電動(dòng)汽車底盤輕量化的案例
電動(dòng)化與輕量化 - 汽車底盤技術(shù)的挑戰(zhàn)
操控與制動(dòng)是汽車的基本功能。即便如此，相應(yīng)的技術(shù)還在不斷地發(fā)展過程中。底盤技術(shù)未來所面臨的挑戰(zhàn)是電動(dòng)化與輕量化。
排放、輔助駕駛和自動(dòng)駕駛的準(zhǔn)備是汽車工業(yè)目前所面臨的主題。但是底盤技術(shù)依然是汽車生產(chǎn)商開發(fā)的重點(diǎn)，尤其是制動(dòng)和操控相關(guān)的技術(shù)。汽車工程師一直在持續(xù)努力，將最新的輕量化技術(shù)應(yīng)用于底盤開發(fā)中。
采埃夫集團(tuán)乘用車底盤技術(shù)主管克萊因認(rèn)為，對于底盤來說，輕量化是一個(gè)真正的機(jī)會(huì)。采用新材料來替代傳統(tǒng)的鋼材，從而實(shí)現(xiàn)材料的替代。新材料包括了熱塑性塑料、熱固性聚合物、長纖維增強(qiáng)塑料、玻璃纖維增強(qiáng)塑料、碳纖維增強(qiáng)塑料等等，另外，還有鋁與各種高強(qiáng)鋼，以及基于這些材料的混合構(gòu)造、三明治構(gòu)造等等。
對于復(fù)雜性更好的理解
德國最新出版的《底盤技術(shù)手冊》中寫道：“通過底盤件的進(jìn)一步開發(fā)，汽車生產(chǎn)企業(yè)與供應(yīng)商對于底盤件之間復(fù)雜的相互作用有了更好更深的理解。在過去的二十年里，汽車底盤的質(zhì)量和性能都得到了極大的提升。功能日益強(qiáng)大的開發(fā)工具、材料和制造方法都為此做出了貢獻(xiàn)，使得汽車底盤技術(shù)開發(fā)達(dá)到了一個(gè)機(jī)械智能化的高水準(zhǔn)?！?汽車底盤技術(shù)所面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)是要借助于功能強(qiáng)勁的計(jì)算機(jī)和程序所支撐的虛擬開發(fā)過程，以便于在開發(fā)過程中，充分利用對于底盤系統(tǒng)及其內(nèi)在關(guān)系的全面理解和知識。此外，還需要加強(qiáng)和人體學(xué)、信息學(xué)等多方面知識領(lǐng)域的深入合作，以進(jìn)一步改善客戶體驗(yàn)。
德國最新出版的《底盤技術(shù)手冊》中，針對電動(dòng)出行對于底盤技術(shù)的影響也進(jìn)行了充分的討論。
“電動(dòng)出行將會(huì)對整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生革命性的影響，尤其是電動(dòng)車。電動(dòng)車無須變速，或者只需要一級最多二級變速。發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)可以緊湊的構(gòu)造放置于車的后部，這樣一來，傳動(dòng)系統(tǒng)得到明顯簡化，空間得到更好地利用。”
展開 新能源汽車底盤輕量化設(shè)計(jì)思路
底盤系統(tǒng)
包含了懸架、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向等子系統(tǒng)，在傳統(tǒng)意義上它影響著整車的舒適性、安全性與操控性，而對于新能源汽車而言，它的影響更加深遠(yuǎn)。
新能源汽車的底盤設(shè)計(jì)有兩種途徑，一種是由傳統(tǒng)底盤改制設(shè)計(jì)，盡可能地沿用原有設(shè)計(jì)，根據(jù)需要進(jìn)行部分的改制工作，開發(fā)難度小、開發(fā)成本低、開發(fā)周期短，并且能夠與傳統(tǒng)車共用平臺，并在很大程度上沿用傳統(tǒng)車的成熟零部件。
但是考慮到公用性等，在開發(fā)設(shè)計(jì)的過程中受到的限制較多，總布置的難度較大，模塊集成化較低等缺點(diǎn)。
另外一種是新能源專有平臺開發(fā)，沒有燃油車公用等眾多限制，新能源專有底盤的設(shè)計(jì)可以更優(yōu)化、集成度更高、性能更卓越，因此專有平臺已經(jīng)成為新能源汽車底盤設(shè)計(jì)的新趨勢。
新能源汽車的底盤系統(tǒng)需要適應(yīng)于車載能源的多樣性、適用于高度集成的系統(tǒng)模塊，同時(shí)不限制汽車內(nèi)部空間與外部造型的設(shè)計(jì)。
