汽車輕量化的目標(biāo)是在保證汽車強(qiáng)度和安全性能的前提下，科學(xué)地降低車身整備質(zhì)量，從而提高汽車的動力利用率，減少能源消耗，降低環(huán)境污染。目前汽車輕量化主要可通過采用形狀輕量化(如采用發(fā)泡材料型芯的三明治結(jié)構(gòu))、材料輕量化(如纖維復(fù)合材料和鎂鋁合金材料)、制造輕量化(如內(nèi)高壓成型和整體構(gòu)造成型)、設(shè)計輕量化(如結(jié)構(gòu)虛擬仿真模擬分析)、功能輕量化(如功能集成和優(yōu)化)綜合運(yùn)用來實現(xiàn)。

　　質(zhì)量輕的汽車意味著更高效的節(jié)能。新能源汽車輕量化主要從動力系統(tǒng)和車身系統(tǒng)進(jìn)行突破。慕尼黑科技大學(xué)(TUM)聯(lián)合研發(fā)的 Visio. M 輕量化概念新能源汽車采用 SABIC(saudibasicindustries corporation)研發(fā)的新型 PC(polycarbonate)材料車窗等技術(shù)成功地減輕車身質(zhì)量;德國德累斯頓工業(yè)大學(xué)合作開發(fā)了一款純電動 InEco 概念車，通過采用特殊的電驅(qū)系統(tǒng)以及高強(qiáng)度鋼/CFＲP 復(fù)合車身材料，使整車總質(zhì)量不到 900 kg 。

　　北京化工大學(xué)高分子材料先進(jìn)制造重點(diǎn)實驗室，一直關(guān)注和深入采用高分子復(fù)合材料進(jìn)行車身輕量化制造的相關(guān)研究，通過開發(fā)整體式全塑車身成型設(shè)備及工藝等相關(guān)技術(shù)，突破整體式全塑汽車車身一次成型的瓶頸，減少車身在生產(chǎn)過程的各部件和組件的數(shù)量，保證了車身的整體公差以及功能的高度集成化。如圖1所示為用于成型全塑車身整體一次成型的大型穿梭式旋塑設(shè)備。

　　超輕型新能源汽車采用成熟的電池和電機(jī)驅(qū)動技術(shù)，其關(guān)鍵技術(shù)主要體現(xiàn)在半承載式全塑車身以及車身成型設(shè)備的開發(fā)。全塑車身設(shè)計是新能源汽車輕量化設(shè)計的重要組成部分，與傳統(tǒng)的汽車車身設(shè)計相比，全塑車身的設(shè)計是一個一體化、模塊化、整體式的設(shè)計思路，同時實現(xiàn)功能與零部件的高度集成，從而減少零部件的數(shù)量，降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)車身輕量化的目標(biāo)。超輕新能源汽車主要由驅(qū)動電池單元、行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、鋁制車身框架、復(fù)合材料車身、塑化地板等組成，目前車身整備質(zhì)量為850kg(包括電池)。超輕新能源汽車具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　全塑車身的成型工藝是旋塑成型工藝，采用多次加料工藝，實現(xiàn)車身“實心+發(fā)泡+實心”的三明治強(qiáng)化效果。該車身為一次整體成型，采用的材料是纖維增強(qiáng)微分發(fā)泡材料，其優(yōu)勢在于:1)高分子復(fù)合材料相比金屬材料，具有更好的產(chǎn)品設(shè)計自由度，以實現(xiàn)車身復(fù)雜的外觀造型;2)減少在生產(chǎn)過程的各零部件數(shù)量和額外加裝工序，保證車身的整體公差，節(jié)省新能源汽車組裝時間。

　　此外，在全塑車身的設(shè)計中，其安全性尤為重要，它必須保證車輛發(fā)生碰撞時盡可能地減少對行人和乘員的傷害。通過對全塑車身按照新能源汽車碰撞標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行碰撞模擬分析，顯示，車身發(fā)生了大的塑性變形，車身座艙發(fā)生較大侵入的缺陷。全塑車身碰撞模擬分析結(jié)果如圖3所示。

