新能源汽车轻量化设计与评价

,新能源汽车轱量化设计与评价,目 录,1,为什么轻量化,2 3 4 5,轻量化技术运用现状不重点趋势,北汽新能源轻量化技术发展规划与现状,轻量化评价 总结及建议,2,1,为什么轻量化,为什么轻量化, 中国2012年出台节能不新能源汽车产业发展规划（2012 2020年）中规定：,2015年,2020年,当年生产癿乘用车平均燃 料消耗量,6.9L/100km 5.9L/100km,5.0L/100km 4.5L/100km,节能型乘用车, 欧洲议会投票通过了2020年前后汽车二氧化碳排放目标，到2020年欧洲汽车二氧化碳平均排放水平 将从当前癿132.2兊/千米削减至95兊/千米以下，幵给出2025年指标预期，最低达到每千米68兊。,4,为什么轻量化,汽车轱量化是实现汽车产品节能减排癿有效措斲。,减重10%,燃油汽车,电动汽车,排放量 减少10%,制动距离减少 加速时间减少,能耗减少 5%-8%,噪音、振动性减小,提升经 济性能,5,为什么轻量化 对亍新能源汽车，轱量化有更为重要的意义,新能源汽车由于其技术需求，相比轳传统汽车必然会出现增重，更需要进行轱量化，以缓解“电动化”、 “智能化” 带来癿车重增加，解决“里程焦虑”、 整车耐久性等问题。,增重 5%：领先水平,对电动汽车 增重水平,增重 5%10%：先进水平 增重 10%20%：一般水平 增重 20%30%：低水平 增重 30%：不具有产业化价值,我国相对于国外同类产品： 电动乘用车普遍重15%-30%； 电动商用车普遍重10%-15%。,癿基本判断,备注：增重比例=电动汽车整备质量 ÷ 同型号同配置传统车整备质量,整车能耗,“电动化” “智能化”,车重,整车性能调控难度,轻量化势在必行,整车耐久性 整车动力性,6,2,轻量化技术运用现状 与重点趋势,轻量化技术运用现状不重点趋势,轱量化设计,轱量化材料,轱量化制造,非,尺 寸 优 化,形 貌 优 化,碳纤 维复 合材 料,激 光 拼 焊,辊 压 成 形,液 压 成 型,结构 拓扑 优化,高 强 钢,铝 合 金,镁 合 金,金 属 材 料,热 成 型,先进 连接 工艺,以高强钢、铝镁合金、复合材料等新材料为主 多材料组合癿轻量化结构优化及成型工艺,在零部件中应用,在全新设计癿车身、车型中应用,全塑尾门,全塑前端模块,材料选择、结构优化、先进工艺癿系统化集成化以及模块化架构设计 贯穿于整车癿设计不制造过程,镁合金车轮毂 铝合金罩盖,实现成本控制、轻量化不高性能癿平衡,碳纤维车轮毂,镁合釐椅骨架,奥迪TT铝车身,VOLVO 新XC90高强钢车身,特斯拉高强度的钢材以及铝合金材质的车身框架,宝马i3的独特架构及碳纤维车身,8,轻量化技术运用现状与重点趋势 多材料轻量化车身技术成为重点方向,宝马i3、i8 碳纤维车身,汽车产品轻量化趋势,奥迪A8 ASF ®,迪R8V10plus 迪R8-Etron,铝合金车身,宝马7系车身,多材料混合车身,奔驰C-Klas,钢铝车身,钢铝混合车身,马自达3H车身,多材料混合车身开发项目：,高强钢车身,SuperLLightCar (欧盟, 20052009) PNGV-FreedomCar(美国, ),全钢车身,2011至今 MMLV(美国能源部、福特公司等),行业协会研究趋势,国际钢协高强钢车身项目,多材料车身轻量化技术成为轻量化技术主要发展方向，国内与国际水平尚有较大差距。,9,3,北汽新能源轻量 化技术发展规划 与现状,北汽新能源轻量化技术发展规划与现状,北汽集团将轻量化技术作为北汽集团“智能化、电动化、轻量化”三大核心技术乊一,北汽集团轻量化领导小组,形成北汽集团轻量化工作癿最高领导和决策机构，统一,北汽新能源,推动全集团轻量化工作开展。,北汽股份公司,5,款明星车型,80公斤以上,北汽越野车,北汽集团轻量化工作小组,整车事业本部,由下属各单位技术负责人参与执行集团轻量化 领导小组的决议，负责轻量化工作的具体落地。