欲輕如鴻毛,確重於泰山 汽車輕量化技術的發展

欲輕如鴻毛,確重於泰山 汽車輕量化技術的發展

隨著汽車保有量的大幅上升,能源消耗和環境污染等問題日漸嚴峻,亟待解決。汽車輕量化作為實現汽車產品節能減排的有效途徑,受到了國家、行業以及企業的高度重視,並被國務院發布的《節能與新能源汽車產業發展規劃(2012-2020年)》、《中國製造2025》列為節能與新能源汽車的一項共性關鍵核心技術。

什麼是輕量化

既然提到了「輕量化」就讓我們先了解一下究竟什麼才是「輕量化」,它可能與我們心中所想像的並不太一樣。汽車輕量化是在成本控制與性能改進條件下,通過輕量化結構設計與輕量化材料和製造技術在整車產品上的集成應用而實現的產品減重。汽車輕量化是一個涉及到技術、經濟、安全、環境等諸多方面的複雜系統工程,需要從材料到零部件優化設計和檢測技術、先進位造技術、材料回收與再利用技術、零部件維修技術等一系列關鍵支撐技術的突破。

實現輕量化不是簡單的材料替代,不能以犧牲車輛性能為代價,汽車輕量化必須在預定整車減重目標、整車成本控制目標、安全性目標和NVH控制水平的約束下進行。輕量化的發展不能簡單的與「國際接軌」,這與國情相關,其實更為重要的是輕量化技術沒有絕對的好與不好,企業應根據產品的市場定位、要達到的性能指標、成本控制目標和競爭對手的輕量化水平等,確定所採用的技術,相關工業企業需要為汽車企業提供更多的技術選擇。多種材料綜合應用,是未來汽車輕量化技術發展不可忽視的趨勢,各種材料對實現輕量化都是不可或缺的。尤其是新的設計理念、新的工藝不斷出現,促使我們必須以科學的態度看待每種材料的應用潛力,不可輕率斷言某種材料發展前景的「是」與「否」。

汽車為什麼要輕量化

對於燃油汽車來說,輕量化通過降低汽車的整備質量,可以有效實現汽車產品的節能減排。多個機構就輕量化可以帶來的節能減排效果進行了研究:世界鋁業協會的研究報告指出,汽車質量每降低10%,可降低油耗6%-8%,排放下降4%;大眾汽車的研究則表明汽車質量每減少100kg,每百公里可節省燃油0.3-0.5升,每公里CO2排放可減少8-11克;里卡多針對乘用車和載貨汽車分別進行了研究,在圖表中顯示。

輕量化通過改善車輛的性能,可以提高汽車產品的市場競爭力。首先,汽車質量降低後,其動力性、制動性、操縱性等性能能夠得到改善;對於新能源汽車來說,輕量化一方面可以降低能耗,另一方面也可以在同樣整備質量的前提下安裝容量更大的電池,兩者均可以提升其續航能力;對於商用車來說,輕量化還可以減少車輛的運營成本,這包括車輛油耗降低帶來的油費節省和在計重收費情況下帶來的額外好處。

全鋁車身是現如今汽車輕量化方面很主流的方式

此外,汽車輕量化通過對相關產業提出更高的需求,還可以帶動相關產業的轉型升級。汽車輕量化是一個跨產業的系統工程,涉及冶金、材料、裝備、設計、製造、維修、回收再利用等多個相關產業。所以,汽車輕量化的發展,需要依託於我國相關產業的大力發展。只有相關產業快速發展了,汽車輕量化才有基礎和根基;如,與國外先進水平相比,我國在汽車用高強度鋼、鋁合金板材和先進復合材料等材料領域的發展還相對比較滯後,無論從產品種類上,還是從生產穩定性上都不能完全滿足汽車工業的需求,汽車輕量化的發展必定能夠推動相關產業的進步和轉型。在標準領域,我國現有的與汽車輕量化相關的國家標準和行業標準要麼遠遠落後,要麼完全空白,與我國現在快速發展的汽車輕量化產業不相適應。

中國汽車工程學會於2007年牽頭組建汽車輕量化技術創新戰略聯盟以來,我國的汽車輕量化技術得到了快速發展,並取得了一系列可喜的成果。「十三五」期間中國汽車工程學會即將執行的國家重點研發計劃項目《電動汽車結構輕量化共性關鍵技術研究與應用》必會對推動汽車輕量化做出重大貢獻。

怎樣才能實現輕量化?

從管理層面來看,汽車輕量化的實現,必須改變「輕量化=換材料」的觀念,必須系統性的解決從產品開發到產品製造,再到使用維修,以及回收再利用所面臨的一系列問題,還必須提升汽車零部件的研發、生產以及製造能力。

從技術層面來看,汽車輕量化的實現,主要有3條途徑,分別是:輕量化設計技術、輕量化材料技術和輕量化製造技術。其中,輕量化設計技術是龍頭,輕量化材料技術是基礎,輕量化製造技術是紐帶,並要把握「正確的設計用在正確的地方、正確的材料用在正確的地方、正確的工藝用在正確的地方」這一基本原則。

具體來說,輕量化設計技術主要包括整車及零部件結構的尺寸優化、形狀/形貌優化、拓撲優化、多學科多目標優化技術。輕量化材料技術主要涉及高強度鋼、鋁合金、鎂合金、高性能工程塑料及復合材料等的研發和應用。輕量化製造技術則涉及先進位造工藝技術和先進連接技術兩方面內容。在先進位造工藝技術方面,主要有高強度鋼板的熱衝壓成形、液壓成形、雷射拼焊成形、管材內高壓成形等,鋁合金、鎂合金等的半固態成形、高真空壓鑄、等溫擠壓、等溫鍛造等,復合材料的在線模塑成型、在線注射成型、在線模壓成型等;先進連接工藝技術主要有雷射焊接及雷射釺焊、攪拌摩擦焊、鎖鉚及自鎖鉚技術、流鑽螺釘、膠粘連接等。

文章來源: https://www.twgreatdaily.com/cat93/node1369305

轉載請註明來源:今天頭條