减重瘦身，不仅仅爱美之人需要，汽车也需要。在“十三五”国家重点研发计划“新能源汽车”重点专项中，轻量化纯电动轿车集成开发已作为一项重点攻关项目。

近日，记者从重庆长安汽车获悉，该公司联合中国汽车工程研究院股份有限公司、中复神鹰碳纤维有限责任公司、中国科学院宁波材料所等国内13家科研院所、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6个方面进行攻关，突破了多项技术瓶颈，开发出了一款具有国际一流技术水平的碳纤维车身纯电动轿车，为新能源汽车能跑得更远更快减去“体重”之忧。

迫在眉睫

电动车减重瘦身势在必行

汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性。实验证明，汽车质量降低一半，燃料消耗也会降低将近一半。由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。

“相比燃油车，新能源汽车对于减重的需求更为迫切。”长安汽车首席专家、轻量化纯电动轿车项目总监赵会表示，相比燃油车，新能源汽车往往重10%，其动力电池占到了整车重量的三分之一到二分之一，在锂动力电池能量密度和安全性的矛盾没有解决之前，减重是提高续航里程的有力保证之一。有研究表明，纯电动汽车重量每降低10千克，续航里程可增加2.5千米。

对于新能源车来说，减重主要从三个方面进行：材料轻量化、结构轻量化和制造工艺轻量化。

对此，轻量化纯电动轿车集成开发项目旨在通过“产学研用”重点突破碳纤维车身载荷分布与结构优化、车用低成本碳纤维、碳纤维车身和铝合金车架一体化集成设计等技术瓶颈，实现多种轻质材料及先进工艺的集成应用，掌握碳纤维车身纯电动轿车试验验证和评价等核心技术，开发一款具有国际一流技术水平的碳纤维车身纯电动轿车。

“我们的目标是达到国际一流水平，通过攻关能够让车身减重30%以上，同时保证车辆的安全性能达到五星标准。”赵会表示，当前在“电动化、网联化、智能化”科技革命的促进下，汽车工业正在发生重大变革，为行业发展带来前所未有的挑战，也带来了千载难逢的发展机遇，正是中国品牌汽车对国外品牌弯道超车的好时候，如果能够攻克轻量化这一共性技术难点，那么将对中国品牌汽车高质量发展提供极大的支撑。

技术突破

掌握“材料之王”的制备秘诀

要实现轻量化，首先要突破的难点就是材料。

一般车型车架的材料会采用钢、铁材料，昂贵的车型有可能会使用全铝的车身或者是碳纤维的车身，在减轻重量的同时又可以保证强度与性能。不过使用碳纤维复合材料、铝合金这两种材料都面临的一大难点就是成本。

重量轻、强度高，碳纤维复合材料可以说“除了贵以外，没有任何缺点”。这种主要应用于航空航天领域的“材料之王”，在汽车领域只有超跑等豪车会使用。它的贵不仅在于原材料成本高，也在于其生产和制造工艺难。

“它的原材料价格在国际上是120元1公斤，而且我国在材料加工技术上还没有达到国际一流水平。”赵会介绍，对此，他们对低成本碳纤维规模化制备方式进行了研究，提高纺丝速率，缩短预氧化时间，同时开发碳化热能循环利用技术，使碳纤维材料成本降低25%，工艺水平国内领先。

长安汽车轻量化纯电动轿车项目设计总师张金生介绍，在仿真分析、载荷分布和结构优化上，项目组采用大变形理论，通过碳纤维复合材料级—零部件级仿真与试验分析研究，建立了准确的碳纤维复合材料本构关系模型，最终实现了复合材料CAE仿真高精度，刚度对标精度达到80%以上，在业内处于领先水平。

针对碳纤维前罩行人?；だ训男幸的烟?，研究人员通过内板开缺口、减少铺层、加支架、加缓冲泡沫等优化方案，将行人?；ね凡康梅痔嵘?.18分，且重量比钢罩板减轻约40%，是国内首款达成行人?；の逍堑梅致什⑹迪中∨可娜枷宋罢帧?/p>

工艺攻关

搭建国内一流轻量化车身应用平台

车子既要减重又要保证性能，为了解决这一看似矛盾的需求，研究人员不仅在材料上，更在制造工艺上使出了“十八般武艺”。

“我们的一大突破是在A柱和B柱的加强件上采用超高强钢。”赵会解释，A柱是左前方和右前方连接车顶和前舱的连接柱;B柱在驾驶舱的前座和后座之间，安全带就在B柱上。A柱、B柱都是支撑车辆结构强度的主要部分，强度越高，车身抗撞击能力越强。对此，研发人员基于碰撞传力，国内首次在A柱的加强件上采用1700兆帕(MPa)高强钢3D辊弯成型技术，B柱采用1800MPa热成型技术，将减重需求、驾驶舒适性和安全性三者融合，有效?；こ嗽卑踩?。

镁合金比铝合金轻，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。

(科技日报记者 雍黎)

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