　　針對這一問題，筆者提出一種仿真結(jié)果非常好的合金6000系列鋁制車身框架與復(fù)合材料車身組合使用的方案。由于鋁制車身框架結(jié)構(gòu)具有較高的剛性和延展性，以及良好的變形和能量吸收特性，可有效保證駕乘人員的碰撞安全;采用纖維增強(qiáng)材料的車身結(jié)構(gòu)料具有彈性模量高、回彈效果好的優(yōu)勢，尤其當(dāng)汽車低速行駛發(fā)生碰撞時，車身能有效地進(jìn)行自行恢復(fù)。通過采用多材料的綜合應(yīng)用，新能源汽車實現(xiàn)了優(yōu)勢互補(bǔ)、協(xié)同增強(qiáng)的效果。全塑車身鋁制框架復(fù)合結(jié)構(gòu)如圖4所示。

　　熱塑性地板與塑料車身和鋁制框架通過通孔、孔槽和成型預(yù)埋金屬件實現(xiàn)熱塑性地板與塑料車身和鋁制框架的連接，構(gòu)成封閉的車身結(jié)構(gòu)，共同傳遞工作載荷，并吸收和傳遞部分碰撞能量。為了讓塑化地板具有高彎曲和高扭轉(zhuǎn)剛度特性，塑化地板結(jié)構(gòu)采用纖維增強(qiáng)熱塑性材料，利用中央隧道結(jié)構(gòu)和漸進(jìn)式吻接結(jié)構(gòu)來強(qiáng)化地板結(jié)構(gòu)。

　　集成化纖維增強(qiáng)熱塑性地板是通過旋塑成型設(shè)備精密成型，加入纖維增強(qiáng)微分發(fā)泡材料，利用縱向、橫向雙軸帶動模具旋轉(zhuǎn)加熱，使材料逐漸加熱熔融并均勻涂覆于模具表面，通過空冷或水冷工藝?yán)鋮s模具，最后開模實現(xiàn)集成化地板。超輕新能源汽車集成塑化地板總成如圖5所示。

　　新能源汽車全塑車身采用的是旋塑成型工藝。旋塑(滾塑)成型作為塑料成型工藝的一個重要分支，是一種熱塑性塑料中空成型方法，它具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、模具制造成本低廉、適于加工大型制件、制品壁厚均勻且沒有應(yīng)力、原料利用率較高等優(yōu)點(diǎn)，在近年來得到了較為迅速的發(fā)展。但由于全塑車身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸要求嚴(yán)格，車身表面的精度要求高，整體式模具設(shè)計加工困難，模具的加工維修成本高，使全塑汽車及其模具的加工制造難度大。鑒于此，文章提出一種大型復(fù)雜全塑車身模塊化的旋塑模具的設(shè)計方法。旋塑模具如圖6所示。

　　該模塊化的旋塑模具是根據(jù)所設(shè)計的汽車車身的功能、作用、位置、車身輪廓線、旋塑成型設(shè)計工藝對汽車車身進(jìn)行模塊化分塊，形成模塊化模具，各模塊化模具通過模具架和夾緊裝置緊固，脫模時按照各自脫模方向依次脫模。采用此方法加工制造的車身模具如7圖所示。

　　通過這種旋塑模具模塊化分塊組合設(shè)計的方法，可降低模具的制造難度，提高汽車車身塑化成型效率，同時保證車身局部特征的精度不因脫模而損害。

　　2)超輕新能源汽車采用集成化的全塑車身結(jié)構(gòu)，這不僅有效地降低了車身各部件和組件的數(shù)量，也最大限度地降低了額外制造成本和加工工序，保證新能源汽車的整體公差和功能。同時，由于塑料具有優(yōu)越的可塑性，使超輕新能源汽車在外形設(shè)計上有更大的設(shè)計自由度，能達(dá)到理想的空氣動力學(xué)要求。

　　3)超輕新能源汽車在新材料，新結(jié)構(gòu)，新工藝，新設(shè)備的研發(fā)下，絕大多數(shù)構(gòu)件采用纖維復(fù)合材料加工成型，大幅降低了車身總體質(zhì)量。并通過將高強(qiáng)度的鋁制車身框架結(jié)構(gòu)與超輕全塑車身的優(yōu)勢進(jìn)行組合使用，實現(xiàn)了在發(fā)生撞擊的情況下，超輕新能源汽車能夠有效保障乘客單元的安全性。

　　4)超輕新能源汽車全塑車身通過采用模塊化旋塑模具實現(xiàn)車身成型制造，不僅降低了模具的制造難度，也提高了汽車車身塑化成型效率。