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【微合金专访】熊飞:轻量化是提高新能源汽车竞争力的有效途径

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-02-08  作者:中国汽车材料网   [ 进入汽车材料社区 ] [ 汽车材料馆 ]
核心提示:前言:《微合金化技术》杂志(中国中信集团主管、中信金属微合金化技术中心主办)开展了汽车行业资深专家专访活动,本次活动与中国

前言:

《微合金化技术》杂志(中国中信集团主管、中信金属微合金化技术中心主办)开展了汽车行业资深专家专访活动,本次活动与中国汽车材料网联合实施,探讨中国汽车行业发展、轻量化技术、新材料开发及应用等主题,力争促进我国汽车行业技术进步和产业发展。

本期邀请杭州长江汽车研发副总经理熊飞博士,就汽车轻量化解决方案以及新能源汽车的发展等问题与行业同仁进行深入的探讨和交流。

零部件和原材料企业应配合主机厂开展轻量化工作

说起汽车轻量化,已经算是一个老生常谈的话题,但却一直以新型的技术应用形式不断在发展进步。“汽车轻量化,这并不是某一个零部件或者原材料企业的工作,它是一个非常复杂而系统的工程。”杭州长江汽车研发副总经理熊飞博士这样说到,正是因为其在国内外主机厂工作数年,并且拥有丰富的整车开发、轻量化、车身、材料等方面的工作。因此他认为,作为主机厂,关于汽车轻量化的发展要在以下几个方面做好聚焦工作:

首先,因为轻量化的工作是一个系统性的工作,是一个设计、分析、工艺制造于一体的跨领域的工作,公司高层有清晰的轻量化的认知,把轻量化提升到公司战略高度,合理的布局公司的轻量化战略。组建专业的轻量化团队来协调内外部资源,建立系统的轻量化开发流程,制定合理的轻量化战略目标。

其次,轻量化工作是需要多个设计部门联合开展的一项工作,是一个贯穿整车开发过程中的一个重要环节,从VTS到SSTS的目标制定,轻量化工作思路是在满足性能的前提下,通过材料、工艺、结构优化,生产制造包括售后等方面来开展轻量化工作。

熊飞博士表示,主机厂在进行轻量化设计的时候,重点不仅仅是聚焦在一个零件的重量、性能等方面,而是在整车的性能上。“所有的设计及优化工作都是以提高或满足整车性能为前提,一个优秀的轻量化方案不仅仅是重量的设计和管控,同时也是对上下游(供应商、客户)的优化,例如:一个轻量化零部件的设计不能只考虑重量,还有考虑零部件的成熟度(材料、工艺),还要考虑零部件供应商的生产制造难易度,这点往往容易被忽略。

比方说我们考虑某一个零部件,如果没有考虑产品的尺寸公差,带来的问题是生产制造的匹配难度,同时对供应商也带来了产品合格率的问题,这些最终都转化为成本的因素,因此,重量是设计出来的,成本也是设计出来的。”

“在进行轻量化设计的时候,并不是简单的认为采用轻质材料来制作零部件就是轻量化了,而是需要结合上下游资源、材料供应商、零部件供应商以及OEM共同来开展工作,多方协同配合。”谈到主机厂在轻量化方面聚焦时,零部件材料供应商应该配合哪些工作?熊飞认为,主机厂以“性能驱动设计”的理念,合理规划整车和零部件的性能目标,Tier One需要根据这些性能目标开发轻量化技术方案和制造工艺方案,材料供应商再根据方案需求开发更轻质、合理的材料和工艺解决方案。

比如说车身上某些位置需要用超高强度钢,Tier One要选择先进的技术和工艺来实现,像热成型技术。超高强钢淬透性较差,材料供应商在材料配方上增加微合金来提升超高强钢的淬透性,这样的轻量化方案才能真正落地。

企业相互交流合作探讨轻量化解决方案

如同任何技术革命和进步,汽车轻量化的发展也促进了原材料企业与主机厂之间的交流与合作。熊飞博士多年来与中信金属微合金化中心在该方面建立了不少的联系,其中也有不少的合作成果。

熊飞博士介绍到:“因为中信金属一直致力于汽车轻量化金属材料解决方案的研究,我们之间开展了长期有效的合作,共同探讨了很多前沿的轻量化技术,也在共同开发一些轻量化材料。比如和中信金属高级经理路洪洲博士及团队、同济大学林建平教授及团队等共同合作的一个项目是以材料为变量,B柱总成为载体的研究课题。该课题的一个方向是研究了在结构、截面不变的前提下,在高强钢中加Nb和不加Nb元素,对零部件的性能以及整车轻量化效果和性能的影响;又或者说这种影响会在哪些工况中得到体现,会以什么样的形式而体现呢?为此我们建立了B柱的CAE台架模型,并模拟整车侧碰工况,设置好边界条件,将1400kg蜂窝铝避障等效替换为刚性避障,对比两种材料的碰撞变形量和能量吸收情况,考察材料冲击韧性和强度。通过样件试验对比两种材料的应力应变曲线以及n值和r值,分析加Nb对材料成型性的影响。结果证明,加Nb元素对钢材的吸能效果、淬透性和成型性都有更好的效果,这是个很成功的合作项目,为后续的高强钢发展提供很好的理论和实践基础。”中信金属公司在汽车金属材料的应用研究方面,支持了很多基础和共性技术的研究,对于推动自主品牌乘用车高强度钢的应用做出了重要的贡献。

新能源汽车与传统燃油车轻量化有何不同?

