李宝龙;陈朝泽
【摘 要】从国家新能源补贴政策调整入手,阐述当前新能源客车的发展状况和国家相关要求,论述减重设计的重要意义,然后分析减重设计的三个主要途径,即材料、结构和工艺的轻量化设计,并对当前客车行业主要的轻量化材料进行详细介绍.
【期刊名称】《现代制造技术与装备》
【年(卷),期】2018(000)011
【总页数】3页(P29-31)
【关键词】新能源客车;财政补贴政策;轻量化材料
【作 者】李宝龙;陈朝泽
【作者单位】郑州宇通客车股份有限公司,郑州 450000;郑州宇通客车股份有限公司,郑州 450000
【正文语种】中 文
2018年2月，国家四部委联合发布新一轮新能源汽车补贴标准，补贴方案削低补高、进一步鼓励技术进步，将“提高技术门槛要求”作为开宗明义的首条纲领，明确鼓励高能量密度、低能耗车型应用，将补贴资金显著倾斜于更高技术水平的车型。
研究结果显示，新能源汽车整车质量每减少100kg，续航里程可提高6%～11%，日常损耗成本减少20%。新能源汽车电池组配置相似且重量过大，目前，除比亚迪外，其他客车企业的动力电池基本上均来自宁德时代、亿纬锂能等主流电池供应商，整车重量更轻的车辆具有比较明显的能耗优势，所以，必须降低整车重量才能最大限度提高续航，同时也能减少客户的运营成本，获取更高的财政补贴。
1 新能源客车发展趋势
2016～2018年，受国家新能源汽车财政补贴政策调整的影响，我国客车产业在动荡中发展，但变化的驱动力和主旋律仍然离不开“新能源”。2017年，我国客车销量为22.8万量，同比下降9.3%，公路客车、公交客车和校车三大细分市场销量均同比下滑。其中，公交客
车销量为9.9万辆，同比下降17.5%，占全年客车销量的比例最高，贡献度为43.6%。尽管财政补贴政策有所调整，但在公交客车全年的销量中，新能源公交客车的贡献度仍然达到了76.3%。随着我国城市化、城镇化的推进以及国家环境保护力度的加大，预计未来几年，新能源公交客车仍然会维持较高的产销量。
2 新能源客车财政补贴政策变化的影响[1]
相比2017年，在相关技术考察指标上，2018年的新能源补贴方案增加了对单位载质量能量消耗量（Ekg）的分档考察，提高了对动力电池系统能量密度的要求，在补贴额度上相比2017年降低30%及以上，相比2016年降低60%以上，详细补贴方案如表1所示。
调整有两个方向，一方面提高了补贴门槛，另一方面，减少低续航里程新能源汽车的补贴力度，并加大高续航里程新能源汽车的补贴力度。在纯电动汽车方面，续航里程为100～150km的汽车已经不纳入补贴范围，且续航里程低于300km，国家的补贴力度则不同程度减少。与此形成鲜明对比的是，对于高续航里程的汽车，国家则加大了补贴力度，高续航里为300～400km的电动汽车，补贴金额由原来4.4万元/辆提升到4.5万元/辆，同比提升2.3%，而对于高续航里不低于400km的电动汽车，补贴金额则由2017年的4.4万元/辆提升
到了5万元/量，同比提升了13.7%。
对单位载质量能量消耗量（Ekg）总体要求：不高于0.21Wh/km·kg，0.15～0.21（含）Wh/km·kg的车型按1倍补贴，0.15Wh/km·kg及以下车型按1.1倍补贴。Ekg计算方法如下：
由此可见，国家对纯电动客车的推广，对续航里程要求越来越高。然而，在相同电量下，整备重量越大，续航里程越显得捉衿见肘。想要让Ekg变小，必须减小整备重量、增加续航里程，而整备重量降低可以减小Ekg，同时又可以降低能耗、增大续航里程。
表1 2018年新能源客车财政补贴政策准（元/kWh） 中央财政补贴调整系数 中央财政单车补贴上限（万元）6＜L≤8m 8＜L≤10m L＞10m 车辆类型 中央财政补贴标系统能量密度（Wh/kg）非快充类纯电动汽车 1200 5.5 12 18 115-135（含） 135以上1 1.1快充倍率快充类纯电动汽车 2100 3C-5C(含） 5C-15C(含) 15C以上0.8 1 1.1插电式很合动力（含增城式）客车 1500 4 8 13节油率水平60%-65%（含） 65%-70%（含） 70%以上0.8 1 1.1单车补贴金额=Min（车辆带电量×单位电量补贴标准 ；单车补贴上限）×调整系数（包括：电池系统能量密度系数、单位载重量能量消耗量系数、快充倍率系数、节油率系数）2.2 4.5 7.5
