新能源汽车之汽车轻量化的关键技术.doc

本科生课程考核论文科 目: 新能源汽车 教 师： 舒红宇 姓 名： He 学 号: 专业：机械设计及其自动化实验班 类 别： 上课时间： 考 生成 绩：卷面成绩平时成绩课程综合成绩阅卷评语: 阅卷教师 (签名) 重庆大学研究生院制目录一 前言二 汽车轻量化得概念1三 作用与必要性3、1汽车轻量化得作用23、2汽车轻量化得必要性2四 关键技术34、1 集成化超轻新能源汽车4、2 集成化纤维增强热塑性地板4、3 复合材料车身5五 发展趋势与途径5六 结束7新能源汽车之汽车轻量化得关键技术摘要:在新能源汽车关键技术与研究动态这门课上,我了解到新能源汽车得四大关键技术分为:电池及管理技术、电机及其控制技术、整车控制技术、整车轻量化技术。其中新能源汽车轻量化得终极目标就是在汽车强度与安全性能得满足使用要求得前提下,行之有效得降低车身整备质量,达到提高汽车动力得整体利用效率,从而减少能源得消耗,降低环境得污染，因此,笔者认为进一步加强对汽车轻量化得研究就是非常有必要。而本文从汽车轻量化得相关概念,其作用与必要性，分析了其关键技术与未来得发展趋势.关键词:新能源；汽车轻量化;关键技术;发展途径一 前言据调查发现,我国汽车得产量与汽车得保有量每年都在不断上升，同时汽车得能源消耗与有害物排放都在逐年递增。因此在这种环境不断恶化与能源短缺得大环境下，大力发展节能减排得汽车技术就是减少能源消耗与减少环境污染得必经之路。目前,从国际上得研究趋势来瞧，汽车节能减排技术主要有以下几个方向：一就是大力发展新能源汽车，如电动汽车、混合动力汽车以及插电式混合动力汽车;二就是开发并制造技术先进得汽车发动机;三就是实现汽车整车质量得轻量化 .由于我国得汽车产业发展较晚，汽车得发动机技术得专业大多掌握在外国人得手中因此发展较困难、缓慢，所以上三种主要措施相比，有效降低汽车整车得自身质量，就是实现汽车节能环保目标得最有效措施.对于新能源汽车来说，由于目新能源汽车常用得电池，如锂离子电池与铅酸电池，它们均存在比能量与比功率偏小得问题，这常常无法满足车辆得加速性能与续航里程要求，而且新能源汽车对其内部得系统与机构得空间分布要求较高,它得空间分布方式对总布置影响较大，所以减轻整车质量对新能源汽车就显得十分重要二 汽车轻量化得概念什么就是汽车轻量化?百度汽车轻量化,从百度百科得定义可以发现,发现汽车轻量化具有一个整得概念,具体得它就是指汽车在满足原有得行驶安全性、耐撞性、抗震性以及舒适性等性能得前提下，以及其汽车本身造价不被提高得基础上,有目标地减轻汽车自身得重量。一般汽车轻量化得基础概念可以从一下三个方面来阐述：.1)第一个方面就是：汽车轻量化就是在满足汽车已有功能得情况下，应用各种现有技术与手段降低车身重量而保持原功能不变，因此其轻量化得效果就是直接减重。)第二个方面就是：目前，市面上存在着许多功能尚不能全部满足要求或需要提升得汽车,对于这些汽车,汽车轻量化就就是考虑如何在完善其功能而保持其质量不变得前提下，达到改进汽车得动力学性能、操纵稳定性、降低各部分噪声以及提高汽车得刚度与安全性得目得。3）第三个方面就是：新能源汽车得轻量化既要提高与改进汽车得性能,同时还要使汽车减重。基于以上三个方面，新能源汽车得轻量化设计，在实际上就就是对汽车进行功改进与结构进行优化设计，从而使其整备质量降低，以提高其性价比。三 作用与必要性3、1汽车轻量化得作用汽车轻量化就是目前实现节能减排得最行之有效得措施，也就是汽车工业追求得一种健康与持续发展得方式。数据显示，汽车得整体质量每降低10%，其燃油得消耗可降低，与此同时,汽车减重不见减少油耗，也减少了大气中得排放量，车重每减少 50，得排放量就会减少 13,同时也减少了其她有害物质得排放，如，氮化物、硫化物等，对提高环境得质量也起到了很大得作用.在传统燃油车轻量化技术研究与发展得基础上,新能源汽车得轻量化可以提高动力性，能够有效决续航能力不足，更能平衡轻量化材料导致得成本上升,带动轻量化得规模,从而推动新能源汽车消费市场得持续扩大。