汽车轻量化设计:为行业节能减排减负

近年来随着人类社会发展, 能源危机、环境污染、交通拥堵等问题日趋严峻, 对汽车行业的低碳发展、节能减排的要求愈发迫切,因此节能技术已经成为了一个老生常谈的话题。为此,很多品牌将新能源作为汽车行业节能减排的最优选项,在电动化的赛道上一往无前,俨然变成了一场对电动车的“豪赌”。

 

但其实,对节能减排的解决方案绝不能把宝都押在新能源汽车上,而同时应该在车辆节能技术上寻求突破,传统汽车的节能减排战略也是我们必要的考量、重要的支撑。在此发展背景下,汽车轻量化成为行业节能减排的核心驱动力,通过各种先进的设计尽可能去降低汽车的整备质量,提高汽车的动力性能以及燃油经济性,从而达到减少燃料消耗、降低废气污染的目的。因此,汽车轻量化趋势就是汽车节能减排趋势,是世界汽车发展的潮流与设计的方向。

 

 当然了,轻量化的前提是保证汽车的安全性和舒适性。在不牺牲任何安全性和舒适性的前提下,依靠新技术新材料来达到最终轻量化的目的,其途径一般有“结构轻量化”、“工艺轻量化”、“材料轻量化”三种,今天意柯那就和大家来细细聊一下这些未来汽车行业的“突破口”!

 

结构轻量化

 结构轻量化主要是结构优化设计,即通过采用先进的优化设计方法和技术手段,在满足结构强度、刚度、模态、碰撞安全性、疲劳寿命、NVH(噪声、振动与声振粗糙度)、生产成本等诸多方面的性能要求,以及相关的法律、法规、标准的前提下,通过优化结构参数,提高材料的利用率,去除零部件冗余部分,同时又使部件薄壁化、中空化、小型化、复合化以减轻质量,实现轻量化。

 


回归到汽车设计的层面上,我们可以根据设计变量及优化问题类型的不同,采用拓扑优化、尺寸优化、形状优化、形貌优化四种方式,在保证车身安全的前提下,使得结构受力更加均匀,从而更加充分地利用材料。例如车企可以通过采用镂空前桥、耐高压成型中冷器进气管、过冷式冷凝器、非贯通式转向器、旋压式轮辋、真空胎等轻量化技术,降低车辆重量。

 


 工艺轻量化

 工艺轻量化中,目前主流的工艺技术有热成型冲压制造工艺、激光拼焊板工艺、辊压成型工艺、激光焊、液压等等。其中激光拼焊技术的用途最为广泛,几乎所有知名汽车制造商都采用了这种技术,将不同材质、不同厚度、不同涂层的钢材、不锈钢材、铝合金材等进行自动拼合和焊接而形成一块整体板材、型材、夹芯板等,以满足零部件对材料性能的不同要求。其中某些钢铝部件的结合,无形中就能降低车身的重量,实现轻量化的目的。

 


 相比之下,热成型冲压制造工艺则是近年来出现的新技术,其主要用于汽车高强度钢板冲压成型件,但由于该工艺在我国发展起步较晚,因此面临的主要问题是技术的提升与工艺的改进,进而导致在生产上还未形成有可观的规模,无法应对当前我国汽车所需的大规模量产。不过随着越来越多厂家在这方面的重视,未来热成形工艺制造技术必然是一个趋势,并且还会成为实现汽车轻量化生产的关键技术工艺之一。

 



 

材料轻量化

 材料轻量化主要是指应用的是新材料,即运用轻量化材料与轻量化材料成型技术,以达到减轻零部件重量的目的,而这也是目前各大汽车生产商和材料生产厂家研发的重点。众所周知,目前大部分汽车的白车身、开闭件(四门两盖)和底盘(车架)使用的均为钢材料。其中,非重要传力件用普通钢,与刚度相关的用高强钢或先进高强钢,与碰撞相关的用热成型钢,在汽车用钢上逐步向高强度化方向发展,以减少钢板厚度的方式来减轻车重,这也是当前车企“减重”的最主流方式。

 


而除了使用质量更轻的超强钢外,铝合金、镁合金、钛合金、碳纤维复合材料等也开始代替传统的普通钢材料,更多地被设计者用于车身各方面上,可以说车用材料迎来新的发展机遇。相比车身上用到的合金和钢材料,在内饰的轻量化上则是向塑料、生物材料、复合材料的趋势发展。

 


 就像意柯那设计的大众品牌众:UX原型座舱,第一眼看到这个座舱就感觉进入到了科幻片中的场景,360°的屏幕环绕屏,AR wHUD信息显示屏,后排车窗互动投影,可折叠的桌板以及玻璃天窗上的内容显示,为车内乘员提供全方位的娱乐和互动。此外基于环保的理念,众:UX原型座舱内部设计全部使用环保可持续材料,以用户健康为导向,令流畅的使用感、清洁度和优雅设计等需求兼具。而正是这些新材料的使用,既满足了车辆的轻量化要求,同时还提升了环保性。

 



 在全球低碳减排的大趋势之下,轻量化将是汽车产业的重要一环。而如何更多元化地实现这一措施,成为了目前设计师们需要考虑的重点。当然了,未来汽车会以什么样的形式出现,我们并不能百分百确定,但是意柯那的设计风格无疑是未来的主流方向,它进一步加强了汽车产业链协同联动发展,在多元化的产业格局下促进多领域之间更多地互动与融合。或许,轻量化只是行业的一个“突破口”,一起期待下吧!


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