3 主要减重途径介绍
减重设计是在保证整车强度和刚度的基础上，通过结构的轻量化设计以及轻量化材料的使用，从而达到减轻整车重量的目的[2]。新能源客车减重主要贡献来自车身。总的来说，车身减重设计主要有材料、结构和工艺三种途径，如图3所示。
图3 客车减重设计主要途径
首先，材料应用轻量化是汽车减重设计最基础、最核心的手段。从技术路径看，先进高强度钢、碳纤维等复合材料、塑料、金属合金是目前车企探索的几大方向。其中，碳纤维复合材料由于密度低、强度高、耐腐蚀、耐高温等优秀特性，认为是未来汽车材料的主要发展方向。但目前国内车用碳纤维复合材料刚刚起步，还处于技术探索和积累阶段，原材料成本高及加工效率低，阻碍着碳纤维复合材料的推广应用；铝合金因其较低的密度、优质的性能以及巨大的存量，已经成为实现汽车轻量化发展的主要方式。关于目前汽车主要轻量化材料，后面详细介绍。
其次，结构轻量化是最容易实施也是花费成本最低的一种减重设计手段。不仅是车身，底
盘动力等零部件的设计都可以大量运用结构轻量化设计。而综合考虑整车性能进行的多目标优化，是目前结构轻量化研究的热点，例如：模块化集成设计、结构拓扑优化。
最后，先进轻量化成形和连接技术等制造工艺轻量化是减重设计的保障，主要包括成型工艺和连接工艺。先进的成型技术也保证了整车结构的安全性。目前，先进的成型工艺包括高强度钢热成型、内高压成形、激光拼焊和液压成型等；先进的连接工艺包括铆接、粘结、焊接等。
4 新能源客车典型减重结构和材料介绍
4.1 PP蜂窝板
PP蜂窝板是由两块较薄的面板，牢固粘结在一层较厚的蜂窝状芯材两面而制成的板材，亦称蜂窝夹层结构，材质主要是PP（聚丙烯）。PP蜂窝板能够大量推广在新能源客车上得益于其以下优点：密度小、质量轻：15mm厚PP蜂窝板密度为0.26g/cm3，同样厚度的竹编地板密度≥0.9g/cm3、PVC地板密度≥0.59g/cm3。所以，面积一样的PP蜂窝板比竹编地板减重60%以上，比PVC地板减重50%以上；优秀的防水防潮性能；特殊的蜂窝状结构，有
优良的吸能特性，可有效吸收能量，抗冲击并分担负荷；蜂窝板能有效降低阻尼振动并吸收噪音。
4.2 高强度钢
根据强度分类，屈服强度在210-550 MPa和抗拉强度在270～700 MPa的钢为高强度钢（HSS），而屈服强度大于550 MPa和抗拉强度大于700 MPa的钢为超高强钢（UHSS）。如果根据冶金学特征进行分类，分为普通高强度钢（C-Mn钢、高强度IF钢、BH钢、IS钢、HSLA钢）和先进高强度钢（DP、CP、TRIP、M、HF）。围绕汽车钢强度高、易成形的发展趋势，目前的汽车高强度钢板可分为第一代、第二代、第三代。其中，第三代高强钢引起汽车及冶金企业广泛关注，弥补了第一代强塑积较小和第二代工艺复杂、生产成本高的不足，以强度高、吸能性强、塑性适中、冶金性能稳定、成本适中为主要特点。目前，国内高强度钢在车身上的使用量、高强度钢的强度级别、使用技术水平、镀层板的使用量，以及使用水平和车身设计水平等方面与国外还存在较大差距。未来，普通钢材在汽车上的应用将逐渐减少，但高强度钢的使用量将迅速提高。通过对在售热销车型车身高强度钢的使用情况进行整理，目前高强度钢已经成为主流的车身制造材料。同时，在车身关键部位，强度1500MPa以上的超高强度钢得到了一定程度的应用。
4.3 铝合金
铝合金具备易成形、比强度高、耐腐蚀等优势，采用铝合金制造的汽车零件，与传统钢铁材料相比，可减重30%～50%。与镁合金、碳纤维等材料相比，铝合金价格适中，约为4万元/t，工艺成熟，生产效率高，比较容易适应汽车结构件对性能、价格、质量稳定性和供货响应速度等的多重要求，因此，是当前应用比较广泛的轻量化材料。
4.4 镁合金
汽车节能补贴镁合金减重效果更加明显，最高可达70%，但镁的化学性质活泼，存在质量不稳定、价格昂贵且不耐腐蚀等不利因素，制约了其在汽车上的大规模应用。据调查，我国单车用镁量仅为1.5kg，欧洲单车用量已达14kg，成长空间较大。目前，新能源客车上已在逐步试装镁合金扶手管、镁合金椅腿等零部件。
4.5 碳纤维复合材料
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