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轻量化对电动汽车而已，其要求更为迫切。主要理由是，纯电动汽车续驶里程是整车一个重要的经济性评价指标，这一点传统汽车不同。电动汽车提高续驶里程的途径有很多，比如提高动力电池能量、提高传动系统效率、降低整车重量等。下面对电动汽车结构轻量化不同工艺路线，比较分析及实例介绍，供同行参考。 一、电动汽车轻量化对提高续驶里程的贡献 电动汽车续驶里程，通常是指在动力蓄电池完全充电状态下，以一定的行驶工况，能连续行驶的最大距离。在行业里，电动汽车续驶里程的计算有等速法和工况法两种。 ①等速法计算方法简便，数据直观，能基本反映电动汽车的续驶能力； ②工况法的特点是，能全面反映电动汽车的续驶能力，但其试验方法复杂，必须在底盘测功机上进行。 目前产品公告采取的是国标GB/T18386-2005《电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法》的等速法，来计算电动汽车续驶里程的。有文献报道，减轻质量取25~150kg，间隔25kg，共6档，在电池额定总能量不变的前提下，不同质量时，等速40km/h的续驶里程，轻量化对续驶里程的影响曲线见图1。 图1（质量减轻/kg) 图1曲线告诉我们，轻量化可以有效提高纯电动汽车的续驶里程，减少全生命周期对电池的消耗量，能显著降低电池使用成本。国际研究机构实验表明，如果汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%至8%；汽车整车质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3至0.6升。以铝代替传统的钢铁制造汽车，可使整车重量减轻30%至40%。 二、电动汽车结构轻量化基本趋势及主要技术 目前电动汽车轻量化，总的趋势是，在传统汽车的装饰材料轻量化的基础上，开始用铝、铝合金替代钢材，实现车身骨架轻量化、用碳钎维材料替代钢材蒙皮，实现轻量化，也有厂家开始尝试用碳钎维材料替代车身骨架。笔者考察的结论是，铝、铝合金替代钢材是大趋势，或者是基本趋势。市面上有许多车型是铝、铝合金结构的，取得了比较好效果。铝、铝合金结构链接是必须要攻关的。 （1）特斯拉铝制车身结构，采用的是焊接技术（见图2） （图2 Model S 机器人焊接） ①铝制车身结构焊接的难点： 铝、铝合金材料，对热较敏感，如果采用传统焊接工艺，会存在材料强度下降的问题，而且由于受热易变形，全铝车身拼合尺寸精度，也不易控制。 ②特斯拉铝制车身的焊接技术是： 采用的是奥地利伏能士焊接技术国际有限公司的冷金属过渡（CMT）(Cold metal Transfer)技术。该技术在2005年是世界上首次实现了钢和铝的连接的技术，可焊接厚度仅为0.3mm的超轻板材。 ③冷金属过渡焊接基本原理： 在电流几乎为零的情况下，CMT的熔滴过渡时，焊丝的回抽将熔滴送进熔池，热输入量迅速减少，对焊缝的持续的热量输出的时间非常短，从而给焊缝一个冷却的过程，显著降低了薄板焊接变形量，同时使得焊缝形成良好的搭桥能力，进而降低了工件的装配间隙要求及对夹具精度的要求。 （2)国内电动乘用车铝制车身轻量化，主要采用铆接技术 国内电动乘用车轻量化铝制车身采用铆接技术，已经实现量产，见图3。 （图 3 量产铝制车身车型） 铆接技术原理与工艺特点 铆接技术分为冷铆接和热铆接： ①冷铆接，是冷铆接工艺中最具代表性的冷铆接方法。冷铆接最常见的铆接工具有铆接机，压铆机，铆钉枪和铆螺母枪，铆钉枪和铆螺母枪是最常见单面冷铆接所用的工具。其原理是是用铆杆对铆钉局部加压，并绕中心连续摆动或者铆钉受力膨胀，直到铆钉成形的。 ②热铆接，是将铆钉加热到一定温度后进行的铆接。热铆常用在铆钉材质塑性较差、铆钉直径较大或铆力不足的情况下。其原理是，加热后铆钉的塑性提高、硬度降低，钉头成型容易，所以热铆时所需的外力比冷铆要小的多；另外，在铆钉冷却过程中，钉杆长度方向的收缩会增加板料间的正压力，当板料受力后可产生更大的摩擦阻力，提高了铆接强度。 （3)国内采用铆接技术铝制电动大客车，已经超过年产5000辆 国内采用铆接技术的铝制电动大客车（见图4），源于爱普公司。爱普是江苏省一家零部件厂家。其产品包括客车全铝车身、铝合金舱门等部件，其客户覆盖国内主流客车整车生产企业。全铝客车车身结构件，已经作为零部件供应了。 （图4 客车全铝车身） 三、国内铆接技术基本成熟，已经是规格化、系列化了 市场上有传言说，2019年客车全铝车身订单已经超过5000辆。爱普公司过去采用国外的铆接件，目前基本是国内企业的产品。国内铆接技术已经成熟，产品规格系列化，大致有5个系列。 1.拉铆系列（见图5） （图5拉铆系列） 2.压铆系列（见图6） （图6 压铆系列） 3.套筒系列（见图7） （图7 套筒系列 ） 4.电磁自铆系列（见图8） （图8电磁自铆系列） 5.非标系列（见图9） 图9 非标系列 三、铆接技术在汽车链接应用的具体位置 1. 乘用车铆接位置（见图10、图11） （图10 乘用车铆接位置示意图）
（图11 乘用车铆接加强位置） 2.大客车铆接位置（见图12）
（图12大客车铆接加强位置） 3.动力电池包铆接位置（见图13）
（图13 动力电池铆接位置） 四、研究后的总结 电动汽车结构轻量化目前可以推广应用的技术路线，是用铝替代钢，其他技术目前能不能用到汽车结构轻量化中来，还有大量的验证工作，没有完成。铝制汽车结构，如何连接？目前基本上是电焊技术和铆接技术，有关胶粘技术，技术上要继续验证。特斯拉用电焊技术焊接铝制车身，是比较成功的，其他企业能不能学习？学后能不能成功？有待思考。 铆接技术用于结构件链接历史悠久，武汉长江大桥的钢梁链接技术就是铆接的。但铝结构件如何链接？直接焊接是业内期望的。铝中件要有刚度和强度保障，焊接要保证这些性能，基本是做不到的，但是铆接技术工艺性，技术措施比较多，加上电磁自铆系列铆接技术已经实现机器人操作了，效率比较高了。再是国内铆接技术成熟，规格已经系列化，货源有保障，成本也在一步一步下降。 国内采用铆接技术电动大铝制客车，已经超过年产5000辆了，说明铆接技术是符合中国汽车产业的实际情况的。 作者简介 |
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