底盤零件新材料、新工藝和穩(wěn)定性的總體要求
輕量化和新材料
汽車底盤在未來的發(fā)展方向之一便是汽車輕量化， 對于輕質(zhì)合金材料和高強(qiáng)度鋼的需求量在未來將會(huì)大大增加；底盤上對于鋁合金的運(yùn)用也會(huì)越來越多；鎂合金的需求量也呈增長的態(tài)勢。但是，也要不斷研究一些新型設(shè)計(jì)來滿足汽車零部件重量輕的需求。
底盤輕量化
新能源汽車電池的重量占全車總重量的30%，其他的是車身和配件，因此，為了提升新能源汽車的性能與能源效率要使底盤輕量化。在設(shè)計(jì)過程中，要積極采用先進(jìn)的技術(shù)和材料，不斷改進(jìn)和完善結(jié)構(gòu)。一般情況下，可以改變尺寸、形狀或選擇空心結(jié)構(gòu)來降低零件質(zhì)量。同時(shí)，要盡量選擇鋁合金和鎂合金來代替鋼質(zhì)材料，這樣可以降低質(zhì)量，也可以引進(jìn)熱成形等新型方法降低零件質(zhì)量。
對TRIP鋼材料的應(yīng)用
雖然TRIP鋼材料現(xiàn)階段在小型汽車中的應(yīng)用并不多見，尤其是在底盤設(shè)計(jì)中，更是不會(huì)使用TRIP鋼材料。
展開 汽車底盤懸架關(guān)鍵部件輕量化設(shè)計(jì)分析
2.1.3 材料優(yōu)化
設(shè)計(jì)底盤懸架部件時(shí)，“出鏡率”較高的方法是運(yùn)用輕質(zhì)材料，該法擁有良好的發(fā)展前景，這是因?yàn)槠浼饶転?em>汽車運(yùn)行的可靠性提供保證，還可使底盤質(zhì)量減小。在合金制造技術(shù)趨于完善的當(dāng)下，以鋁合金、高強(qiáng)度鋼為代表的諸多材料，均已被用來制造汽車，沖焊零件固有優(yōu)勢通?？梢虼硕玫匠浞职l(fā)揮。例如，在對B 級汽車進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，有關(guān)人員選擇運(yùn)用鋁合金制造控制臂及副車架，汽車質(zhì)量降低幅度明顯，與此同時(shí)，底盤懸架功能的實(shí)現(xiàn)并未受到影響。由此可見，對中端和低端汽車而言，材料優(yōu)化是輕量化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
2.2 設(shè)計(jì)方法
2.2.1 集成設(shè)計(jì)
要想使汽車業(yè)具備實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的前提條件，將產(chǎn)品質(zhì)量提升到更高水平，前提是對設(shè)計(jì)方案加以調(diào)整，現(xiàn)階段，橡膠懸架、空氣懸架均已得到推廣，二者的優(yōu)勢主要是以懸架承載力達(dá)到行業(yè)要求為前提，通過對質(zhì)量進(jìn)行大幅降低，將制造成本控制在合理范圍內(nèi)。上述提到的橡膠懸架，強(qiáng)調(diào)用橡膠彈簧替代鋼板彈簧，通常由推力桿、均衡梁及橡膠主（副）簧組成，其優(yōu)勢往往表現(xiàn)在三個(gè)方面，分別是無需維護(hù)、舒適性能佳、滿足輕量化要求。在落實(shí)輕量化設(shè)計(jì)的相關(guān)工作時(shí)，有關(guān)人員往往將集成設(shè)計(jì)作為首選方案，通過細(xì)化分工的方式，使部件擁有更為理想的兼容性及實(shí)用性。在傳統(tǒng)觀念里，兼用性并非細(xì)化分工需要考慮的部分，因此，多數(shù)汽車的底盤部件均有明顯界限，其中，界限最為分明的部件主要是前縱梁和彈簧支架，即便空間分布十分緊湊，仍然無法達(dá)到輕量化要求。而引入集成設(shè)計(jì)理念，通?？墒股鲜鰡栴}迎刃而解，有關(guān)人員以零件集成應(yīng)用為切入點(diǎn)，通過系統(tǒng)優(yōu)化的方式，獲得集成零件。事實(shí)證明，這樣做可使零件質(zhì)量得到有效降低，輕量化設(shè)計(jì)初衷隨之實(shí)現(xiàn)。
2.2.2 等邊界設(shè)計(jì)
事實(shí)證明，將等邊界設(shè)計(jì)用于底盤懸架部件設(shè)計(jì)，對其質(zhì)量的降低有突出效果。
