張超，江鵬飛

（湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 十堰 442000）

前言

在能源匱乏的現(xiàn)代社會，全球的石油資源都在面臨枯竭。傳統(tǒng)的燃油汽車的發(fā)展受到能源和環(huán)境保護(hù)兩方面的限制。能源的匱乏使得燃油汽車的發(fā)展遇到了瓶頸。人們亟需尋找可以代替石油能源的新能源來作為替代性能源。目前人們采取鋰電池以及天然氣兩種主要的能源形式代替原本的石油能源，而這兩種能源中終歸有一種能源會代替燃油車成為汽車未來的發(fā)展方向。在環(huán)境保護(hù)政策的影響下，人們更傾向于使用電力作為汽車驅(qū)動的新能源，而電力與天然氣與以往的石油能源相比純凈無污染。也正是如此，純電動汽車的市場前景非常廣闊。

1 新能源汽車輕量化的必要性

現(xiàn)代社會在發(fā)展迅速的同時(shí)，近些年來的能源消耗也大于以往幾十年的能源消耗。現(xiàn)代社會對能源需求量逐漸增多。每年花在汽車上的能源就多不勝數(shù)。從能源的消耗與儲備的占比來看，現(xiàn)代社會處在一個能源匱乏的時(shí)代。合理、節(jié)制地開采和規(guī)劃使用能源已經(jīng)成為世界各國的共識。我國經(jīng)濟(jì)的快速增長大部分是以自然生態(tài)為代價(jià)換取來的。傳統(tǒng)燃油汽車的使用和大范圍的普及加速了能源的損耗和環(huán)境的污染。目前我國一直在倡導(dǎo)要走綠色可持續(xù)發(fā)展的道路。鑒于我國提出的發(fā)展戰(zhàn)略和當(dāng)前的能源形式都要求我國發(fā)展出一種新的能源汽車代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃油汽車。在新能源汽車的設(shè)計(jì)方面輕量化的特點(diǎn)又顯得極為重要。新能源汽車之所以采取輕量化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是可以有效降低汽車對能源造成的浪費(fèi)。從這點(diǎn)可以看出輕量化對于新能源汽車發(fā)展、制造以及投產(chǎn)使用的重要性。目前世界上對新能源汽車輕量化的研究主要遵從三方面。首先是對新能源汽車進(jìn)行輕量化的設(shè)計(jì)和分析。這部分的重點(diǎn)是在于找出汽車輕量化的影響因素和設(shè)計(jì)方案。傳統(tǒng)燃油汽車經(jīng)過一個多世紀(jì)以來的發(fā)展其車身設(shè)計(jì)、用料都已經(jīng)形成系統(tǒng)的體系。而新能源汽車卻處在探索和研究的階段。其次是通過材料替代或者選取新材料的方法解決新能源汽車輕量化的問題[1]。最后是使用最新的生產(chǎn)制造工藝，利用制造工藝對某種新材料進(jìn)行加工，使之轉(zhuǎn)化為輕量化的結(jié)構(gòu)材料[2]。

2 新能源汽車輕量化途徑總論

目前新能源汽車的輕量化設(shè)計(jì)已經(jīng)成為新能源汽車設(shè)計(jì)的主要形式。按照汽車輕量化的原則與標(biāo)準(zhǔn)需要先對汽車進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析。其主要內(nèi)容主要是研究人員利用專業(yè)的工程制圖軟件如 CAD等計(jì)算機(jī)技術(shù)。之后按照新能源汽車的結(jié)構(gòu)和布局進(jìn)行優(yōu)化升級。對相關(guān)的輕量化材料和零部件需要對其厚度進(jìn)行靈活分析和修改。零件在設(shè)計(jì)初期需要對零件的剛強(qiáng)度進(jìn)行分析。為了省去測量存在的麻煩，研究人員也可以從外部的信息數(shù)據(jù)庫當(dāng)中直接查詢到零件的剛強(qiáng)度。將原本繁雜的工作精簡為幾步，可以快速地提高工作效率。同時(shí)在輕量化的現(xiàn)代車身制造時(shí)，要有大局意識，從全局的角度看待哪種車身設(shè)計(jì)方法更適合現(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)。新能源汽車的輕量化結(jié)車身設(shè)計(jì)的優(yōu)化可以從不同層面去看。首先是要確定多種輕量化材料的匹配工作，若在新能源汽車輕量化的設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，出現(xiàn)了輕量化材料與現(xiàn)實(shí)所需不匹配的情況發(fā)生，十分容易產(chǎn)生使用上的錯誤。研究新能源汽車輕量化設(shè)計(jì)可以將其分成不同區(qū)域，一方面減少新能源汽車上面零部件使用的數(shù)量，其前提必須保證新能源汽車的性能不會隨著新能源汽車零部件的減少而影響整個汽車性能的正常發(fā)揮，車子零部件的減少最終目的在于減重[3]。