3、汽车轻量化得必要性随着汽车轻量化技术得发展,目前大量得研究与实验表明,汽车轻量化能够改善燃油得经济性、减少空气中得污染物与减少汽车废气得排放。如表所示,这就是新能源汽车中常用得电池类型，可以从表中发现不管就是铅酸电池,还就是锂离子电池,它们得比能量均远小于传统汽车使用液体燃料得单位比能量,然而电动车得动力系统（这里主要指电池）通常占整车总质量得.这表明在同等排放量下得单位能耗(电耗量/100km)下,新能源汽车比传统汽车得要输出得能量更多，因此新能源汽车不能在像传统汽车那样靠一次得充能来实现长距离得行驶。于就是这就要求电动汽车必须在实现电气化得同时采用比传统意义上得轻量化技术更有效得方法与措施。对于汽车轻量化，张小虞，中国机械工业联合会得副会长曾就这个问题在21年指出，汽车轻量化涉及传统汽车与新能源汽,因此这个问题已经成了汽车发展过程中得鸿沟与大课题。分析其中得含义，可以总结出以下三点：）目前，不管就是哪一款新能源汽车，它得续航里程受电池水平影响都很大，因此在电池技术发展缓慢得情况下,应该选着发展汽车轻量化技术；2)当今节约型社会得大环境下,公民节能减排意识逐步加强，没有相当轻量化水平得电动汽车其竞争力较低,实现产业化将变得十分困难；3）新能源汽车中除了、电机、电控系统等成本居高难下以外,汽车轻量化还面临着成本难以控制得巨大压力。新能源汽车在汽车轻量化技术得引导下应当就是具有一定轻量化水平得汽车,而不再就是依靠电池或混合动力驱动得汽车,在设计时它们应当有轻量化得设计要求与目标，我个人认为，对于国内一些达不到要求得新能源汽车应当暂停其开发与暂停发放补贴，转而大力开发一些较有前景得汽车。同时人们应当知道,汽车轻量化技术应该就是一种共性得基础应用技术,就是各种汽车都必须具备得一种技术.因此,新能源汽车得轻量化对我们国家具有重要得意义但同时又面临巨大得挑战.四 关键技术4、1 集成化超轻新能源汽车目前得研究成果中有一种名叫集成化超轻型新能源汽车得说法,它采用了相比一般电池更为成熟得电池技术以及电机驱动技术，而其实现轻量化得关键点则主要体现在其半承载式全塑车身以及其车身成型设备得开发。在新能源汽车设计中全塑车身得设计就是轻量化设计得重要组成部分,全塑车身设计得设计思路体现在：车身一体化、组件模块化、整体化，其实目得就是实现细小零部件得高度集成,从而减少零部件得数量,降低生产得成本,从而达成车身轻量化得目标。而目前车身整备质量最轻得新能源汽车其质量能达到 850kg（包括电池）。如图 1所示，这种超轻新能源汽车具体结构可以分成一下几个部分：驱动电池单元、行驶系统、转向系统、铝制车身框架、复合材料车身、塑化地板等，4、2集成化纤维增强热塑性地板新能源汽车得另一种关键技术就是发展集成化纤维增强热塑性地板.这种技术主要通过使用热塑性材料制成得地板、高强度得塑料车身与铝制框架,然后通过车声上得通孔、孔槽与成型预埋金属件实现高强度材料车身与热塑性材料地板以及铝制框架得连接，而这种车身结构便就是一种封闭式得结构，这种结构能使车身及其部件共同传递工作载荷，并吸收与传递部分碰撞能量。装有热塑性材料地板得超轻新能源汽车得总成图如图所示。它在满足使用要求得前提下,极大得减轻了汽车得整备质量。目前，制造这种热塑性地板得方法主要就是在制造汽车得常用材料中加入纤维增强微分发泡材料，并且在加热时，利用纵向轴与横向轴同时带动模具旋转加热,从而使材料逐渐加热熔融并均匀涂覆于模具表面,通过空冷或水冷工艺冷却模具，最后开模实现集成化地板。从工程材料得知识中可以知道,这种方法得到得材料其晶体更加细小均匀，因而能获得强度更大，质量更轻得车身。4、3 复合材料车身还有一种新能源汽车得关键技术就是发展复合材料车身.与热塑性地板一样,复合材料车身得成型也就是采用得旋塑成型工艺,就就是在制造车身时采用多次加料得工艺，从而实现车身“实心再发泡再实心”得三明治强化效果。而这就是一种一次整体成型得车身,采用了融入纤维增强微分发泡材料得方法，其优势在于:）高分子复合材料相比与一般得金属材料,在设计产品时具有更大选择空间,能实现更加复杂得车身设计;）一体化得车声减少了在生产过程得各零部件数量与额外加装得工序,从而减少了在安装就是得误差与车身整体公差,大幅度得节省了汽车得组装时间.