“汽車輕量化的發(fā)展將更加聚焦于優(yōu)化設(shè)計(jì)和多材料混合應(yīng)用。隨著產(chǎn)品設(shè)計(jì)、成形和連接技術(shù)更加成熟，市場(chǎng)將出現(xiàn)多種技術(shù)和多種技術(shù)路線并存的格局。”

新能源汽車如何延長(zhǎng)續(xù)駛里程一直備受行業(yè)關(guān)注。其中，車輛自重便是重要影響因素。

4月8～9日，由中國(guó)汽車材料網(wǎng)主辦的“2021年(第六屆)新能源汽車輕量化技術(shù)研討會(huì)暨展示會(huì)”在蘇州召開(kāi)。本屆研討會(huì)吸引了來(lái)自整車企業(yè)、零部件供應(yīng)商及科研院所的專業(yè)人士參加，從結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、輕質(zhì)材料應(yīng)用、先進(jìn)成型工藝三方面闡述了新能源汽車輕量化的途徑，討論了其未來(lái)發(fā)展方向。

助推性能升級(jí)、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型

業(yè)內(nèi)專家指出，新能源汽車輕量化技術(shù)的應(yīng)用不僅能降低整車能耗，而且影響未來(lái)汽車的設(shè)計(jì)理念，成為汽車技術(shù)革命的主要推力。

中國(guó)汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟研究員羅巖對(duì)《中國(guó)汽車報(bào)》記者表示，輕量化的意義不僅是節(jié)能減排，而且成為提升我國(guó)汽車產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的重要途徑。“輕量化將影響車輛的加速性能、制動(dòng)性能、操縱穩(wěn)定性、平順性和噪聲振動(dòng)水平。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和輕量化材料的應(yīng)用將有效提升車輛的各項(xiàng)性能，科學(xué)合理的用材策略也有助于控制車輛的生產(chǎn)成本。”他說(shuō)。

此前，中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)發(fā)布了《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》(以下簡(jiǎn)稱《路線圖2.0》)。《路線圖2.0》提出，到2035年，傳統(tǒng)能源動(dòng)力乘用車將全部轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌蟿?dòng)力，而新能源汽車將成為主流，銷量占比達(dá)到50%以上，其中純電動(dòng)汽車將占比95%以上。

據(jù)了解，對(duì)于電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)，整車減重更是對(duì)提升續(xù)駛里程有著非常明顯的作用。數(shù)據(jù)顯示，在動(dòng)力電池重量不變的前提下，如果實(shí)現(xiàn)能量回收，每減重100kg，A級(jí)車可增加續(xù)駛里程12.3km，C級(jí)車可增加續(xù)駛里程13.0km;整車整備質(zhì)量不變，動(dòng)力電池以外的部件每減重10kg并將降低的重量分給動(dòng)力電池，A級(jí)車可增加續(xù)駛里程12.5km，C級(jí)車可增加續(xù)駛里程9.3km。

事實(shí)上，輕量化也是帶動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)鏈上下游相關(guān)領(lǐng)域轉(zhuǎn)型升級(jí)的源動(dòng)力。羅巖認(rèn)為，汽車輕量化涉及冶金、化工、材料、裝備、設(shè)計(jì)、維修、回收再利用等多個(gè)相關(guān)產(chǎn)業(yè)，過(guò)去10余年來(lái)對(duì)鋼鐵工業(yè)的帶動(dòng)作用已經(jīng)顯現(xiàn)。未來(lái)，輕量化將向產(chǎn)品多材料混合應(yīng)用和生產(chǎn)智能化方向發(fā)展，將催生對(duì)汽車用材和生產(chǎn)裝備的更高要求。

圍繞三個(gè)“抓手”下功夫

來(lái)自東南(福建)汽車工業(yè)有限公司的參會(huì)代表江金壽表示，基于成本考量，輕量化的工作需要通過(guò)運(yùn)用先進(jìn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)“恰當(dāng)技術(shù)恰當(dāng)用”，即合適的材料用于合適的地方。

中汽研(天津)汽車工程研究院有限公司高級(jí)專家吳昊對(duì)記者表示，在汽車設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段，通常采用CAE輔助分析方法對(duì)具體部位的零件形狀及材料種類應(yīng)用進(jìn)行分析與確定。作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，材料的相關(guān)力學(xué)性能輸入CAE仿真模型中進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能分析計(jì)算，精準(zhǔn)的材料模型與數(shù)據(jù)輸入會(huì)使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)余量變得更加合理，從而使輕量化與整車性能更加完美地匹配。相反，如果材料模型與數(shù)據(jù)輸入精度不高，將導(dǎo)致前期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)偏軟或偏硬，進(jìn)而對(duì)材料的精準(zhǔn)應(yīng)用產(chǎn)生影響，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)余量不足或過(guò)多，不能精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)將合適材料應(yīng)用在合適位置的設(shè)計(jì)理念。在車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，材料與部件的精準(zhǔn)仿真技術(shù)格外重要。

