輕量化技術(shù)是解決目前新能源客車?yán)m(xù)駛里程等不足的有效手段

資料顯示，車身輕量化對(duì)于車輛節(jié)約能源、減少廢氣排放均十分重要。若整車重量降低10%，燃油效率可提高7%左右；汽車車重每減少50%，CO2的排放量就會(huì)減少13%，并且汽車整備質(zhì)量每減少100kg，百公里油耗可降低0.3~0.6L。

對(duì)比傳統(tǒng)燃油汽車，純電動(dòng)汽車更需要輕量化技術(shù)應(yīng)用。新能源客車“三電”系統(tǒng)約占整車整備質(zhì)量的1/4，有數(shù)據(jù)顯示，在傳統(tǒng)汽車基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的新能源客車比傳統(tǒng)燃油車整備質(zhì)量增加15%以上。重量的增加顯著影響其電耗、動(dòng)力性、制動(dòng)性能、被動(dòng)安全性、一次充電續(xù)駛里程等。

因此，新能源客車的輕量化顯得更為重要。大幅減輕整車及其它零部件的重量才能抵消電池增加的重量，而輕量化能顯著提高電動(dòng)客車的續(xù)駛能力，是突破目前新能源客車技術(shù)瓶頸的有效手段之一。

新能源汽車輕量化材料的選擇分析

眾所周知，新能源客車車身輕量化最明顯的特征就是材料的選擇。目前，應(yīng)用于新能源汽車的輕量化材料主要有高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金、碳纖維等幾種。以下為國際主流國家在新能源汽車輕量化材料方面的選擇規(guī)劃：

高強(qiáng)度鋼

應(yīng)用于新能源客車領(lǐng)域的高強(qiáng)度鋼根據(jù)強(qiáng)化機(jī)理的不同，可分為普通高強(qiáng)度鋼（ConventionalHSS）和先進(jìn)高強(qiáng)度鋼（AHSS），先進(jìn)高強(qiáng)度鋼延塑性更好，在滿足工藝性能的同時(shí)也具有更高的輕量化潛力。目前，國際主流車型的高強(qiáng)度鋼占車身的比例已達(dá)70％以上，其中自主品牌中高強(qiáng)鋼的應(yīng)用已達(dá)45％。據(jù)了解，中國是高強(qiáng)度鋼應(yīng)用最普遍的國家，車身使用比例接近50％，預(yù)計(jì)未來可高達(dá)60％~65％，但是，超高強(qiáng)度和先進(jìn)高強(qiáng)度鋼材大幅落后，目前使用比例僅有5％，預(yù)計(jì)未來將有3倍提升空間。

業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，在抗碰撞性能、加工工藝和成本方面，高強(qiáng)度鋼相比鋁、鎂合金具有明顯的優(yōu)勢(shì)，能夠滿足減輕汽車質(zhì)量和提高碰撞安全性能的雙重需要，甚至從成本與性能角度來看，是目前滿足車身輕量化、提高碰撞安全性的最佳材料。

鋁合金

鋁的密度僅有鋼鐵的1/3，導(dǎo)熱性卻比鐵高出3倍有余。最值得一提的是，鋁代鋼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化可以實(shí)現(xiàn)二次減重，效果可直接減重50％~100％。相關(guān)研究表明，汽車使用1kg鋁可替代自重2.25kg鋼材，減重比例高達(dá)125％，整個(gè)使用壽命周期內(nèi)可減少廢氣排放20kg。由此可見，鋁合金憑借其高強(qiáng)度、可循環(huán)性、耐腐蝕、密度低等優(yōu)質(zhì)性能成為汽車減重首選材料，鋁材在汽車上的使用量將快速增長，汽車用鋁進(jìn)入黃金期。

而國內(nèi)車企對(duì)鋁合金材料的應(yīng)用中，就不得不提奇瑞新能源，公司推出的新一代純電動(dòng)微型車——小螞蟻（代號(hào)eQ1），在結(jié)構(gòu)上采用了“全鋁空間結(jié)構(gòu)＋全復(fù)合材料外覆蓋件”的組合形式，很好地控制了車身重量，降低制造成本，實(shí)現(xiàn)了更好的車身輕量化。

但全鋁車身的不足同樣不容小覷，當(dāng)車身受到碰撞損壞時(shí)，鋁合金材質(zhì)整形難度較高，一旦操作不當(dāng)，零部件則很可能會(huì)出現(xiàn)裂紋甚至斷裂，一般鋁合金部件損壞后，如果鈑金工藝無法調(diào)整好，基本上就只能整體更換。另外，鋁合金材質(zhì)需要特殊的工藝才能焊接。因此，全鋁車身意味著后期的維修成本可能會(huì)更高。