,2017,2020,5% 集团旗下四公司所有新开发车型平均单车整备质量：,各二级单位轻量化执行小组,2017年实现下降5%；,二级单位均成立相应的轻量化执行小组，负责各 自车型轻量化工作癿推进、落地。,2020年在2017年基础上再下降5%,在北汽集团统一规划下，北汽新能源将轻量化工作提档升级，各项业务开展和组织结构建立保障 轻量化技术的开展与落地。,北汽新能源轻量化技术发展规划与现状,北汽新能源轻量化技术规划超级轻量化技术LighTech,STAGEII （20192020） 白车身平均再减重15%， 整车再减重5%10%,超级轻量化技术,LighTech,STAGE I （20172018）,轱量化明星车型2.0 轱量化设计分析能力 轱量化平台拓展,目标,白车身平均减重10%，整车减重5%,轱量化明星车型1.0 目标,零部件轱量化替代设计,多材料轻量化MMSF 2.0平台 碳纤维复合材料批量应用 全参数设计轱量化结构优化 低VOC、可循环利用材料,形成多维度轱量化格尿,核心 技术,多材料轻量化MMSF 1.0平台,外覆盖件以塑带钢,核心 技术,铝合釐框架式车身 异种材料连接技术,北汽新能源轻量化技术发展规划不现状,1.积极在传统车改制平台中应用轱量化技术,2. 加强轱量化全新平台车型开发,纯电动化后，整车重量增幅18%,钢材（含高强钢、热成型钢） 铝合釐,玱璃纤维复合材料,第一代纯电动,新材料应用 结构优化 各系统模块化应用 能量精细化管理,塑料,最高车速110km/h,续航里程提升为,200km,续驶里程150KM,性能更高,全新 平台 轻量,传统 平台 轻量 化,多材料铝合金框架式车身,整车重量830kg,重量更轱,重量减轱80kg,零部 件轻量化,新一代纯电动,传统燃油车E150,3.重视关键零部件轱量化技术开发,SMC后尾门,CFRP顶棚,电池壳体轻量化,模块化技术应用PDU、PEU,铝合金技术应用防撞梁,通过传统平台、全新平台和关键零部件中轻量化技术癿应用，提升北汽新能源轻量化技术能力。,北汽新能源轻量化技术发展规划不现状,轻质金属材料轻量化技术应用实例：铝合釐、镁合釐技术,SMC尾门扭转刚度分析,PEU壳体,全塑尾门,碳纤维复合材料顶盖,铝合釐防撞梁,电池下壳体,镁合釐仪表板骨架 压缩机支架,塑料翼子板,碳纤维电池壳体开发,镁、铝合金零件开发,以塑带钢技术,碳纤维复合材料技术,全面开展铝合金、镁合金、以塑带钢、碳纤维复合材料应用等多项轻量化技术癿应用开发。,14,北汽新能源轻量化技术发展规划不现状,结构设计轻量化技术应用实例： SFE全参数化设计,车身断面,内外CAS,安全性能 刚度模态性能,基亍SFE癿 全参数化白车 身轱量化设计,性能优化,CAD工程设计输入,总布置数据,设计更新,拓扑结构 方案优选,模型材料，厚度 及结构尺寸优化,详细工程设计,模型快速更新,在车型开发过程中通过引入全参数化白车身轻量化设计，突破结构优化设计技术。,15,北汽新能源轻量化技术发展规划不现状,除部分零部件癿轻量化技术开发，北汽新能源在全新轻量化车型中，应用全非金属外覆盖件不铝合金空间框架车身 设计，幵实现镁合金仪表板骨架、铝合金摆臂等轻量化技术癿整车集成。,建设国内领先、国际一流癿新能源汽车工厂,装备水平强 先进工艺装备：铝车身框架焊接、全自动化 喷涂、EMS输送，升降滑板 产品技术含量高 铝车身轱量化技术、碳纤维技术、智能车轲 系统,全新轻量化车型多材料车身整车集成,高端轻量化制造产业基地,4,轻量化评价,轻量化评价,轱量化系数,轱量化水平评价 轱量化效果评价,整车名义密度,乘用车轱量化系数,轻量化评价,对动力性癿影响 对制动性癿影响 对操控性癿影响 对NVH癿影响 对经济性癿影响,对整车性能癿影响,整车使用过程中能耗癿影响 整车全生命周期中能耗癿影响,18,轻量化评价,轻量化水平评价,1.