近年來(lái)，新能源汽車(chē)發(fā)展已進(jìn)入快速發(fā)展通道，特別是在去年中國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)銷(xiāo)量整體放緩的趨勢(shì)下，新能源車(chē)的銷(xiāo)量仍然呈現(xiàn)出猛增的態(tài)勢(shì)，全年新能源車(chē)銷(xiāo)量達(dá)到80萬(wàn)輛。而中汽協(xié)數(shù)據(jù)顯示，今年上半年中國(guó)新能源汽車(chē)銷(xiāo)量已達(dá)到41.2萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)112%。在此增速下，預(yù)計(jì)今年全年累計(jì)銷(xiāo)量將首達(dá)百萬(wàn)輛級(jí)別。
而據(jù)業(yè)內(nèi)預(yù)測(cè)，到2025年傳統(tǒng)燃油車(chē)數(shù)量將達(dá)到峰值，此后總量將逐漸下行，新能源汽車(chē)逐漸上量，到2030年新能源車(chē)產(chǎn)量有望超過(guò)傳統(tǒng)車(chē)。
實(shí)際上，在當(dāng)前全球能源危機(jī)和環(huán)保壓力下，隨著傳統(tǒng)燃油轉(zhuǎn)型為電驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)動(dòng)力革命愈演愈烈，車(chē)身輕量化這一汽車(chē)材料革命也是勢(shì)頭不減一浪蓋過(guò)一浪，和汽車(chē)動(dòng)力革命并肩而行。與傳統(tǒng)燃油車(chē)不同的是，新能源汽車(chē)采用電池作為動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)，受動(dòng)力電池重量、動(dòng)力電池續(xù)航里程的限制，在嚴(yán)苛的節(jié)能降耗法規(guī)下，車(chē)身輕量化成為新能源車(chē)企首先考慮的問(wèn)題。
日前在由蓋世汽車(chē)主辦的2018中國(guó)汽車(chē)輕量化產(chǎn)業(yè)高峰論壇上，多位行業(yè)大佬針對(duì)新能源車(chē)用材料的應(yīng)用發(fā)表了最新觀點(diǎn)，結(jié)合這些要點(diǎn)，蓋世汽車(chē)曾在《新能源汽車(chē)這么火，對(duì)未來(lái)鋼材影響幾何？》一文中，重點(diǎn)對(duì)未來(lái)新能源汽車(chē)鋼材種類(lèi)和需求量已進(jìn)行了分析，今天我們?cè)俳Y(jié)合其它材料看看新能源車(chē)用材料的最新觀點(diǎn)和動(dòng)向。
未來(lái)汽車(chē)用材趨勢(shì)：非金屬比例提升 各材料平分秋色
目前從車(chē)身材料來(lái)看，鋼鐵約占整車(chē)重量的65%-70%，有色金屬占據(jù)10%-15%、非金屬材料占據(jù)20%，而在此次中國(guó)汽車(chē)輕量化產(chǎn)業(yè)高峰論壇上，北汽股份研究院副院長(zhǎng)、總工程師曹渡指出：“在未來(lái)10-15年之間，汽車(chē)的各類(lèi)材料和用量將會(huì)平分秋色，普通鋼、高強(qiáng)鋼、聚合物、鋁合金、鎂合金都會(huì)達(dá)到20%的應(yīng)用，這是汽車(chē)材料工業(yè)的大革命。”
據(jù)了解，這份數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)來(lái)源于一份德國(guó)政府委托德國(guó)工程師協(xié)會(huì)做的汽車(chē)輕量化盤(pán)點(diǎn)報(bào)告，其中顯示，鋁合金應(yīng)用以及復(fù)合材料的應(yīng)用在2025年將大幅增加，到2035年各類(lèi)材料將平分秋色。
事實(shí)上，鋁合金和鎂合金是目前汽車(chē)輕量化最優(yōu)的選擇。作為最常見(jiàn)的汽車(chē)輕量化材料，據(jù)預(yù)測(cè)鋁合金在汽車(chē)中用量可達(dá)540kg，能使汽車(chē)減重40%，被廣泛運(yùn)用于發(fā)動(dòng)機(jī)、車(chē)身等結(jié)構(gòu)件、沖壓件，其中奧迪等車(chē)企已見(jiàn)全鋁車(chē)身付諸現(xiàn)實(shí)。