經(jīng)過這種設(shè)計(jì)方式實(shí)現(xiàn)新能源汽車的輕量化，其能夠在未投產(chǎn)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就能夠達(dá)到輕量化的目標(biāo)。設(shè)計(jì)工作一旦成型，生產(chǎn)和制造人員只需要按照圖紙的設(shè)計(jì)去進(jìn)行投入，后期就不需要進(jìn)行繁瑣的修改工作。這樣的輕量化實(shí)現(xiàn)方式大大節(jié)約了人力、物力以及財(cái)力的投入，在提高工作效率的基礎(chǔ)上，又減少了工作量。但是這種新能源汽車的輕量化實(shí)現(xiàn)方式也可能存在一定的問題。這種輕量化實(shí)現(xiàn)途徑需要設(shè)計(jì)者具備長期且豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也需要新能源汽車最新的數(shù)據(jù)庫。這種前期對新能源汽車的輕量化設(shè)計(jì)過于理想，前期大部分都是基于理論的構(gòu)思和設(shè)計(jì)，并未真正進(jìn)行實(shí)踐證明或者說該假設(shè)驗(yàn)證過程較為復(fù)雜[4]。

2.1 輕量化的設(shè)計(jì)和分析

在眾多新能源汽車輕量化實(shí)現(xiàn)方式當(dāng)中，人們越來越傾向于尋找新型材料來實(shí)現(xiàn)新能源汽車輕量化這一目標(biāo)。就目前來看，新型材料實(shí)現(xiàn)輕量化的方式占據(jù)了大部分的市場份額。經(jīng)過人們不斷的探索和實(shí)驗(yàn)，人們目前用于實(shí)現(xiàn)新能源汽車輕量化的新型材料主要有兩種。兩種材料各有優(yōu)缺點(diǎn)。第一類材料屬于高強(qiáng)度材料，其典型的代表有高強(qiáng)度鋼和高強(qiáng)度不銹鋼等。第二類材料屬于輕質(zhì)材料，這類材料的典型代表有鋁合金、鎂合金、鈦合金、塑料、陶瓷以及復(fù)合材料等[5]。

不管使用高強(qiáng)度材料還是輕質(zhì)材料都能實(shí)現(xiàn)新能源汽車輕量化的目標(biāo)。不過就目前新能源汽車車身來講，不同汽車使用的輕量化材料不同。目前汽車車身使用輕量化材料較為廣泛。目前市面上大部分的汽車都是采用碳纖維作為汽車車身的材料。由于碳纖維單體殼車身具有輕量化、高扭轉(zhuǎn)剛度、高整合度以及高安全等優(yōu)勢在汽車領(lǐng)域得到了廣泛使用。

2.2 采用材料替代或采用新材料

與傳統(tǒng)汽車所使用的材料相比，采用新材料能夠更好代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車材料達(dá)到輕量化的目的。目前經(jīng)驗(yàn)證已經(jīng)得知新型材料具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高等一系列的優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)能滿足現(xiàn)代人對于汽車的大部分需求。并且在很大程度上提升汽車的整體性能。類似于百米加速、耗油量、續(xù)航里程、舒適度、安全性和穩(wěn)定性都應(yīng)新型材料的使用而得到大幅度的提升。當(dāng)然新型材料優(yōu)點(diǎn)和弊端是并存的。目前新材料的研發(fā)成本高，導(dǎo)致在制造生產(chǎn)方面的造價(jià)也高，很難進(jìn)行大面積的普及和使用。并且由于新型材料結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，也給研發(fā)新材料工作帶來了有一定的難題[6]。

2.3 采用先進(jìn)的制造工藝

新能源汽車的輕量化還可以采用先進(jìn)的制造工藝來實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)階段人們利用熱成形技術(shù)與激光拼焊技術(shù)來實(shí)現(xiàn)輕量化的目的。熱成形技術(shù)是利用熱沖壓高強(qiáng)度鋼板加熱到與奧氏體接近的溫度，通過一段時(shí)間保溫，使整個鋼板達(dá)到整個奧氏體的溫度，在轉(zhuǎn)移到冷卻系統(tǒng)的模具進(jìn)行沖壓。之后再進(jìn)行保壓與冷卻步驟，其目的是提高材料整體強(qiáng)熱成形。經(jīng)過熱沖壓后的材料抗拉強(qiáng)度會得到大幅度的提升，這在減輕的車身質(zhì)量的同時(shí)，又提升了整個汽車的安全性，使其更加耐撞。而激光拼焊工藝是為了完善鋼板密度小的問題而出現(xiàn)的。目前該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于汽車產(chǎn)業(yè)當(dāng)中，通過將不同材質(zhì)及厚度的零件通過焊接的方式組成一個完整零件，之后將其作為一個整體沖壓成所需零件形狀，這樣大大降低了資源的浪費(fèi)與損耗。利用激光拼焊技術(shù)的汽車其整體強(qiáng)度要高于傳統(tǒng)的汽車。并且通過減少零件的形式，達(dá)到了控制成本，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效益的目的。

3 結(jié)語

總的來說，在我國政策的要求下，新能源汽車將會是未來發(fā)展的大趨勢。而發(fā)展新能源汽車則可以有效達(dá)到降低資源損耗和環(huán)境保護(hù)的目的。輕量化汽車的實(shí)現(xiàn)在提高資源利用率以及提升汽車各項(xiàng)性能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了各項(xiàng)技術(shù)的靈活運(yùn)用。