展開 電動(dòng)汽車車架的尺寸優(yōu)化暨輕量化設(shè)計(jì)
某電動(dòng)車公司推出一款微型電動(dòng)車，適用于保衛(wèi)、觀光、代步和運(yùn)輸?shù)榷喾N用途，該車經(jīng)有限元分析表明，仍具有一定的輕量化設(shè)計(jì)空間，通過減輕車架質(zhì)量，一方面降低成本，另一方面也可提高電動(dòng)車的續(xù)航里程。電動(dòng)車車架如圖1所示。該電動(dòng)車為脊梁式結(jié)構(gòu)，中部為電池框，前軸和后軸分列電池框前后。該車架采用Q235矩形鋼管，初始整備質(zhì)量（含兩名乘員150Kg）653Kg。
圖1 車架示意圖
1.有限元建模
使用Hypermesh建立車架的有限元模型，為滿足車輛行駛狀態(tài)下的極端工況要求，分別設(shè)置彎曲和扭轉(zhuǎn)兩個(gè)工況，動(dòng)載系數(shù)參考相關(guān)資料設(shè)置為2.5和1.5.
選擇以所有的桿件的橫截面寬度和高度為設(shè)計(jì)變量，為滿足制造要求，對對稱件和相關(guān)的桿件進(jìn)行尺寸關(guān)聯(lián)，保證優(yōu)化過程中桿件間尺寸一致，設(shè)計(jì)變量可以選擇連續(xù)尺寸，也可以根據(jù)廠商所能夠買到的型材進(jìn)行離散尺寸優(yōu)化。以質(zhì)量最輕為目標(biāo)函數(shù)，材料的屈服極限、一階固有頻率、剛度和尺寸為約束。
2.優(yōu)化結(jié)果
經(jīng)過尺寸優(yōu)化，在保證彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度和固有頻率不低于優(yōu)化前的同時(shí)，車架質(zhì)量下降14Kg，減重幅度達(dá)到17%。
展開 
電動(dòng)汽車電機(jī)懸置框架的安全性能和輕量化研究
②鋁合金材料框架的MPDB碰撞性能優(yōu)于型鋼材料框架，并且鋁合金框架的整體重量減輕了2.8kg，輕量化效果顯著。
都在標(biāo)榜輕量化，那汽車輕量化是否大勢所趨？
這樣，沒有柳丁的外加重量，一體化的車身既美觀又能做到輕量化，而且是自動(dòng)化的焊接，提高生產(chǎn)效益，車企何樂而不為。
除了以上幾種主流的輕量化方式，汽車工程師為了實(shí)現(xiàn)汽車輕量化還在其他方面進(jìn)行專研。
大勢所趨
在過往，這些輕量化技術(shù)只用于F1、勒芒耐力賽等大型比賽的車型上，為應(yīng)對賽車協(xié)會(huì)的要求。直到1994年，奧迪把鋁制車身用于A8上，令汽車輕量化技術(shù)在量產(chǎn)車型上得到普及。而現(xiàn)在，不管是豪華品牌還是合資品牌，都在使用輕量化技術(shù)。
近年來，大眾不斷為旗下朗逸、寶來、途觀等熱銷車型引入MQB平臺。而MQB平臺則是汽車輕量化技術(shù)的一個(gè)載體，里面包含了輕量化材質(zhì)、結(jié)構(gòu)以及工藝，令MQB平臺車型比上代車型整車減重40—60kg。雖然比起碳纖維這樣更高一級的輕量化技術(shù)，大眾MQB平臺的輕量化有點(diǎn)微不住道，但可知，輕量化技術(shù)在我們身邊無處不在。
此外，隨著國家不斷調(diào)整排放標(biāo)準(zhǔn)，最苛刻的國六排放標(biāo)準(zhǔn)將在2019年7月開始在重點(diǎn)城市提前實(shí)施國六排放標(biāo)準(zhǔn)，在2023年7月全國輕型車強(qiáng)制執(zhí)行。而現(xiàn)今，無論是小型SUV還是中大型SUV，基本都是采用了鋁合金材質(zhì)的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體與缸蓋來進(jìn)行輕量化，但都不能應(yīng)對國六排放標(biāo)準(zhǔn)。在首批達(dá)到國六排放標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)動(dòng)車的環(huán)保信息中，第一批僅三款SUV車型能達(dá)標(biāo)。因此，除了不斷提升發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)之外，把汽車輕量化技術(shù)再往更深一步走也是有效應(yīng)對途徑之一。