對(duì)新能源汽車(chē)而言，以動(dòng)力電池托盤(pán)為例，以前多采用鋼材制造動(dòng)力電池托盤(pán)，如今多以鋁合金型材為主。鋁合金型材的密度為2.7g/cm³，無(wú)論在緊縮還是焊接等方面，鋁合金材質(zhì)優(yōu)勢(shì)明顯。而鎂合金的密度為1.8g/cm³，碳纖維是1.5g/cm³，用這些材料制造電池托盤(pán)可實(shí)現(xiàn)大幅減重。
“鎂或鎂合金在不可視的部分結(jié)構(gòu)件，如轉(zhuǎn)向支撐、座椅骨架等方面也會(huì)有所應(yīng)用；在發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋、變速器外殼、車(chē)身結(jié)構(gòu)等方面逐步將在高端車(chē)上使用。新能源車(chē)身也將加大碳纖維材料的應(yīng)用，會(huì)首先應(yīng)用于車(chē)身、覆蓋加強(qiáng)件及剛性結(jié)構(gòu)件（如堞形梁）等方面?！辈芏杀硎?。
雖然有數(shù)據(jù)顯示，在2025年，鋼材在汽車(chē)中的應(yīng)用比例仍然會(huì)達(dá)到在50%以上，但據(jù)業(yè)內(nèi)預(yù)測(cè)，將來(lái)汽車(chē)用材增量上非金屬將會(huì)占到很大部分。一汽高工田洪福在此次中國(guó)汽車(chē)輕量化產(chǎn)業(yè)高峰論壇上也指出，除了有色金屬要替代一些鋼鐵，剩下一部分就是重點(diǎn)非金屬。但一方面，現(xiàn)在有很多好的輕量化技術(shù)應(yīng)用并不快，也沒(méi)有普及，最多還是由于成本，再好的技術(shù)如果成本太高，也會(huì)影響整個(gè)產(chǎn)品。
目前新能源汽車(chē)動(dòng)力電池外殼用材種類(lèi)眾多，既有鋼、鐵、鋁合金等金屬材料也有塑料、碳纖維等非金屬材料。田洪福指出，這一塊現(xiàn)在并沒(méi)有完全成熟，但未來(lái)這部分以及充電樁、插座等都是新能源汽車(chē)重要的零部件，而且用量會(huì)非常大，非金屬材料在這個(gè)領(lǐng)域具有非常好的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。
除了電池外，非金屬材料在電機(jī)上也有廣泛的應(yīng)用，比如聚苯硫醚具有強(qiáng)度高、耐高溫、高阻燃、耐腐蝕的性能，可以代替部分金屬來(lái)制造新能源車(chē)關(guān)鍵的零部件，同時(shí)在智能網(wǎng)聯(lián)領(lǐng)域，也可用于傳感器、控制器、執(zhí)行器，包括攝象頭、雷達(dá)等。隨著未來(lái)汽車(chē)新四化的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域的延伸也將對(duì)非金屬材料提出更高的要求。
輕量化落地模式：只為零部件減重太膚淺
如何在實(shí)現(xiàn)輕量化的同時(shí)保證車(chē)身強(qiáng)度，以符合嚴(yán)苛的車(chē)輛碰撞測(cè)試和安全的要求，成為主機(jī)廠考慮的重中之重。而通常，主機(jī)廠工程師們主要從輕量化材料、車(chē)輛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝三方面進(jìn)行優(yōu)化配置，來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛安全輕量化。對(duì)此，曹渡指出，“汽車(chē)輕量化現(xiàn)在僅僅停留在零部件減重低級(jí)的水平，這是不對(duì)的，太膚淺?！?/p>
