创新材料与轻量化设计,引领未来可持续发展

——访中国汽车工程学会汽车非金属材料分会主任委员、中国第一汽车集团有限公司材料与轻量化研究院副院长郑虹先生

作者:龚淑娟 文二霞 发布时间:2021-09-18
分享到
汽车轻量化对实现节能减排、满足能耗法规有重要意义,一汽应对汽车轻量化的三大策略包括材料替换、结构优化及工艺创新。其中,材料和工艺进步是产品轻量化的主驱动力,也是各主机厂技术竞争的关键领域。

新材料和轻量化技术的创新和发展,对降低排放、改善性能、提升安全等方面起到关键作用。在保障汽车行驶安全性、耐撞性、抗振性及舒适性等性能基础上,如何实现整车轻量化的创新?新型材料和创新的加工工艺会带来怎样的价值?

近日,中国汽车工程学会汽车非金属材料分会主任委员、中国第一汽车集团有限公司材料与轻量化研究院副院长郑虹先生,结合一汽在轻量化方面的创新成果,分享了对相关技术的深入研究和思考。


 

中国汽车工程学会汽车非金属材料分会主任委员、中国第一汽车集团有限公司材料与轻量化研究院副院长郑虹先生

AI:在汽车新材料和轻量化的研发和应用方面,一汽材料与轻量化研究院拥有深厚的积淀,主导着一汽在这个领域的发展方向。在材料和轻量化的顶层设计上,一汽有怎样的技术路线或规划布局?

郑虹先生:汽车轻量化对实现节能减排、满足能耗法规有重要意义,一汽应对汽车轻量化的三大策略包括材料替换、结构优化及工艺创新。其中,材料和工艺进步是产品轻量化的主驱动力,也是各主机厂技术竞争的关键领域。为支持红旗“洞见﹒2030 中国一汽阩旗(R﹒flag)技术发展战略”,贯彻“需求牵引,材料先行”的发展理念,一汽面向“H、L、Q和S”四大产品系列,在准确把握行业整体发展趋势的基础上,制定了“高强钢、铝、镁、塑料及复材”多材料混合应用的材料技术路线,整体规划了关键核心技术包21项,涵盖了新材料开发、集成化应用、多材料连接等多个关键领域,拟实现2025年车辆整体降重8%的中期目标。


AI:在2021年中国一汽第一届先进制造技术“旗智.iM”高端论坛期间,除了高强钢之外,我们还看到了一汽关于铝合金零部件、碳纤维车身零部件以及轻量化连接工艺等多项先进技术成果的展示。我想请您举几个例子,分享一下贵院近年来的一些特别成功的新材料、轻量化技术成果?它们在量产应用中带来了怎样的价值?

郑虹先生:得益于之前的充分积累,提高铝材用量是当前一汽产品减重的优先手段。比如,在红旗H9、HS5中使用的“全铝底盘”和目前正在研发车型中大范围推广的铝制外覆盖件,两项技术就可为单车实现100 kg以上的减重效果。一汽用铝的同时也在积极承担央企“做强中国制造业”的使命担当。刚刚结项的国家重点课题“乘用车铝合金覆盖件制造技术”(课题编号:2016YFB0300805)就是一汽直面国产铝板无法应用于车辆外覆盖件的问题,联合南山铝、西南铝、有研工研院、中汽研等共同完成的。项目实现制品减重50%以上,获得授权发明专利14项,发表核心以上论文10篇,制定标准12项,掌握了国产铝板应用时材料优化、评价、冲压工艺与模具开发、连接、涂装等六大核心关键技术,打通了材料开发到量产应用的“最后一公里”。不久的将来,大量应用国产铝板的国产汽车将行驶在我们中国的道路上。


铝制外覆盖件

碳纤维复材是一汽面向未来5~10年批量应用储备的前沿技术。目前,碳纤维复材已应用于一汽四款车型,涵盖车身覆盖件、车身结构件及底盘结构件等三大领域,实现降重180 kg以上。结合优秀的设计优化,部分零部件的降重效果达50%以上。以上技术成果的应用,有效的支撑了一汽红旗产品能耗、动力和操控等各项性能目标的达成,不仅改善了用户的使用体验,还提升了车辆的豪华品质,更助力了行业技术进步和产业升级。

 
碳纤维复材

AI:除了这些量产成果之外,一汽还有哪些前瞻储备研究项目值得分享?比如复合材料、尼龙材料、可再生材料、智能材料等方面。另外,目前这些开发项目面临哪些挑战?

郑虹先生:目前,我们的前瞻开发工作主要瞄准三个关键方向:1)轻量化,正着重探索复合材料的集成化、功能化开发,多材料连接工艺等技术方向;2)健康环保,遵从国家环保政策法规指引及一汽新制定的“大健康战略”,近期正加大可再生材料、环境友好材料、低气味、低散发等方向投入;3)智能座舱,主要瞄准智能表皮、体感材料、新型传感材料等技术方向。我们希望在新技术开发成功后尽快实现上车应用,但是可能会碰到产业资源无法支撑上车应用的情况,比如无法满足车规要求、产品质量波动等,这是我们目前面临的主要挑战。另外,我们也希望瞄准用户需求,联合合作方共同实现原创性技术的开发,从源头上解决问题,壮大国产汽车工业。


AI:一汽红旗是值得国人骄傲的高端自主品牌。一汽在东京奥运会期间宣布,给获得金牌的中国运动健儿每人奖励一台红旗H9,其他获得奖牌的运动员也可获得红旗H9的使用权,祝贺他们“旗开得胜”。请问红旗H9车型采用了哪些轻量化技术?