材料的應(yīng)用是汽車輕量化最基礎(chǔ)、最核心的手段，既能保證車體結(jié)構(gòu)的性能，又可大幅度降低車體重量的材料。目前，行業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)汽車輕量化，普遍使用的是高強(qiáng)度鋼、碳纖維、鋁合金、鎂合金、工程塑料等材料。

一汽-大眾汽車有限公司工藝開(kāi)發(fā)工程師吳雪松介紹稱，在鎂合金、碳纖維等輕質(zhì)材料的成本下降到能大規(guī)模應(yīng)用水平之前，鋁合金仍將是車身材料輕量化的最有效途徑之一。鋁材在輕量化中發(fā)揮著巨大的作用，但仍面臨著成本、安全、性能及生產(chǎn)工藝等方面的多重挑戰(zhàn)。

碳纖維材料也受到了不少與會(huì)代表的關(guān)注。數(shù)據(jù)顯示，2020年，中國(guó)汽車交通領(lǐng)域的碳纖維需求占比達(dá)到1.8%。碳纖維復(fù)合材料是重要的汽車輕量化材料且非常具有市場(chǎng)潛力，吉林省華陽(yáng)新材料研發(fā)有限公司工藝工程師宮元表示，華陽(yáng)在行李箱護(hù)板、電池托架、板簧等方面都有應(yīng)用碳纖維材料的案例，并在復(fù)合材料方面擁有成熟的產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程和批量生產(chǎn)工藝。

“各種輕質(zhì)材料都有其用武之地，汽車輕量化的發(fā)展將更加聚焦于優(yōu)化設(shè)計(jì)和多材料混合應(yīng)用。”羅巖表示，隨著產(chǎn)品設(shè)計(jì)、成型和連接技術(shù)更加成熟，汽車輕量化市場(chǎng)將出現(xiàn)多種技術(shù)和多種技術(shù)路線并存的格局，“恰當(dāng)”是未來(lái)企業(yè)在選擇輕量化實(shí)現(xiàn)路徑時(shí)的核心要求。比如，車輛不同部位減重的價(jià)值和可接受成本不同，其中車輛上部和前端部件的減重意義更加重大，可接受的輕量化額外成本也相對(duì)較高。整車企業(yè)在確定所采用的輕量化技術(shù)路線時(shí)，應(yīng)更加注重對(duì)車輛市場(chǎng)定位、用戶需求、性能與成本、產(chǎn)品效益和供應(yīng)鏈體系的能力等因素的綜合考量。

連接技術(shù)值得更多關(guān)注

多材料混合應(yīng)用帶來(lái)了新材料連接技術(shù)需求，鉚接、粘接和復(fù)合連接等多種連接方式在汽車行業(yè)得到了快速的發(fā)展。因此，解決異種材料連接過(guò)程中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、接頭力學(xué)模型、服役性能評(píng)價(jià)、工藝質(zhì)量控制等一系列產(chǎn)業(yè)化的問(wèn)題迫在眉睫。

對(duì)此，羅巖坦言，我國(guó)各種新型連接技術(shù)的研發(fā)工作都在推進(jìn)，但現(xiàn)有成果與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用仍有一定距離。與國(guó)外先進(jìn)水平相比，國(guó)內(nèi)企業(yè)連接結(jié)構(gòu)的技術(shù)基礎(chǔ)理論沒(méi)有形成，設(shè)計(jì)規(guī)范沒(méi)有建立，所需的(系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化)基本單元(如鉚釘)缺失，連接工藝方法與裝備的參數(shù)控制以及生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量控制等方面，都因?qū)嵺`不足而經(jīng)驗(yàn)積累甚微，高性能連接密封材料和摩擦穩(wěn)定劑等產(chǎn)品基本依賴從國(guó)外進(jìn)口。

“隨著輕量化需求越來(lái)越迫切，鋁在乘用車中的應(yīng)用將逐年增加，連接工藝和成型工藝的逐漸成熟將促進(jìn)鋁材的推廣應(yīng)用。”江金壽說(shuō)。

吳昊表示，多種材料在車身上混合應(yīng)用使得整車輕量化水平不斷提高，為了適應(yīng)不同材料之間的連接，SPR(自沖鉚接)、FDS(熱融緊固)、粘接等連接方式在車身上得到了大范圍應(yīng)用。這也對(duì)傳統(tǒng)以焊接為主的連接測(cè)試與仿真方案提出了挑戰(zhàn)，需要多材料混合車身連接方式的精準(zhǔn)仿真。鋼鋁混合電阻點(diǎn)焊為鋼鋁連接提供了新的解決方案，電阻點(diǎn)焊工藝簡(jiǎn)單成本低，所需設(shè)備、人員和供應(yīng)鏈均成熟。直接用于鋁薄板及鋁-鋼異種材料焊接，可以節(jié)省大量投資及人力成本，簡(jiǎn)化工藝流程，有著一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)工藝開(kāi)發(fā)與性能研究，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)鋼鋁等材料的力學(xué)及疲勞性能。

關(guān)鍵詞： 輕量化 汽車產(chǎn)業(yè) 轉(zhuǎn)型升級(jí)