特斯拉作為全球純電動(dòng)車的開拓者，在汽車輕量化的道路上也早已開始探索。其標(biāo)志性車型ModelS的車身就用到了大量的鋁合金，并且通過特殊的焊接技術(shù)實(shí)現(xiàn)了鋁合金構(gòu)件與鋼構(gòu)件的鏈接。

鎂合金

鎂密度小，甚至比鋁輕1/3，其比強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度與密度之比值）較鋁合金高，導(dǎo)熱性好；另外，鎂合金尺寸穩(wěn)定性好，易于回收，有良好的切削加工性，減振性能較好。

銀隆純電動(dòng)鎂合金公交車還搭載了帶有主動(dòng)均衡技術(shù)BMS系統(tǒng)的高性能鋰離子電池，具有高安全、高穩(wěn)定、充電快、抗衰減能力強(qiáng)等特點(diǎn)，結(jié)合鎂合金車身等諸多優(yōu)點(diǎn)，在為乘客提供更加低碳、環(huán)保出行解決方案的同時(shí)，可靠性更佳，助力城市安全出行。

中國鎂的產(chǎn)量占全球大約75％以上，讓新能源車實(shí)現(xiàn)車身輕量化帶來了方便。中國汽車工程學(xué)會(huì)做了一個(gè)節(jié)能與輕量化路線圖，預(yù)計(jì)在未來10年左右，鎂應(yīng)用在高端車上能突破100kg/輛，在普通車上面能夠突破20kg/輛。

國內(nèi)目前已有多家公司試制鎂合金車身，更有專家認(rèn)為，鎂合金車身可能會(huì)成為汽車輕量化的主流車身材質(zhì)。

碳纖維

碳纖維力學(xué)性能優(yōu)異，密度不到鋼的1/4，抗拉強(qiáng)度卻是鋼的7~9倍，是唯一一種在2000℃以上的高溫惰性環(huán)境中強(qiáng)度不下降的物質(zhì)。

根據(jù)國內(nèi)某咨詢公司發(fā)布的研究報(bào)告顯示，未來幾年我國碳纖維需求量將進(jìn)入快速增長期，預(yù)計(jì)到2020年國內(nèi)碳纖維的需求將達(dá)25000 t，年均增長速率約15.5％。而工業(yè)領(lǐng)域的需求上升將更為突出。

目前新能源客車企業(yè)輕量化技術(shù)的進(jìn)展情況分析

目前，國內(nèi)一些整車及相關(guān)零部件企業(yè)已經(jīng)意識(shí)到車身輕量化課題的重要性。以行業(yè)龍頭宇通客車為例，其在輕量化技術(shù)上表現(xiàn)出的技術(shù)領(lǐng)先性，足以代表中國客車當(dāng)前輕量化技術(shù)的先進(jìn)水平。宇通輕量化技術(shù)是通過基于仿真分析的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、高強(qiáng)輕質(zhì)材料及先進(jìn)制造工藝集成的應(yīng)用來保證，再加上整車的匹配技術(shù)，宇通客車圍繞上述四點(diǎn)展開并推進(jìn)了輕量化工作。宇通先進(jìn)輕量化技術(shù)的綜合運(yùn)用，開啟了行業(yè)技術(shù)發(fā)展新時(shí)代，更鑄就了宇通“更輕、更強(qiáng)、更可靠”的客車品質(zhì)。

近期宇通客車發(fā)布的新能源全系新品，包括E6、E8及E8-Plus、E10、E12等公交產(chǎn)品；8m、8.2 m、9m、10.7 m和11.3m等米段的客運(yùn)、旅游團(tuán)體產(chǎn)品，全面覆蓋各大細(xì)分市場(chǎng)；而輕量化是此次宇通新能源客車產(chǎn)品升級(jí)最主要的技術(shù)突破，也就是用更少的消耗走更遠(yuǎn)的路，升級(jí)后的宇通新能源客車，在同米段、同電量的情況下，整備質(zhì)量比鋁車身產(chǎn)品最多輕達(dá)1t，能耗降低5%以上，還避免了全鋁車身可靠性差、維修成本高的問題。

作為客車行業(yè)后起之秀的上海申龍，在車身輕量化技術(shù)方面也具有獨(dú)特的競爭優(yōu)勢(shì)。2009年，申龍客車推出首款全鋁車身混合動(dòng)力公交車，該車身拼接技術(shù)中不含任何焊機(jī)，均使用的鉚釘拼接，車身拼合尺寸精度均勻，先進(jìn)工藝提高各部件連接強(qiáng)度和車體密封性。在輕量化、密封性、抗腐蝕性等方面均優(yōu)于傳統(tǒng)的車型。

