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汽车轻量化的原因

2020-4-21 15:34 1660 0
简介
【汽车轻量化在线】为了缓解日益突出能源供需矛盾、减少燃油消耗和降低二氧化碳排放,同时提高汽车产品的市场竞争力,汽车轻量化的必要性与紧迫性显而易见,汽车的轻量化已经成为众所关注的焦点之一。进行汽车轻量化 ...

汽车轻量化在线】为了缓解日益突出能源供需矛盾、减少燃油消耗和降低二氧化碳排放,同时提高汽车产品的市场竞争力,汽车轻量化的必要性与紧迫性显而易见,汽车的轻量化已经成为众所关注的焦点之一。进行汽车轻量化的四个主要原因如下:

1 缓解能源供应压力

近年来,我国经济持续快速发展,对石油资源的需求不断增长,能源供需矛盾日益突出,对进口石油的依赖度不断提高。同时,我国汽车工业发展迅速,产销总量持续增长,2017年汽车产销分别达到2901.5万辆和2887.9万辆。到2017年底,我国汽车保有量已超过2.17亿辆。据统计,2017年我国石油表观消费量约为6.1亿吨,进口依存度首次超过67%。高速增长的原油消耗量必将给中国的石油安全和环境保护带来巨大的挑战。我国汽车保有量仍将持续增长,由此带来的能源紧张问题将更加突出。

加快培育和发展节能环保汽车,既是缓解燃油供应矛盾、减少尾气排放、改善大气环境的需要,也是未来和谐汽车社会的需求,更是我国汽车产业健康可持续发展的必然选择。

对于汽车来说,整备质量消耗了动力系统输出能量的70%以上,因此,汽车轻量化是降低汽车燃油消耗和实现节能减排的有效途径之一。根据世界铝业协会、欧洲铝业协会、美国铝业协会联合委托——德国海德堡责任有限公司能源与环境研究所的调查和研究结果见表 1。

表 1轻量化对各种车型降低油耗的效果

国内学者根据国内在售的近4000款乘用车车型数据分析得到,在整备质量750kg- 2500kg的范围内,整备质量降低10%时,油耗降低7.5%~9%。该数据是基于统计学方法进行分析的,是国内市场乘用车的总体情况,不区分动力总成类别。

此外,国家已将汽车轻量化作为汽车节能技术的首先方案,并纳入《中国制造2025》规划和国家《节能与新能源汽车技术路线》之一。从减少车辆行驶所需阻力、提高热动能量转换效率、减少能量传输过程损失、减少辅助能量消耗、优化车辆能量管理等5个方面,提出应对2020年节能标准的技术选项。见下图 1。

图 1 2020年乘用车节能标准技术选项

2 缓解环境保护的压力

2012年冬以来,雾霾频繁肆虐于我国北京及广大中东部地区。据研究,我国雾霾形成机理复杂,汽车尾气对雾霾的影响比重还在研究。但不解决汽车的环保问题,汽车可持续发展必然受到限制。随着工业化的发展,空气中CO2含量快速增加,全球温室效应日益严重。美国国家海洋和大气管理局下属的全球温室气体参考网络(Global Greenhouse Gas Reference Network)监测到的数据表明,全球范围内大气中二氧化碳浓度在今年三月份已经突破400 ppm。

汽车工业是温室气体的排放大户,汽车生产制造、使用和回收的各个环节都会产生大量的温室气体。为了减少汽车工业对环境的影响,发达国家都相继出台了汽车产品的排放标准法规,下图为各国汽车行业CO2减排目标。中国政府在哥本哈根气候大会期间做出了公开承诺:到2020年中国单位国内生产总值二氧化碳比2005年下降40-45%。届时,乘用车的燃油经济性指标将达到5L/100km,CO2排放将达到115g/km。

图 2 各国汽车行业CO2减排目标

3 提高汽车产品的市场竞争力

汽车整备质量降低10%,油耗可降低6%~8%,油耗的降低可以减少用户的用车成本;此外重量的降低可以减少加速时间,显著改善动力性,尤其是低速起步的动力;可以减小制动距离,延长紧急情况下采取主动安全措施的反应时间,提高安全性;还可以提升汽车的操纵稳定性及行驶稳定性。此外,汽车重量的降低还可以显著提高新能汽车的续航里程。由下表 2 可知,整车重量减少10%,单次充电的行驶里程可增加5.5%。由此带来的使用成本的降低,汽车性能的提高,都将提升汽车在市场上的竞争力。

表 2 汽车重量与续航里程

4 新能源汽车轻量化压力大

新能源汽车对成本敏感度降低,可以抵消铝合金应用成本增加的问题。国内多数微型新能源汽车(奇瑞小蚂蚁,东风E30等)的车身均采用全铝车身,部分高端电动车跑车(蔚来汽车,长城华冠等)也均采用全铝车身结构,将进一步促进汽车用铝量的增长。

新能源汽车"三电"系统约占整车整备质量的1/4左右;新能源汽车整备质量的增加,显著影响其电耗、动力性、制动性能、被动安全性、一次充电续航里程、零部件动载荷和疲劳寿命;电动汽车车重降低10%,续航里程增加5.5%。

在动力电池和驱动电机技术目前难以取得颠覆性重大突破的条件下,轻量化是新能源汽车节能减排的重要途径。综合考虑政府部门的补贴政策支持和新能源汽车市场售价等因素,新能源汽车对轻量化技术应用的承受度比传统动力汽车更大,更容易实施轻量化。

我国新能源汽车绝大多数是通过对传统动力汽车结构改型而来的搭载式结构,没有全新研发出适合新能源汽车的全新整车架构,对轻量化投入不足,技术相对落后。开发出全新架构的新能源汽车结构平台,是我国新能源汽车从搭载式向专用化发展,提高其轻量化技术水平和市场竞争力的关键。


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