汽車輕量化技術(shù)不止在傳統(tǒng)燃油車上有著重要地位，在新能源汽車上也是如此。如今的特斯拉model S、蔚來ES8、榮威 marvel x等中高端新能源汽車無不例外是使用全鋁車身來提高續(xù)航里程?？蛇@樣還是不夠，因?yàn)殡姵氐馁|(zhì)量與續(xù)航是個(gè)矛盾體。如果增加電池的量來提升續(xù)航里程，那隨著而來的重量也會(huì)影響續(xù)航里程。
以捷豹I-PACE為例，僅是電池系統(tǒng)的重量就高達(dá)613kg，快占普通中型SUV的整備質(zhì)量的一半。
展開 2024第十七屆國際汽車輕量化大會(huì)暨展覽會(huì)的通知|汽車輕量化
2024第十七屆國際汽車輕量化大會(huì)暨展覽會(huì)的通知|汽車輕量化
中國汽車工程學(xué)會(huì)、江蘇省科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)、汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟（以下簡稱“輕量化聯(lián)盟”）和揚(yáng)州市人民政府將于 2024年10月9-11日 在 江蘇省揚(yáng)州市 國際展覽中心舉辦 2024（第十七屆）國際汽車輕量化大會(huì)暨展覽會(huì) （以下簡稱“大會(huì)”）
李先生編寫 152/1006/3431
主辦單位
中國汽車工程學(xué)會(huì)、江蘇省科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)、汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟、揚(yáng)州市人民政府
協(xié)辦單位
江蘇省汽車工程學(xué)會(huì)、電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟、揚(yáng)州市人才辦、揚(yáng)州市科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)、揚(yáng)州市科技局、揚(yáng)州市工信局、揚(yáng)州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)、揚(yáng)州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院、云江（浙江）汽車技術(shù)有限公司
戰(zhàn)略合作單位
中信金屬股份有限公司、育材堂(蘇州)材料科技有限公司、湖北博士隆科技股份有限公司
承辦單位
國汽輕量化（江蘇）汽車技術(shù)有限公司、國汽（北京）汽車輕量化技術(shù)研究院有限公司、恒興國際會(huì)展集團(tuán)有限公司、中信金屬股份有限公司（車身會(huì)議）
支持單位
中國汽車工程學(xué)會(huì)汽車材料分會(huì)、國家新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新中心、溫州（瑞安）智能汽車零部件工程師協(xié)同創(chuàng)新中心、日本汽車復(fù)合材料學(xué)會(huì)、上海汽車工程學(xué)會(huì)、安徽省汽車工程學(xué)會(huì)、河南省汽車工程學(xué)會(huì)、黑龍江汽車工程學(xué)會(huì)、陜西省汽車工程學(xué)會(huì)
支持媒體
光明網(wǎng)、中國汽車報(bào)、汽車工程、汽車之友、汽車工藝與材料、中國汽車材料網(wǎng)等
展開 實(shí)現(xiàn)減重25% 用于電動(dòng)汽車的輕量化高速變速箱
在一個(gè)“設(shè)計(jì)、生產(chǎn)用于電動(dòng)汽車的輕量化金屬-復(fù)合材料變速箱”的項(xiàng)目中，CompoTech公司、布拉格捷克理工大學(xué)、韓國機(jī)械與材料研究院和三洋減速機(jī)公司協(xié)同工作，減輕了25%的重量，并憑借高振動(dòng)阻尼而降低了噪聲。
變速箱主體由復(fù)合材料與金屬嵌件制成
