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量身定制“瘦身攻略” 让电动车跑得更快更远

2021-07-08 11:51汽车新闻 人已围观

简介量身定制的“瘦身策略”让电动车跑得更快更远 关注国家重点研发计划“新能源汽车”重点项目 研究表明,纯电动汽车每减轻10kg重量,续航里程可增加2.5km。我们的目标是通过攻关使...

量身定制的“瘦身策略”让电动车跑得更快更远

关注国家重点研发计划“新能源汽车”重点项目

研究表明,纯电动汽车每减轻10kg重量,续航里程可增加2.5km。我们的目标是通过攻关使车身重量减轻30%以上,同时保证车辆的安全性能达到五星标准。

赵辉

长安汽车首席专家、轻量化纯电动汽车项目总监

减肥瘦身不仅爱美的人需要,汽车也需要。“十三五”新能源汽车重点项目中,轻量化纯电动汽车集成开发成为重点研究项目。

近日,记者从重庆长安汽车获悉,该公司与中国汽车工程研究院有限公司、中孚申英碳纤维有限公司、中国科学院宁波材料研究所等国内13家科研院所和供应商联合开发,从材料、分析、设计、制造、整车集成到试验验证等六个方面,突破多项技术瓶颈,研发出具有世界一流技术水平的碳纤维车身纯电动车,可为新能源汽车越跑越远。

电动汽车减肥瘦身势在必行

汽车轻量化是在保证汽车强度和安全性能的前提下,尽可能降低汽车的维修质量,从而提高汽车的动力性能。实验表明,如果汽车质量降低一半,油耗将降低近一半。由于环保和节能的需要,汽车轻量化已经成为世界汽车发展的趋势。

“与燃油车相比,新能源汽车的减重需求更为迫切。”长安汽车首席专家、轻量化纯电动汽车项目负责人赵辉表示,与燃油车相比,新能源汽车往往重10%,其动力电池占整车重量的三分之一至二分之一。在解决锂动力电池能量密度与安全性的矛盾之前,减重是提高续航里程的有力保障之一。研究表明,纯电动汽车每减轻10kg重量,续航里程可增加2.5km。

对于新能源汽车,减重主要从材料减重、结构减重和制造工艺减重三个方面进行。

因此,轻量化纯电动汽车集成开发项目旨在突破碳纤维车身载荷分配和结构优化等技术瓶颈,实现低成本碳纤维、碳纤维车身和铝合金车架的集成设计,实现各种轻量化材料和先进技术的集成应用,掌握碳纤维车身纯电动汽车的试验验证和评价等核心技术,开发出具有国际一流技术水平的碳纤维车身纯电动汽车。

“我们的目标是达到国际一流水平。通过攻关,我们可以将汽车的重量减轻30%以上,同时保证车辆的安全性能达到五星标准。”赵辉表示,随着“电气化、网络化、智能化”科技革命的推进,汽车行业正在发生重大变革,这给行业发展带来了前所未有的挑战,也带来了千载难逢的发展机遇。这是中国品牌汽车在弯道超越外国品牌的好时机。如果能攻克轻量化这一共性技术难点,将为中国品牌汽车的高质量发展提供巨大支撑。

掌握“材料之王”制备秘诀的技术突破

要实现轻量化,首先要突破的难点是材料。

一般车型的车架会采用钢铁材料,昂贵的车型可能会采用全铝或碳纤维车身,这样可以减轻重量的同时保证强度和性能。然而,使用碳纤维复合材料和铝合金的困难之一是成本。

由于其重量轻、强度高,碳纤维复合材料可以说

“它的原料价格在国际上是120元1公斤,中国在材料加工技术上还没有达到国际一流水平。”据赵辉介绍,他们研究了大规模制备低成本碳纤维的方法,提高了纺丝速度,缩短了预氧化时间,开发了碳化热能回收技术,使碳纤维材料成本降低了25%,技术水平在国内处于领先地位。

长安汽车轻量化纯电动轿车项目总设计师张金生介绍,在仿真分析、载荷分配、结构优化等方面,项目团队采用大变形理论,通过碳纤维复合材料层面的仿真和实验分析,建立了精确的碳纤维复合材料本构模型,最终实现了复合材料CAE仿真的高精度,刚度对标精度达到80%以上,处于行业领先水平。

针对碳纤维前盖行人保护的产业难题,研究人员通过开启内板、减层、加支架、加缓冲泡沫等优化方案,将行人保护头得分提升至8.18分,重量较钢盖板减轻约40%。是国内首个实现行人保护五星评分率,实现小批量生产的全碳纤维前盖。

打造国内一流轻量化车身应用平台的技术研究

汽车需要减轻重量,保证性能。为了解决这种看似矛盾的需求,研究人员不仅在材料上,而且在制造工艺上都做出了“十八般武艺”。

“我们的一个重大突破就是在a柱和B柱的加强筋上使用超高强度钢。”赵辉解释说,a柱是连接左前方和右前部车顶和前舱的连接柱;B柱在驾驶舱前排座椅和后排座椅之间,安全带在B柱上。a柱和B柱是支撑车辆结构强度的主要部件。强度越高,车身的抗冲击能力越强。为此,R&D人员在国内首次在a柱加强件上采用1700 MPa高强度钢3D滚压成型技术,B柱采用1800MPa热成型技术,兼顾减重要求、驾驶舒适性和安全性,有效保护乘客安全。

镁合金比率

铝合金轻,针对此材料工艺特点,研发团队在座椅骨架和转向支撑方面采用镁合金压铸工艺,不仅零件集成化程度高,尺寸稳定,安装精度高,各项性能均满足要求,而且相比钢制件减重30%以上。

  为了让铝合金减重,研发团队在铝合金后连接件采用多腔体复杂截面设计方案,代替铝合金压铸成型,大幅降低成本,并实现减重40%。张金生说,这个安装精度要在2毫米以内,是轻量化零部件制造上的关键点。

  同时,团队研发了铝合金高真空压铸技术,实现铝合金减震塔一模两件模具设计、生产及装车性能验证,减震塔零件可焊接可铆接。“它的壁厚最薄处才2毫米,屈服强度达120兆帕,延伸率达12%。这对于材料制造工艺和控制要求非常高,我们在这方面达到了国内先进水平。”赵会表示。

  如何将这么多材料连接在一起也是挑战。对此,团队在工艺制造和设计方面,开展了碳纤维、铝合金、镁合金等14种轻质零部件成型技术研究,通过多种异质轻质材料连接技术研究,项目实现了多种异质材料间的高效连接。同时,项目突破多种轻量化材料集成设计技术,开发了“碳—铝—钢—镁”多种材料集成车身结构,碳纤维+铝合金占比76%,车身减重达31%。上车身采用胶接为主、胶铆结合的连接方式,铝车架采用焊接、铆接等连接方式, 实现连接强度与韧性的有机统一。

  在整车集成方面,项目完成车身从全传统材料—混合材料—全新材料三阶段的设计与开发,解决新材料集成设计能力和新结构设计经验不足问题,实现了多材料轻量化车身达成碰撞安全五星结构耐撞性的目标。

  “在试验评价方面,针对碳纤维车身纯电动轿车的设计、制造、服役的技术特点和零部件、系统及整车的性能要求,项目团队完成167项试验,建立了适用于轻量化纯电动轿车的测试评价体系。”赵会表示,通过基础技术研究与创新应用研究的有机结合,多项关键轻量化技术已实现在长安及行业其他车型上的成果落地。

  赵会表示,接下来,他们将继续研究轻量化的新能源汽车的量产化问题,让更轻更安全的新能源汽车走向市场。(本报记者 雍 黎)

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