而在新能源相關(guān)零部件企業(yè)，也有一些企業(yè)正在積極探索并實(shí)踐著輕量化的路徑。

2015年12月，上海松江區(qū)公共交通又一批純電動(dòng)客車在上海申沃客車有限公司下線，該款純電動(dòng)客車全部采用全鋁車身。公交企業(yè)表示，全鋁車身客車由于重量較輕，能有效增加載荷量，還能增加純電動(dòng)客車的單次行駛里程，是搭載純電動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)選擇。

在環(huán)境污染日益嚴(yán)重的中國，純電動(dòng)客車運(yùn)行零排放，而鋁材料的回收率高達(dá)95%以上，可以多次循環(huán)利用，且對(duì)于沿海城市而言，鋁材料還具有防腐蝕的特點(diǎn)，讓車輛在全生命期都具備節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，因此一直受到各公交公司的青睞。

致力于車輛輕量化改革浪潮的還有浙江戴卡宏鑫科技有限公司，這是一家專業(yè)生產(chǎn)鍛造鋁輪轂的企業(yè)，也是中國目前唯一能夠生產(chǎn)大客車等從16英寸到26英寸各種車型的鍛造鋁輪轂企業(yè)。

鍛造鋁合金輪圈具有自重輕、承載能力高及動(dòng)平衡性能好等特點(diǎn)。隨著國內(nèi)運(yùn)輸行業(yè)良性發(fā)展和節(jié)能減排政策力度不斷加大，鋁合金輪轂必將獲得更多客戶認(rèn)可。據(jù)了解，已經(jīng)有客車企業(yè)開始嘗試配裝鍛造鋁輪圈，另一部分企業(yè)也對(duì)鍛造鋁輪圈的優(yōu)勢(shì)比較看好。宇通的3個(gè)車型已經(jīng)配裝了鍛造鋁輪圈，蘇州金龍的一個(gè)車型也配裝了鍛造鋁輪圈，大金龍和申龍也有配裝鍛造鋁輪圈的想法。不僅僅是客車企業(yè)，國內(nèi)一些專用車企業(yè)也開始嘗試鍛造鋁圈。

實(shí)現(xiàn)新能源客車輕量化的主要途徑分析

途徑1：在整車設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行優(yōu)化，通過較少材料和車重實(shí)現(xiàn)安全和性能要求

我國客車車身骨架大多由型鋼焊接而成，客車車身和貨車車架也占相當(dāng)大的比例，客車車身骨架通常采用局部加強(qiáng)的方法來加強(qiáng)強(qiáng)度，導(dǎo)致車身質(zhì)量過大，有的12m大客車車身重量比輕量化車身重量多1t。對(duì)大量客車車身結(jié)構(gòu)的有限元分析和試驗(yàn)表明，我國客車車身自重大多存在偏重現(xiàn)象，而且有很多結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)強(qiáng)度、剛度富余的現(xiàn)象。除小部分客車結(jié)構(gòu)桿件受力比較大外（占10%左右），其余大部分桿件受力很小。因此，對(duì)客車車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，這是被認(rèn)為當(dāng)前切實(shí)可行的主要途徑。減少汽車的車身，車架重量就減少汽車總重量，這是汽車輕量化的重要途徑。在方法上，可以采用有限元法、優(yōu)化方法和拓?fù)浞椒?。在確保汽車車骨架和底架的剛度、強(qiáng)度、舒適性、安全性及工藝構(gòu)造等因素的條件下，對(duì)車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化及拓?fù)鋬?yōu)化，減輕車身骨架、車身鋼板的重量。

途徑2：在客車零部件上采用輕量化材料　

這也是當(dāng)前很多廠商正在大力推動(dòng)的發(fā)展方向，行業(yè)數(shù)據(jù)表明車身每減重10%，可降低油耗6%~8%，燃油效率可提高5.5%。目前在輕量化領(lǐng)域具有優(yōu)勢(shì)的材料包括高強(qiáng)度鋼、有色金屬合金（鋁合金、鎂合金等）、導(dǎo)熱界面材料及其它非金屬復(fù)合材料等。

其中，鋁合金是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)汽車輕量化較為實(shí)際的材料之一，由于產(chǎn)品應(yīng)用廣泛、工藝技術(shù)日趨成熟，其行業(yè)發(fā)展勢(shì)頭極為迅猛。例如：汽車中的動(dòng)力總成系統(tǒng)使用鋁鑄件已是極為常見的技術(shù)方案，市場(chǎng)關(guān)注度較高的新能源客車車型也大量采用鋁合金部件。