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新业·行研 |轻量化行业浅析

发表时间:2021-07-08 17:06作者:小新
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20世纪70年代初,石油输出国组织限产和提高油价,爆发了著名的石油危机,导致美国和日本等相继制定了公司的公司平均燃料经济性(简称CAFE),限定了各汽车厂生产销售小汽车的平均油耗限值,且法规逐年加严。当时轻量化和低油耗的日本小汽车大量涌入美国,给美国汽车工业带来强大的冲击和影响,在这种形势下,轻量化作为节能减排的手段,正式在美国汽车工业中提出和实施。

轻量化是跨学科的工程科学,由材料力学、计算技术、材料学和制造技术等领域的知识基础构成。目标是在给定的边界条件下,实现结构自重的最小化,同时满足一定的寿命和可靠性要求。为了实现这个目标,需要选择适当的构造、轻质材料、连接技术、尽可能准确的设计以及可实现的制造工艺。轻量化运用本文主要指的是汽车轻量化,汽车的轻量化是指在保持汽车的强度和安全性能不降低的前提下尽可能地降低汽车车身质量,以达到更省油、更低排放量、更高续航的出行。

· 实施背景

政策+产业驱动

1.节能减排政策

燃油车尾气排放是大气污染重要源头之一,也是国家目前重点治理方向之一。传统汽车整车重量每降低 10%,油耗降低 6%-8%。我国在 2020 年和 2025 年燃料消耗目标值分别为 5L/100km 和 4L/100km,2019 实际值为 5.7L/100km,距离目标值仍有差距,政策要求下使得车厂加速轻量化布局。

2.新能源汽车的加速发展

由于智能网联化的配置要求,新能源汽车搭载三电系统和大量智能化设备, 相对传统汽车增重比较大,国创中心研究认为,我国新能源汽车轻量化严重落后,对标国外同类产品,我国电动乘用车普遍偏重 10%-30%,电动商用车普遍偏重 10%-15%。新能源汽车对轻量化需求更为迫切,纯电动汽车整车重量每降低 10kg,续航里程可增加 2.5km。根据中汽协发布数据,2020年我国新能源汽车产销量分别达136.6万辆和136.7万辆,同比分别增长7.5%和10.9%,预计2025年有望达至600万辆,特斯拉、蔚来、比亚迪等车企纷纷加速布局轻量化市场。

· 轻量化主要实现途径

1.轻量化材料,如使用结构更轻的高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维复合材料对传统普通钢结构进行代替。

2.轻量化设计,如通过开发全新的汽车架构实现轻量化,甚至优化车身零部件数量、减少零部件尺寸等。

3.轻量化工艺,如热成型、激光拼焊板等工艺。实务中轻量化主要通过采用轻量化材料搭配特定的轻量化工艺来实现减重效果。

目前最有效的途径为材料轻量化。

· 主要应用成型技术

目前主流工艺轻量化设计工艺技术为激光拼焊、热成型、液压以及轻量化连接等成型工艺技术。


· 主要材料

目前汽车轻量化使用的材料主要有:高强度钢、铝合金、镁合金和碳纤维复合材料。从减重效果看,高强度钢-铝合金-镁合金-碳纤维呈现减重效果递增的态势;从成本方面看,高强度钢-铝合金-镁合金-碳纤维呈现成本递增的态势。高强度钢和铝合金性价比高,占据轻量化市场较大份额,尤以高强度钢市场占比更大。镁合金耐腐蚀性差、 易燃、成本较高的缺陷限制了其应用,因此镁合金一般应用于内饰,轮毂和动力总成中。碳纤维复合材料成本远超镁铝合金,但减重效果远胜于金属材料,目前仅应用于赛车、超级跑车等。

· 轻量化未来前景

汽车工业作为我国经济发展的重要支柱产业之一,其发展势头不容小觑,市场前景广阔。面对当前世界能源和环境的危机,汽车轻量化已然成为汽车行业可持续发展的必经之路,未来汽车的竞争,也一定是一场轻量化的战争。



作者/梁尚

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