虽然新能源汽车在快速的发展当中,但是轻量化的话题不管在新能源汽车上,还是在传统燃油汽车上,都是共同存在的热点问题。而说起新能源汽车与传统汽车最本质的区别,熊飞认为是动力系统的变化。

第一, 动力总成由燃油发动机变为电动机。电动机的体积相对较小,机舱空间布置上也相对简单容易很多,可以通过优化空间布置来实现轻量化。电机的特点是达到峰值扭矩的转速较低,要考虑平顺、操稳等性能,解决电机高速啸叫的问题。传统汽车的动力来源于发动机,而发动机在运转时,机舱内处于高温状态,因此在进行机舱的轻量化设计时,选用材料及结构要考虑材料的耐高温和结构上的隔热。而对于新能源汽车,其“机舱”内没有高温状态的发动机,因此在进行轻量化设计时,材料方面就有很大的选择余地,同时结构上也可以有更大的优化空间。

第二, 电池是新能源汽车最重要的组成部分,虽然近年来电池技术不断取得进步,但想要得到更高的续航里程,还需要装配体积很大的动力电池,电池的空间布置是一个很大的难题,会影响驾乘空间、悬架的结构等,动力电池都是高压输送,需要考虑整个高压系统在车内的安全问题。轻量化设计需要考虑对电池的碰撞保护。电池的轻量化主要是通过选取高能量密度电芯、优化模组布置等解决方案,最重要的还是要靠电池材料技术的突破。目前纯电动汽车最大的瓶颈在于续航里程,在当前电池技术还没法达到续航要求的情况下,汽车轻量化就显得尤为重要,因此新能源汽车对传统零部件的轻量化提出了更高要求。

铌微合金化技术在新能源汽车材料上大有可为!

近年来,铌微合金化技术在新能源汽车方面的应用也是一个比较特殊的议题,中信金属微合金化中心在新型铝合金开发、含铌电池电极材料以及纳米晶共模扼流环等方面开展了一系列研发工作,目前还处于起步阶段。在谈到这一话题时,熊飞表示也一直在关注中信金属微合金化中心开发的这些前沿技术,并认为这些项目都是基于现状开发的很有实际意义的项目。

“铝合金是当前汽车轻量化的重要解决方案,铝合金的回收问题日渐凸显,中信金属正在研究通过在铝锭中增加铌元素,细化铝合金晶粒结构,能够有效地改善铝合金的力学性能以及铝废料回收率,我认为这是很有发展前景的。”熊飞博士对于铝合金推动汽车轻量化的发展表示认可,他认为含铌电池电极材料被证明是提升电池能量密度和缩短充电时间的重要技术,中信金属微合金化中心在这个技术上投入研发,也是很有前瞻性的。

新能源汽车上共模电流的产生会影响EMC,发出共模噪声,对电机轴承的腐蚀等,采用纳米晶磁芯可通过感应的方式将共模电流转换成热量散发掉。熊飞坚定的说到:“这些前瞻的技术研究都是对未来新能源汽车发展起到很大的促进作用,中信金属微合金化中心虽然才刚起步,但是中信金属有很强大的研发能力,我相信一定能取得突破。”

关于中信金属推动铌微合金化技术在新能源汽车上的应用方面,熊飞也给出了几点建议,他表示电池新技术或者是新材料的开发,都是由于社会的巨大需求存在而出现的。因此在研发及立项时,首先要考虑此项目的研究成果能够实现量产,并能在整车企业里得到大范围应用。“建议中信金属微合金化中心在进行新电极材料及新工艺方面的研究时,要与材料供应商、产品供应商以及OEM共同开展。这样不仅仅研究材料的性能,同时还有材料在相应产品中的应用,以及产品在整车中的集成等方面的问题。从而使得研究成果能够更加容易得到产业化的应用。”

杭州长江汽车研发副总经理/平台总工 熊飞

个人简介:

熊飞博士拥有多年海内外工作经验,在整车开发、汽车轻量化技术、材料科学与工程技术以及车身设计及工艺等方面有着丰富经验。回国后先后担任:江淮汽车技术中心技术总监;长城汽车材料工程研究院副院长、总工;吉利汽车研究院总工程师和新能源平台项目总工;在许多学术协会及期刊等担任职务,如中国汽车轻量化联盟专家委委员,国际绿色轻量化联盟执行理事,汽车实用技术编委副主任委员,多次在国际(如FISTA、2013&2014 GALM)及国内会议上演讲,担任第一届和第二届GALM大会主席,受邀在Detroit全球轻量化会议上演讲,并兼任大学特聘教授、博导,并发表数十篇论文,现任杭州长江汽车研发副总经理,平台总工。


 
 
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