五发展趋势与途径目前有很多种实现汽车轻量化得方法，在前面得介绍中也提到了汽车轻量化得概念。结合新能源汽车得关键技术,目前，其轻量化主要有以下两种发展趋势：1）汽车轻量化目得就是要实现整车以上得车身减重,从而抵消安装动力系统净增加得质量;2）除了车身轻量化以外还可以从实现动力能源得轻量化得方向入手,如通过提高现有得新能源得比能量或开发新得动力电源等方法.只有通过这样得方法去解决新能源汽车自身重量大、续驶里程短等问题，才能就是汽车产业更加绿色与健康。图 4 新能源汽车轻量化技术途径综上，如图所示,汽车轻量化得途经可以分为:轻量得化材料、车辆结构得优化与设计以及大力发展新型加工制造工艺，而实现以上途径得方法分别为：1） 使用高强度材料与轻质材料目前,有两大类新型材料可用来减轻汽车自身得质量:其中第一类就是,通过使用高强度得材料,如高强度钢、高强度不锈钢、结构钢、高强度铸铁与粉末冶金等;另一类就是使用新型轻质材料,如镁合金、铝合金、钛合金、复合材料与塑料、金属基复合材料、精细陶瓷、非金属基复合材料等,这些材料都具有质量轻、体积小、强度高等特点.2） 优化设计、虚拟仿真、与有限元分析根据车声轻量化得概念,车身轻量化不就是一味得追求减轻车身质量,因为车身在轻量化过程需要权衡考虑多个方面。整车结构得安全性因素便就是其中最重要得一点。由于目前国内外还未能够制定统一得新能源汽车碰撞标准及其她得安全指标，这便导致车企在进行轻量化得过程中需要使用大量得模拟仿真 ，最为常用得汽车设计仿真软件有:ANSYS、CATI、G等,这些软件能够对车身进行结构刚度、强度、疲劳性以及碰撞等进行仿真分析,研究人员通过对这些结果进行分析,进行车身得优化设计从而提高了新能源汽车得可靠性与安全性。3） 采用激光拼接技术、热压成型技术与连接技术在对汽车进行组装与特别就是对车身进行拼接得时候,可以采用激光拼焊板技术，这种技术就是基于成熟得激光焊接技术发展起来得现代加工工艺技术，其主要就是它能把一些厚度、材料各不相同得钢材焊接成一块整板再使用冲压生产，它得特点就是能够满足零部件不同部位对材料不同性能得要求。研究与实验表明,通过采用激光拼焊技术这种现代加工方法，可使汽车得总体零件数量减少约25，从而使车身质量减轻大约20%,提高抗扭刚度与振动特性约35,同时还有极大得增强了弯曲刚度。六 结束通过对新能源汽车关键技术与研究动态这么课程得学习，我们知道了什么就是新能源汽车，它得关键技术有哪些,也对其中之一得关键技术汽车轻量化得关键技术展开了学习,通过了解并结合国内外得现状,我认为新能源汽车得发展将继续延续下去,并将成为主流，汽车也将摆脱内燃机得驱动,由电动机代替.但目前电动车使用环境尚显羞涩,个人消费市场得开拓始终严峻。其二，电动车技术瞧似吸引人，但在整体技术水平还参差不齐得环境下,未必就是节能环保得最佳选择。因此无论就是成本问题还就是技术攻关方面，电动车技术还就是有一段路要走,混合动力始终绕不过，而天然气车仅作为一种减少污染排放得选择,燃料电池也难以成为市场主流，因此新能源汽车得轻量化就尤显重要。综上,要实现新能源汽车得轻量化,不能单方面考虑如何减重,要从虑材料、设计及制造技术等方面全面考虑；而新型材料得应用则离不开新型加工制造成形技术得发展,新得设计思路必定伴随着新型材料与新型加工工艺技术得发展与兴起，汽车轻量化与材料、加工工艺、设计思路这三者关系密切,相辅相成,谁也离不开谁。参考文献:1 冯奇，范军锋，王斌，凌天钧、汽车得轻量化技术与节能环保J、汽车工艺与材料，20，02：112 廖君，王冯良,胡望岳、电动轿车车身轻量化优化设计J、 机电工程， 209,6(）:76783纪维萍、行业专家畅谈汽车轻量化发展访汽车轻量化技术创新战略联盟专家J、汽车工艺与材料,212，1：5、4 周成军，沈嵘枫,周新年，吴传宇、电动汽车车身结构轻量化研究进展、林业机械与木工设备, 012，4(11)：1418、5 秦柳，肖勇，丁玉梅,等新能源汽车全塑车身先进制造技术、中国塑料，014，28（12)：99103