佛山市飞驰汽车科技有限公司
摘要：本文主要对新能源客车轻量化技术路径进一步的分析和了解。在能源和环境危机的双重压力下，世界各国对汽车节能环保越来越重视，新能源汽车应运而生。
关键词：新能源客车；轻量化技术；探析
引言：
中国新能源客车也得以飞速发展，成为各大客车企业竞相开发的新产品。然而，目前新能源客车大多是在原有客车结构基础上通过改变动力系统而建成的，新能源客车原有的设计优势和布置优势被浪费，而且新能源部分的重量过大，面临着整备质量大、续驶里程短等问题，对新能源客车进行结构轻量化优化设计是解决这些问题最行之有效的方法之一。
一、探究新能源客车轻量化的意义
在以节能和环保为主题的今天，低消耗、无污染的纯电动新能源客车已逐渐进入人们的视野，成为各大客车企业竞相开发的新产品。新能源客车成为当前我国汽车行业企业在新能源领域研发生产和竞争的重点与焦点。然而，纯电动客车却面临着整备质量大、续驶里程短等问题。国外对于纯电动客车的轻量化结构设计，主要采用超强钢框架结构结合点焊夹层结构的设计方式，不仅在轻量化和节能方面效果明显，并能有效增加续驶里程。纯电动客车沿用传统客车结构布置方式，会使纯电动客车原有的设计优势和布置优势难以得到充分发挥，不能以最优的结构布局发挥其最好的性能。从目前的技术水平的来看，短期内解决这些问题有一定的难度。由于在汽车行驶的过程中，所消耗的能量随着质量的增加而增大，因此，对新能源客车进行轻量化设计、降低其整备质量则是现阶段降低使用成本、提高电动车续驶里程的最行之有效的办法。因此，相比于普通燃油客车，对新能源客车进行轻量化设计意义更为重大。
二、新能源客车轻量化的技术途径
1.材料轻量化技术路径
（1）高强度钢。高强度钢（HSS）是指屈服强度在210-550MPa之间、抗拉强度在270-700MPa之间的钢材，而屈服强度超过550MPa的钢材则称为超高强度钢。高强度钢依然是客车轻量化主要材料，近年来，钢材作为客车车身的主要材料，在满足刚度、强度及防腐能力要求的基础上，通过多种改进技术，钢材的品质和性能大大提高。Q355B、Q700的矩形钢管的应用，不但可以提高客车车身的强度和刚度，而且可以大大减少车身重量。
（2）轻质合金材料。通过对车身骨架、门、内饰等采用轻质合金材料，在实现车身轻量化、整车降重方面，目前效果最为明显，渐成趋势的铝、镁合金材料的应用。铝、镁合金有优越的强度和轻量化特性、防腐、环保等优异的特点。有数据表明，在车身机构机械性能得到满足的条件下，车身骨架五大片采用铝合金材料，而底骨架为传统的钢结构材料，应用铝合金材料后，整车可减重约560kg，凭借铝、镁合金材料优异特点，现已成为汽车减重的首选材料。
（3）复合材料。主要有玻璃纤维增强材料，碳纤维增强材料，具有重量轻，刚度，强度和耐腐蚀好等优点，在仪表盘、前部保险杠，车身内饰件、侧围内饰衬板、地板及座椅等结构上应用并取得显著效果。有实验表明，通过充分采用复合材料，可明显减少客车质量。
2.车身轻量化技术路径
（1）车身轻量化方法。车身是客车结构的承载单元，其性能直接关系到整车的安全性、舒适性、动力性和操纵稳定性。客车车身重量一般占整车整备质量的1/3左右，车身减重是纯电动新能源客车轻量化的主要技术路径之一，主要采用结构优化设计、高强钢和轻质材料的应用进行车身结构的轻量化。客车车身的轻量化用材主要包括高强度钢、铝和镁等轻合金、工程塑料和纤维增强复合材料等。
（2）车身骨架轻量化。客车车身骨架是由薄壁矩形钢管连接而成的框架结构。客车骨架的轻量化主要是综合拓扑优化、形貌优化和多目标优化等结构优化方法改变车身骨架的材料、结构和尺寸，在保证其他性能的基础上实现减重的目的；车身骨架材料的分布方案主要有高强钢、铝合金和钢铝混合车身骨架。
（3）车身内外饰及附件轻量化。座椅主要通过使用轻量化材料和结构优化设计来实现轻量化，目前座椅所采用的轻量化材料主要有高强钢和镁合金等；风窗玻璃作为汽车重要的外观零件，不仅要为乘员遮风挡雨、提供良好的视野，而且在遇到突发性事故时能保护乘员不受直接伤害。在客车中，前风窗玻璃主要采用夹层玻璃，侧窗和后风窗玻璃主要是钢化玻璃，两者在受到冲击破碎时均不易对人体造成严重的伤害，都具有良好的安全性能即所谓的安全玻璃；地板轻量化主要是考虑轻量化材料，比如用一些高强度塑料地板；车内扶手主要由扶手管和扶手座组成。扶手管按材质分大致可分为喷塑钢管、复合不锈钢管、铝合金管和包塑管等几种；仪表盘轻量化主要考虑仪表盘基架结构优化和使用轻质材料。