該項(xiàng)目的目標(biāo)是，開發(fā)用于電動(dòng)汽車的輕量化高速變速箱，變速箱主體由復(fù)合材料與金屬嵌件制成以提供支撐表面。CompoTech公司設(shè)計(jì)并生產(chǎn)了齒輪箱殼體的上半部分，并正在生產(chǎn)更加復(fù)雜的下半部分，同時(shí)還開發(fā)了強(qiáng)度和疲勞試驗(yàn)軸。該變速箱殼體和軸由許多零件組成，它們由粘合劑進(jìn)行粘接。
強(qiáng)度和疲勞試驗(yàn)軸
為支持變速箱的設(shè)計(jì)，采用各種類型粘合劑的試驗(yàn)樣品得到了設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和測試。布拉格捷克理工大學(xué)通過試驗(yàn)和有限元分析，為設(shè)計(jì)和開發(fā)提供了支持。韓國的合作伙伴則提供了變速箱的技術(shù)規(guī)格，并將完成對變速箱的組裝和測試。
捷克技術(shù)局對此提供了財(cái)政支持。該項(xiàng)目自2016年開始運(yùn)行，將于2019年10月結(jié)束。
展開 【技術(shù)帖】基于有限元分析的某電動(dòng)汽車車身輕量化設(shè)計(jì)
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引言
輕量化技術(shù)是一種降低尾氣污染物排放的技術(shù)路線，在保證汽車整體各項(xiàng)性能的前提下，對汽車進(jìn)行輕量化，可以有效降低汽車的質(zhì)量，節(jié)省能源，減少尾氣排放。根據(jù)相關(guān)資料顯示，國外的乘用車和商用車在輕量化方面每10 年平均降質(zhì)10%，整備質(zhì)量的輕量化在未來依舊會(huì)降質(zhì)20%，而我國在乘用車和商用車兩方面的輕量化研究都比較少，整備質(zhì)量比國外同類型車的整備質(zhì)量高10%～15%。電動(dòng)汽車在國家政策的支持下蓬勃發(fā)展，以輕量化技術(shù)推動(dòng)電動(dòng)汽車協(xié)同發(fā)展是未來電動(dòng)汽車發(fā)展的趨勢之一。
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有限元法簡介及仿真
1.1 有限元法簡介
有限元法是一種高效能、常用的計(jì)算方法。有限元的核心思想是結(jié)構(gòu)的離散化。有限元方法解題步驟可歸納如下：
（1）結(jié)構(gòu)離散化。將模型離散為若干相互連接、不重疊的單元。
（2）確定單元基函數(shù)。選擇合適的插值方式作為單元的基函數(shù)。在有限元分析中常用的有2種插值方式：位移法和混合法。位移法計(jì)算簡單，采用節(jié)點(diǎn)位移為未知量。混合法基本未知量有節(jié)點(diǎn)力和位移構(gòu)成。采用位移法計(jì)算，就是利用節(jié)點(diǎn)位移來表述單元的位移、應(yīng)力和應(yīng)變。單元內(nèi)任意一點(diǎn)的位移都可以用式（1）計(jì)算
（3）單元分析。
展開 汽車輕量化：何以輕，以何輕？
但汽車零部件種類繁多，有些零部件形狀復(fù)雜，受限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，難以采用鍛造工藝。隨著金屬加工成型工藝水平提高，復(fù)雜形狀零部件也開始應(yīng)用鍛造工藝。更好地力學(xué)性能也就意味著更薄的結(jié)構(gòu)和更輕的重量。以鋁合金輪轂為例，要達(dá)到相同的力學(xué)性能，一組鑄造輪轂要比鍛造輪轂多出20%的重量。
圖6 鍛造件與鑄造件對比圖
焊接是車身裝配過程中的一道主要工序，車身底板、車架、車頂、車門等部分都會(huì)采用焊接工藝。傳統(tǒng)電阻焊是通過電流形成的電阻熱融化焊件接觸面，通過壓力使焊件連接的方法，其技術(shù)特點(diǎn)決定了電阻焊在用于板材連接時(shí)需留有翻邊。而新的激光焊工藝可以通過激光束直接融化需焊接部位，省去了翻邊，減輕了重量的同時(shí)也使外形更美觀，使車體密封性更好。
圖7 激光焊與電阻焊對比圖
另外借助CAD、CAE等軟件和有限元模擬，汽車工程師可以方便的在計(jì)算機(jī)中對汽車進(jìn)行設(shè)計(jì)和模擬，不必反復(fù)造樣車拿去撞，然后回爐重新設(shè)計(jì)，大幅提高了設(shè)計(jì)效率，也便于設(shè)計(jì)師發(fā)現(xiàn)更多可以采取蜂窩、鏤空等輕量化設(shè)計(jì)的部位。