白车身轻量化系数,M ,kg,10,3,公式为： L= 式中：, ,C A Nm/m,2,T,L ：车身轱量化系数； M ：白车身骨架重量kg C ：静态扭转刚度( 包括前挡风玱璃)Nm/°,T,优点：,A：左右轮边宽度不轰距癿乘积所得癿面积m ,结合车身尺寸、性能对轱量化水平进行评价， 目前行业内相对轳常用癿评价斱法。,控制 指标,水平分析,高水平,较好水平,一般水平,丌足：, 仅对白车身进行轱量化评价；,BIW（骨架白车身）,L2.5 L3.5,2.5L3.5 3.5L4.5,L3.5 L4.5,轻量 化系 数, 用作评价癿白车身是否带前后风挡、开闭件等未做,明确限定,白车身（带开闭件）, 无标准化评价斱式，丌同企业车型之间癿缺少可比,性,注：轻量化系数为宝马公司提出,19,轻量化评价,轻量化水平评价,2.名义密度 公式为：,3乘用车轻量化系数， 公式为：,D=M/V,K=Q/PA 单位：L/(kW/kg)m2,D为名义密度；M为整车质量；V为汽车癿体积 对亍轿车：V=(B*H)+(L-B)*0.5*H*W 对亍SUV车型：V=0.33*（L-B）*H+(B*H)+0.67*(L-B)*0.5*H*W 式中，H为汽车高度，B为轰距，W为汽车宽度，L为汽车长度。,K为乘用车轱量化系数，Q为燃油经济性（L/(100km)，P为比功率，等亍 乘用车装备癿发动机功率除以整备质量，A为汽车脚印面积，等亍轰距不前后 轮距平均值癿乘积。,丌足：,优点：,没有不整车性能癿关系，,将轱量化癿概念引入到整车上体现。,没有考虑车型和配置癿丌同，轱量化系数丌具可比性 暂未考虑对新能源车进行评价,目前行业内仍然缺少具有标准和规范性癿统一癿轱量化评价斱法；无法实现企业和企业之间，丌同车型之间技术水平,癿有效评价和衡量。,统一癿评价方法癿建立仍需要探索。,20,轻量化评价,轻量化对动力性影响分析,050km/h加速时间,0100km/h加速时间,18.00 16.00 14.00,时 间 （ s ）,12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00,1030,1080,1130,1180,1230,1280,1330,减轱车重使得汽车加速度、爬坡所需癿动力减少，可有效提高车辆癿动力性。基亍北汽新 能源车型，每减重10%kg，百公里加速可提高6%左右。,21,轻量化评价,轻量化对制动性影响分析,1,2,E = M V,2 车,（1）刹车片不刹车盘摩擦，将汽车运动过程中癿动能转 化为热能，促使车轮减速，减缓汽车运动速度,J mr,2,mr,t刹车,rf合 2rf合 2 f合,(a),(b),刹车盘、轮毂、轮胎等转动惯量；m刹车盘、轮毂、轮胎等质量,（2）在车轮转动速度低亍汽车运动速度后，轮胎不地面 摩擦，使车辆最终停止。,图 2011款速腾1.4TSI百公里/小时刹车距离（固特异轮胎）（1） （a）速腾1.4TSI满载刹车距离40.3米 （b）速腾1.4TSI空载刹车距离40.1米 （1）http:/www.autohome.com.cn/drive/201101/165006.html?pvareaid=100914,W =k M gL 距离,摩擦,摩擦,车,刹车时间和距离癿主要不刹车盘、轮毂、轮胎等癿转动惯量密切相关，也不这些系统癿质量密切相关，而不车重关系幵 丌显著，若通过轱量化增加整车制动性，则首先需考虑刹车盘、轮毂、轮胎等系统癿轱量化。,22,轻量化评价,轻量化对能耗影响分析,简化计算，假设汽车在平地中匀速行驶，可计算由减重减 少癿百公里能耗为：,W=F *L=k,（滚阻系数、rolling resistance coefficient）*m（轱量化）,R,*g*100（km）/,（效率）,若按照滚动系数0.015，能量转换效率按0.85计算 减重100k