3.底盘轻量化技术路径
（1）底盘轻量化方法。装有承载式车身结构的客车，其底盘由悬架系统、转向系统、制动系统和行驶系统组成。由于各系统存在结构、运用情况和所占比重等差异，其轻量化方法也不同。底盘轻量化设计必须保证其具有良好的强度、耐久和操纵稳定性，对于底盘来说结构轻量化方法的潜力不大，主要采用材料轻量化方法，也可通过选型和配置实现一定的轻量化。
（2）转向系统轻量化。客车转向系统主要由转向盘、循环球式转向器和转向传动机构组成，其主要轻量化方式是结构设计结合应用新材料来优化壳体结构和转向外拉杆等传动机构零件，也可采用中空齿条来降低零件重量。
（3）制动系统轻量化。传统客车制动系统通常应用鼓式制动器作为其行车制动器，现代客车为了提高其制动性能、减轻结构质量，开始采用前盘后鼓式制动系统，有些车型甚至采用全盘式制动系统，用盘式制动器代替鼓式制动器也可以起到良好的减重效果，单个钳盘式制动器较同性能的鼓式制动器可减重25%左右。
（4）车轮轻量化。车轮作为客车行驶系中的重要部件，在客车行驶时它既移动又转动，车轮的轻量化对整车的节能降耗有更为重要的作用。为了减轻成本压力，近年来一些零部件企业开始研发高精度高强钢车轮，既可以提高车轮的性价比又可以得到15%左右的减重效果。
4.动力传动系统轻量化技术路径
（1）驱动电机。为了适应电动汽车整车技术的发展，车用电机系统正向着高效率、高功率密度、高性能、小型化、轻量化、集成化、高可靠性、高适应性、高控制精度等方向发展。对于电机系统本身，其轻量化可通过采用轻质、高性能材料的方法来实现，也可根据整车需求进行结构集成设计、性能定制设计从而减少设计冗余以达到轻量化的目的。
（2）动力电池总成。纯电动客车的续驶里程取决于所装动力电池的能量，电池的容量越大，可以实现的续行里程越长，但动力电池体积大、重量也大，反过来也会增加能耗、影响整车的续行里程。
（3）传动系统。传动系统轻量化材料主要由铝合金、镁合金、碳纤维、复合材料和高强钢等；动轴和传动轴主要轻量化措施是采用碳纤维和高强钢材料、DTF万向节结构以及将驱动轴设置成空心轴。碳纤维轴管模态较高，相比于传统钢制轴管来说只需做成一段，这样可以节省一个万向节、轴承和中间支撑，使结构大大简化，重量也显著降低。
5.先进轻量化制造工艺
轻量化制造工艺主要指轻量化车身材料制造和连接的新工艺，新能源客车在轻量化材料应用的同时在制造工艺方面，对轻量化也起到重要的作用，如：金属合金材料的液压成型、热成型、内高压成型及铝合金半固态成型等新型成型工艺，铆钉车身拼接、混合气MAG焊、双脉冲MIG焊、镁合金或铝合金锻压轻量化轮毂合金技术、复合材料成型及“铆接-粘接”等技术的应用，提高了各部件连接强度和车体密封性，减少了加强筋及附属的生产工艺，以及部件的数量和材料消耗都相应的减少，从而降低了整车质量，在轻量化、密封性、抗腐蚀性等方面都可得到改进。
5.电池系统优化
新能源客车的核心部件就是动力电池，对整车性能起着直接影响的作用，重量占到客车的20%左右。对于新能源客车而言，安全性最重要，磷酸铁锂电池安全性能符合要求，其循环寿命也是最好，广泛应用在新能源客车上，但是磷酸铁锂电池单体的比能量较低。数据显示，2020年度新能源客车电池装机量中，磷酸铁锂电池占比为90.3%，在满足其安全性能的前提下，提高动力电池能量密度，降低电池系统重量，将使新能源客车续航里程大大提高。在结构设计方面对电池系统优化，在轻量化材料方面，采用高强度钢，镁、铝合金，纤维复合材料，工程塑料等应用。在成型连接工艺方面，采用激光焊接、热压成型、液压成型、微孔发泡注塑及材料打印等技术。
结论
通过以上研究，新能源客车在车身结构设计优化、轻质材料应用、采用先进制造工艺以及动力电池系统优化等方面，对轻量化发展起到了重要作用。我国汽车轻量化研究起步较晚，随着新能源汽车行业发展和国家政策的加持，对企业提出了更高的要求，轻量化核心技术还需要不断进行研究。
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