新材料的滲透
汽車輕量化的升級過程中，車體材料經(jīng)歷了鋼材到鎂、鋁合金再到碳纖維的演變過程，越好的材料越輕質(zhì)高強(qiáng)。但車身輕量化并不是新材料對原有材料的簡單替代過程，簡而言之，汽車生產(chǎn)廠商是要盈利的，成本和性能的權(quán)衡也就成了量產(chǎn)車設(shè)計(jì)的主旋律。
一種材料如果能大規(guī)模的應(yīng)用在量產(chǎn)車上，必然有生產(chǎn)規(guī)模化、品質(zhì)穩(wěn)定、成本可控，加工性能優(yōu)越的特點(diǎn)。鋁合金和鎂合金具有密度低、抗沖擊性能好、加工性能優(yōu)良等特點(diǎn)，開始逐步替代汽車用鋼材。以車身底盤零部件為例，鋁合金應(yīng)用在前后轉(zhuǎn)向節(jié)中可使重量減輕40%，而鎂合金用于車輪轂則可減重30%。
展開 蓋世汽車研究院：一體化壓鑄推動(dòng)汽車輕量化
一體化壓鑄工藝作為未來重要的發(fā)展趨勢，企業(yè)正在加速進(jìn)行布局，預(yù)計(jì)2025年國內(nèi)一體化壓鑄件市場規(guī)模將接近300億元，年均復(fù)合增長率達(dá)176%。
在雙碳背景下，輕量化是汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，汽車整備質(zhì)量每減少 100kg，百公里油耗可降低0.3-0.6L。《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》的發(fā)布也對汽車油耗及輕量化系數(shù)提出了嚴(yán)格要求。2035年對于傳統(tǒng)能源乘用車和純電動(dòng)乘用車的輕量化系數(shù)分別相比2019年的基數(shù)下降25%和35%。
汽車輕量化的技術(shù)路徑主要包括零部件輕量化、電器輕量化和車身輕量化。其中，車身輕量化主要從材料、結(jié)構(gòu)、工藝三方面改進(jìn)，當(dāng)前的主要輕量化措施是采用輕質(zhì)材料。鋁合金材料具有輕質(zhì)、抗拉強(qiáng)度高、回收性好、耐腐蝕、可塑性強(qiáng)、工藝相對成熟等特點(diǎn)，材料密度顯著低于高強(qiáng)度鋼，成本及工藝難度優(yōu)于鎂合金和碳纖維，是當(dāng)前技術(shù)工藝下最具性價(jià)比及可行性的輕量化材料。
目前鋁合金已廣泛應(yīng)用于轉(zhuǎn)向節(jié)、控制臂、副車架、電機(jī)殼、電池盒等部件，但鋁合金車身的制造工藝復(fù)雜度遠(yuǎn)超鋼制車身，需要多種連接技術(shù)進(jìn)行組合，大大提升了生產(chǎn)的難度和整車的制造成本。
鋁合金零部件的主要成型工藝包含了鑄造、鍛造和擠壓。壓力鑄造主要分為高壓鑄造、低壓鑄造、差壓鑄造等。其中，低壓鑄造與差壓鑄造多用底盤區(qū)域，而高壓鑄造因加工效率高，加工零部件壁厚小等特點(diǎn)，在車身中的運(yùn)用越來越多，是未來的發(fā)展方向。
展開 
汽車“瘦身” | 新材料助推汽車輕量化
此外，高性能塑料、生物材料等新材料仍將是汽車零部件輕量化的不錯(cuò)選擇。
復(fù)合材料輕量化電動(dòng)概念車“ItoP”亮相日本
近日，一款使用聚合物復(fù)合材料的電動(dòng)汽車在日本大阪大學(xué)亮相。根據(jù)介紹，新車在維持強(qiáng)度的情況下實(shí)現(xiàn)了輕量化，并且延長了長行駛的距離，同時(shí)減小了對環(huán)境的影響。
據(jù)了解，本次亮相的電動(dòng)概念車名為“ItoP”，可搭載3人，該車全長4.28米，重850公斤。而采用聚合物材質(zhì)的原因是按照以往存在打薄后易損壞，做得又厚又硬則會(huì)變脆的特點(diǎn)。
會(huì)上，由東京大學(xué)高分子材料學(xué)教授伊藤耕三主導(dǎo)、大阪大學(xué)高分子合成化學(xué)特任教授原田明等人參與的研究項(xiàng)目利用超級計(jì)算機(jī)“京”及大型輻射設(shè)施“SPring-8”分析了聚合物被破壞時(shí)的分子結(jié)構(gòu)，開發(fā)出了打薄后仍能保持強(qiáng)度的“柔韌”材料。根據(jù)模擬結(jié)果顯示，與采用鐵、玻璃等以往材料相比，用該材料可以使重量減輕約500公斤，也易于實(shí)現(xiàn)各種設(shè)計(jì)。大型廠商也為該材料運(yùn)用于汽車提供了合作。