曹渡為汽車(chē)輕量化給出了清晰的定義，他指出，輕量化就是把最輕的材料以最少的成本用在最合適的地方。他表示，對(duì)于做目標(biāo)設(shè)計(jì)的技術(shù)人員而言，由此定義出發(fā)才能明確輕量化的具體內(nèi)容，這通常包括了材料輕量化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工藝輕量化，大部分人都是注意到輕量化的這點(diǎn)。
但實(shí)際上，按照輕量化的定義是不夠的。“模塊化設(shè)計(jì)也是輕量化的一種，是符合輕量化定義的。還有裝配輕量化設(shè)計(jì)，比如激光拼焊，把不同密度鋼度聚集后做輕量化設(shè)計(jì)，都是很好的?！辈芏芍赋?，其實(shí)當(dāng)前做的最不好的是性能目標(biāo)輕量化。他以底盤(pán)為例，指出自主品牌現(xiàn)在實(shí)際上還處在一種逆向和半逆向的水平。“有誰(shuí)敢說(shuō)減重150公斤敢把底盤(pán)的縱梁隨意更改，目前是沒(méi)有的，改車(chē)身和內(nèi)外飾都沒(méi)有問(wèn)題，要改底盤(pán)這種安全件目前還沒(méi)有這個(gè)水平。原因是因?yàn)槲覀儗?duì)性能目標(biāo)的制定逆向，制約了整車(chē)輕量化的水平?！?/p>
因此，綜合起來(lái)看，整車(chē)的研發(fā)減重絕對(duì)不是簡(jiǎn)單的零部件減重，而是整體正向設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)。而整車(chē)的輕量化是一發(fā)而動(dòng)全身的正向設(shè)計(jì)，是各系統(tǒng)整體的減重而不是某個(gè)零部件的減重，這是問(wèn)題的關(guān)鍵。
對(duì)于整車(chē)的減重絕不是簡(jiǎn)單的零部件減重說(shuō)法，曹渡做了進(jìn)一步說(shuō)明，“整車(chē)減重帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)是什么呢？我們實(shí)現(xiàn)減重后綜合油耗降低了1.2L，大家很難想象，130公斤減重油耗頂多降0.3L、0.4L，怎么會(huì)降到1.2L呢？實(shí)際上，減重以后發(fā)動(dòng)機(jī)排量減少了，用了更好優(yōu)化的1.5DGI，改變發(fā)動(dòng)機(jī)排量后，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行重新匹配，這個(gè)匹配又降了0.4L，因此合起來(lái)能夠讓整車(chē)達(dá)到減少1.2L油耗的綜合效果。”
而實(shí)際上，當(dāng)前我國(guó)制定的輕量化技術(shù)路線(xiàn)仍然停滯在零部件輕量化技術(shù)路線(xiàn)的水平，并沒(méi)有一個(gè)完整的輕量化技術(shù)路線(xiàn)來(lái)談?wù)?chē)的輕量化，從整體開(kāi)發(fā)的輕量化技術(shù)是沒(méi)有的。曹渡對(duì)此感到憂(yōu)慮，“希望我國(guó)政府相關(guān)部門(mén)能夠在這方面做一些改善?！?/p>
蓋世小結(jié)：
隨著趨嚴(yán)的環(huán)保及油耗法規(guī)政策的出臺(tái)，輕量化造車(chē)已成為實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的必經(jīng)之路。在新能源和輕量化浪潮的推動(dòng)下，各類(lèi)材料不斷推陳出新，質(zhì)優(yōu)量輕的非金屬取代傳統(tǒng)金屬也將成為未來(lái)的一大趨勢(shì)。而如曹渡所言，如何將最輕的材料以最少的成本用在最合適的地方，避免整車(chē)減重走入單純零部件減重誤區(qū)，引導(dǎo)進(jìn)入整體正向設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)軌道，并出臺(tái)相應(yīng)的輕量化技術(shù)路線(xiàn)幫助主機(jī)廠應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，應(yīng)當(dāng)引起有關(guān)部門(mén)的重視，也是主機(jī)廠需要思考的課題和努力的方向。
