面進行優化及對汽車生產過程的模塊化;減少汽車零件或減輕零件的質量，同時優化汽車零件間的連接方式。。在汽車加工工藝當中，采用合金鋼，鋁合金等性能較好的新型材料，既能減輕汽車的總體質量，同時也保證了汽車整體質量上的合格。

汽車的輕量化對于我國實現節能減排有極其重要的意義。隨著我國國民經濟水平的提高，人民的環保意識也有所增強，對于汽車也有了更多的要求。越來越多的輔助設備安裝在汽車上，這將是對我國汽車輕量化一次大的考驗。在保證汽車性能及能耗的前提下，合理的使用有限元分析，完成對汽車的性能的評價，對我國新能源汽車輕量化有著重要的意義。相較于傳統汽車，新能源汽車更加受到人們的追捧和歡迎，新能源汽車的輕量化也被提上日程。

3.新能源汽車輕量化的設計方案

3.1新能源汽車結構的輕量化。

新能源汽車包括純電動汽車，混合動力汽車及燃料電池汽車。市場上見到的多為純電動洗車和混合動力汽車，車上搭載的元器件有蓄電池，電機等電力設備。與傳統車輛相比，在拆除了內燃機離合器等部件后，我們可以利用反演技術，優化目標來使汽車的布置結構更為合理。

我國目前還沒形成系統的新能源車架構架，車家構架涉及到多個方面，多個領域，對減輕汽車質量有著重要意義。

目前對汽車結構的輕量化局限于汽車尺寸的減小及汽車結構的優化。要實現進一步結構上的輕量化，我們必須保證在保證汽車剛度強度以及零件壽命的情況下，簡化壓縮汽車零部件的使用，以進一步達到輕量化設計的目的。傳統汽車動力傳輸往往以機械零件運作為主，機械零件間配合的精密性使其不能隨意更改位置及替換零件。新能源汽車往往是以柔性線路進行運輸動力，機械零件間的配合很少。因此我們可以很容易的控制汽車前后及左右方向的配重比來提高汽車的制動性及操縱穩定性，進一步提高汽車的動力性。

3.2材料選擇上的輕量化

汽車材料的輕量化往往是對汽車框架，零部件等方面進行材料的更換。近些年來，不同的新型材料出現，使我們在汽車材料上輕量化有了更多的選擇。我國目前廣泛應用的新型材料包括高強度合金鋼，輕型和金剛，及碳纖維，陶瓷等非金屬材料。

鋁合金，鎂合金，鈦合金，高強度鋼等合金材料往往相較于普通的金屬材料非常的輕便，顯著降低了汽車的整體質量。使用各種合金，新型材料不僅可以節約成本，還可以更有效地提高汽車的整體強度。復合材料密度往往比普通材料要小，性能更加優越。目前我國的大多數車輛上的零部件多為金屬材料，若能將所有的金屬材料替換為新型材料，可以極大地減輕汽車的質量。例如將車架，車身替換為更輕便的高強度鋼。我國目前也不斷加大新材料在新能源汽車上的應用，在考慮強度，剛度，穩定性的情況下，受到一部分技術上以及成本上的制約，新能源汽車在輕量化發展上遇到了很大的阻礙。

非金屬材料領域，隨著對復合材料和碳纖維材料研究的不斷加深，我們已經能夠很好的掌握這種材料的性能，便可以在一定程度上替代金屬材料。這些材料主要應用于汽車的內部結構，其他的裝飾管路線路，汽車的外部裝飾。碳纖維作為一種新型材料，具有極強的韌性，在某些方面的力學性能甚至超過了鋼鐵，可以在汽車上發揮極其優越的效果。但收到一部分成本及技術的制約，我們很難將其大量使用在汽車當中。很多時候，制約汽車發展的并不是材料，而是成本。目前關于碳纖維的研究已經成熟，如果可以快速的使碳纖維材料成型，并進行低成本的大量制造，這將對我國新能源汽車輕量化產生顯著的影響。

新型材料在汽車整體上的使用將是新能源汽車輕量化的關鍵所在，從實際生產及用途來看，新材料在大部分情況的表現上遠遠超過普通材料。新型材料復雜的結構及精妙的加工工藝將是對我國技術人員的一次考驗。

3.3電池及加工工藝的輕量化

新能源汽車與傳統汽車輕量化最大的不同在于使用能源的不同。電池作為新能源汽車的重要組成部分，采用更加可靠輕便的電池，可以極大的減輕汽車的質量。目前市場上的新能源汽車電池包括鋰電池和燃料電池，主流的研究方向是鋰電池。鋰電池中包括鉛酸電池，三元鋰電池，磷酸鐵離子電池。若考慮輕量化的方向，能量密度最大的三元鋰電池將是首選。相較于其他電池，三元鋰離子電池已也相對穩定。對于新一代汽車電池方向的研究，我們必須考慮電池的質量及安全性。同時在電池的編排上，合理的排列布局可以有效的增強電池的能量密度。對電池內部的結構進行改造也可以有效的減輕電池的質量，新能源汽車的更新換代離不開對電池的更新。

汽車加工工藝過程中，采用合理的設計方案，不僅能夠降低汽車成本，還可以有效減少材料的使用及消耗量。將汽車某些零件一體化設計。可以有效提升材料的利用率。對不同厚度的鋼板焊接成型可以實現對材料的微小損耗，減輕汽車整體的質量。對某些材料進行特殊的沖壓工藝，還可以保證材料性能前提下，增強材料的強度，提升汽車的安全性和可靠度。

4結束語

對新能源汽車輕量化的過程中，我們不僅要考慮汽車整體質量的輕量化，還應該考慮汽車的安全性與可靠性能。輕量化發展是汽車工業發展的一個大的趨勢，低碳節能減耗的理念也是目前消費者對于汽車越來越看中的要求。為達到輕量化的目的，新能源汽車生產廠家必須不斷的進行探索和研究，發展新能源汽車輕量化的新的發展方向，并結合實際，將新能源汽車輕量化作為一個重要的方面進行整體設計。

參考文獻：

[1]郭瓊琳.新能源汽車全塑車身設計及制造技術研究[J].現代制造技術與裝備，2018，（第1期）.

[2]劉雨婷，胡代鈞，劉獻棟，單穎春，路洪洲.關于汽車結構設計中存在輕量化極限的分析*[J].汽車工程，2019，（第8期）.