來源：汽車輕量化CFRP
展開 歐盟開發(fā)出石墨烯增強(qiáng)汽車輕量化材料，更輕更強(qiáng)更安全！
英國桑德蘭大學(xué)（University of Sunderland）的科學(xué)家承擔(dān)著10.11號課題——?dú)W盟石墨烯旗艦計(jì)劃的一部分——汽車復(fù)合材料。該項(xiàng)目正在探索如何利用石墨烯為汽車市場打造更輕，更強(qiáng)，更安全，更節(jié)能的部件。
由桑德蘭大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)這個(gè)小組由意大利、西班牙和德國的研究機(jī)構(gòu)等五個(gè)研究合作伙伴組成，由過去兩年來一直在菲亞特克萊斯勒汽車公司的支持下進(jìn)行一系列測試。 他們將石墨烯嵌入聚合物中，與傳統(tǒng)的碳纖維或玻璃纖維等結(jié)構(gòu)材料混合，作為汽車的保險(xiǎn)杠材料進(jìn)行測試，通過添加石墨烯，可以減小結(jié)構(gòu)部件的厚度。
該小組指出：“我們在第一階段發(fā)現(xiàn)的結(jié)果很不錯(cuò)，我們?nèi)〉昧吮任覀冾A(yù)期的更多的成就。添加了石墨烯的復(fù)合材料非常輕、非常堅(jiān)固，我們所做的沖擊測試結(jié)果顯示比傳統(tǒng)復(fù)合材料可以多吸收40％的能量。并且，該材料也更穩(wěn)定，當(dāng)受到?jīng)_擊時(shí)，它的斷裂過程是受控的，能以受控的方式吸收能量。我們在開始的時(shí)候就預(yù)料到了這一點(diǎn)，但沒想到結(jié)果會(huì)如此好。“
“在石墨烯和聚合物之間取得適當(dāng)?shù)钠胶馐侵陵P(guān)重要的。復(fù)合材料不能太弱，或太強(qiáng)，以至于碰撞時(shí)不能吸收能量。現(xiàn)代汽車的設(shè)計(jì)是為了防止乘客墜毀，而太結(jié)構(gòu)復(fù)雜的復(fù)合材料會(huì)將能量傳遞給乘客，從而危及他們的安全。我們現(xiàn)在有一個(gè)很好的統(tǒng)一分散，但這不是一件容易的事情。我們需要做到輕量級同時(shí)保證安全“。
該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)與歐洲一家汽車制造商及其一級供應(yīng)商進(jìn)行了會(huì)談，據(jù)報(bào)道他們對這項(xiàng)工作及其未來的應(yīng)用非常感興趣。
來源：新材料技術(shù)前沿
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新材料技術(shù)前沿
展開 汽車輕量化先進(jìn)工藝技術(shù)
長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料在線模壓產(chǎn)品現(xiàn)已被寶馬、奔馳、奧迪、馬自達(dá)等汽車企業(yè)廣泛地應(yīng)用于后背門內(nèi)板、儀表板骨架、前端模塊、底護(hù)板、備胎艙支架、發(fā)動(dòng)機(jī)氣門室罩蓋、油底殼等汽車關(guān)鍵零部件。在線模壓成型可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品減重30%以上，是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的有效手段之一，我國還處于探索階段。圖9在線模壓成型生產(chǎn)的典型汽車零部件。
汽車輕量化連接技術(shù)
汽車輕量化連接技術(shù)包括激光焊接、攪拌摩擦焊、鎖鉚技術(shù)、自鎖鉚、熱熔自攻螺釘以及膠粘連接等技術(shù)，通過上述先進(jìn)連接技術(shù)將輕量化構(gòu)件連接成零部件總成或車身，以達(dá)到較好的剛度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。上述連接技術(shù)在汽車零部件的應(yīng)用情況及在汽車輕量化進(jìn)程中的發(fā)展方向見附表。
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