郑虹先生:每一块奖牌都是一次红旗飘扬,将红旗H9轿车“敬赠”奥运冠军是一汽对中华民族拼搏进取精神的崇高敬意。红旗H9是一汽研发人的心血和骄傲,集中应用了全铝底盘、铝合金仪表板横梁、LASD水性阻尼涂料、微发泡发动机装饰罩等十余项一汽最新的轻量化技术成果,共实现降重近100kg,预估用户行驶10万公里可节油500L左右,节能减排效果明显。特别是一汽第二代全铝底盘的应用,有效确保了车辆操控品质的豪华感,整体驾乘感受达到同档次国外豪华车型水平。


全铝底盘

AI:与传统汽车相比,新能源汽车在轻量化方面的需求更加迫切。您能否以一汽红旗新能源汽车为例,介绍一下一汽专门针对新能源汽车的轻量化创新开发思路,以及电池、电机等关键零部件的轻量化开发与应用的最新进展。

郑虹先生:一汽新能源汽车在车身上应用了大量高强钢技术、塑料尾门、铝焊CCB、长玻纤增强PP前端框架等轻量化新技术,并结合了系列产品项目的平台化、模块化一同开展。在十余年的新能源技术育成中,一汽在电机、电池等关键零件中已完成了多材料、多工艺、多路径的技术尝试及探索。目前,我们正在平台化、模块化的顶层规划下锁定最优技术路径,并实现空心电机轴、高压铝导线、薄壁化电机壳体、铝电池箱体等最新技术上车应用。


AI:《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》《节能与新能源汽车技术路线图2.0》都将汽车轻量化列为汽车产业的重点发展方向。您如何看待新能源汽车材料和轻量化技术的未来发展?

郑虹先生:新能源汽车作为行业新兴热点,也为轻量化带来了新的问题和挑战。一方面,用户对车辆续驶里程的要求使几百公斤的电池增重成为必须的选择,急需降重应对;另一方面,用户的里程焦虑、国标电耗限制等急需车辆不断通过轻量化降低能耗以缓解和达成。因此,相对于传统汽车,新能源汽车降重具有更明显的用户感知、更迫切的现实需求、更宽裕的成本接受度,而且降重的目标值将更大。上述因素将使新材料应用成为首选项和必选项,如何准确的将适合的材料用在合适的位置将是主机厂平衡需求和成本的关键。


AI:目前来看,多种材料的混合应用和多种工艺的结合,是汽车轻量化的发展趋势,因此,高强钢、铝合金、镁合金、工程塑料、复合材料及其他轻质材料都将各有用武之地,性能和成本的平衡,是决策的关键。您在这方面有怎样的思考?

郑虹先生:多材料混合应用对汽车产品的设计、材料开发、生产线优化带来了更大的考验,特别是原材料的性能、成本的确是汽车研发人员选材用材的决策关键,也是多材料的混合应用、轻量化新材料满足汽车产业规模化应用的关键。针对目前新材料应用现状,我们一是考虑可以通过新材料基础性能改善提升规模效益来优化成本,例如:一汽正开发的高强韧耐蚀镁合金,可拓宽镁合金在汽车上的应用场景,增加单车用量,扩大市场规模进而形成规模化效益,提升性能同时降低成本门槛;二是通过推动新材料/新工艺标准化工作,提升行业在新材料方面的标准化、规模化生产水平,以减少材料/工艺种类、降低研发成本,使各种轻质材料都有用武之地。未来,多材料混合应用的技术路线一定是多种多样的,每个汽车生产企业都会结合自身的产线优势、综合考虑各种材料应用的性价比,打造独具自己特色和魅力的汽车产品。



微发泡发动机装饰罩

AI:可持续发展是全世界共同面临的课题,中国政府也已提出了“碳达峰、碳中和”的目标。汽车材料和轻量化在可持续性发展方面可以做哪些工作?未来的创新开发中的重点将会在哪些方面?

郑虹先生:汽车轻量化是实现“碳达峰、碳中和”的重要手段。之前,我们主要关注的是汽车使用过程中的节能减排对碳排放的影响,对汽车生产过程的碳排放及相关影响考虑较少。未来,我们会加大对汽车生产环节碳排放的关注、研究及管控。当前,一汽正加快相关管控体系的建立, 摸底各类现生产用材及新型材料的碳排放现状,绘制材料全生命周期碳排放量轨迹图谱,进而编制选材用材指导性文件以指导后续材料开发及选用。另外,我们也在研究联合采购部门在“碳达峰、碳中和”要求下共同开展材料货源管控工作,减少材料品种,扩大单一材料产业规模,以降低整个产业链的碳排放。


AI:作为中国汽车工程学会汽车非金属材料分会的主任委员,请您介绍一下今年“中国汽车工程学会汽车非金属材料分会2021年会”的情况,特别是今年值得业内人士特别关注的一些亮点内容或者热议话题。

郑虹先生:本届年会以“低碳 环保 新.智.尚”主题,重点围绕汽车非金属材料的创新与应用展开探讨。本届年会亮点体现在以下两方面:一、汽车非金属行业盛宴:年会已邀请中国汽车工程学会领导,知名专家学者,知名院校的专家及各大企业代表几百人出席此次会议,30余人发表主旨演讲,共同探讨非金属材料的创新与发展。二、形式多样的专业领域话题研讨:本次会议设置一个主会场三个分会场,分别围绕健康环保与回收技术、轻量化及仿真技术、新材料及测试技术展开交流,除会议现场专题技术报告分享,本届年会还安排了新材料,新产品现场实物展示及讲解,免费提供到一汽大众成都工厂参观的机会。通过本届年会沟通及交流,增进相互的了解,促进相互合作,加快汽车非金属材料行业发展。

 

收藏
赞一下
0
/
正在提交,请稍候…