新材料与工艺手册

浅谈新能源电动汽车车身轻量化

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发表于 2020-4-19 21:42:47 | 显示全部楼层 |阅读模式

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 目前,能源短缺及环境污染问题已成为制约中国汽车产业可持续发展的突出问题,无论是从社会效益还是经济效益考虑,低油耗、低排放的汽车都是节约型社会发展的需要。新能源汽车发展是大势所趋,郑州比克新能源汽车有限公司(深圳市比克电池有限公司子公司,以下简称“比克汽车”)应运而生,比克汽车掌握了新能源汽车的核心技术,建立了具有自主知识产权的新能源汽车技术平台,构成了比较完整的关键零部件体系,实现了小批量的整车生产能力和局部区域的商业化示范运行。

  那么,新能源汽车对车身与传统车相比有什么特殊的要求呢?对于传统的汽车车身开发,从安全、耐久、NVH性能等方面都提出了很多的要求。但对新能源汽车车身来说,由于使用了额外的高压电,对其安全性要求更高,更加苛刻,耐久性能方面,由于电池的重量增加了数百公斤,需要针对车身的耐久性能做特殊的设计。整车NVH性能方面,包括整车的密封,车身的结构,更苛刻的防水要求等。所有这些要求都对新能源汽车车身的开发提出了新的挑战,这也是摆在每位从事车身设计开发的工程技术人员一个技术难题。

  满足上述要求会导致车身重量的增加,这是一个螺旋,车身重量的增加会导致续航里程的减少。从车身轻量化的角度来看,需要弥补因车身性能要求的提高和电池重量的增加而带来的影响。相比传统意义上的汽车,电动车增加了一部分重量,同时要求整车重量还要保持在传统车的水平,甚至比传统车身更轻,这就需要寻求车身轻量化方面的一些途径。目前,国内外专家们已经形成了比较大的共识,其实车身轻量化,无外乎这三个方面:新材料的应用,车身结构设计的不断优化,由于新结构、新材料应用引入的先进制造工艺的使用。

  第一:新材料的应用是车身轻量化的主流,即采用轻量化的金属和非金属材料,主要是采用高强度钢材、铝镁合金、工程塑料碳纤维、新型玻璃等各种复合材料,比克汽车B823车型车身下部大量采用铝合金材料,其中车门外板、散热水箱、冷凝器等采用铝合金,前机罩盖和行李箱盖初次采用碳纤维等复合材料。

  第二:车身轻量化的结构设计是利用“以结构换强度”的结构优化设计和有限元分析等方法,通过改进汽车结构,使部件薄壁化、中空化、小型化、模块化及复合化等以减小车身骨架、车身覆盖件等零部件的质量来达到轻量化目的。比克汽车B823车型左右纵梁采用新型铝压铸结构,代替传统汽车的纵梁多个零件拼焊而成的总成结构,大大减低了车身重量。

  第三:一种轻量化材料结合轻量化结构的设计方案,还需要一种优良的制造工艺来保证其完善实施。也就是说一种轻量化材料要通过一种优良的制造工艺来实现一种轻量化结构设计。比克汽车B823车型白车身的焊接采用国外先进的CMT焊接技术,能够保证铝件之间的焊接质量,除此之外,铝件和高强度钢件之间通过铆接和粘结等连接方式,轻量化制造工艺在B823车型得到完美验证。

  总之,汽车轻量化的实施,还需要通过样车试制,综合试验,总结设计经验,对其轻量化设计结构进行优化与完善,必须首先要确保其整体汽车结构达到国家的汽车安全标准,其次确保其使用性能达到或超越传统钢制车身的要求。汽车轻量化设计与整车的安全性是一对矛盾体,为了满足各种法规的要求,保障乘员的安全,就必须提高车身结构的抗弯强度、抗扭强度、侧翻强度、碰撞吸能等特性。

  汽车车身轻量化是在保证汽车整体性能不受影响、确保车身强度、刚度和模态等结构特性要求的前提下,来减轻车身质量的一种设计趋向。所以要求汽车轻量化设计要充分地从材料分析、结构力学、生产工艺、人体工程、工业设计、交通运输、经济效益等众多各不相同的学科紧密地联系在一起进行综合性研究开发。
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