在電動汽車產(chǎn)業(yè)加速向低碳化、智能化轉(zhuǎn)型的背景下，內(nèi)外飾件的輕量化技術已成為提升整車性能與續(xù)航能力的關鍵突破口。我們一起來聊聊電動汽車內(nèi)外飾件輕量化技術。

隨著電動汽車的發(fā)展日新月異，整車重量也因為動力電池變得越來越重，輕量化的工作勢在必行。汽車的輕量化是指在不降低汽車性能的條件下，通過材料輕量化，結構優(yōu)化，先進工藝等手段降低整車整備質(zhì)量的過程。對于電動汽車而言，輕量化是低碳化，電動化，智能化的共性技術，是電動化后的新浪潮。新能源汽車重量降低100kg,續(xù)航里程可提升10%-11%,還可以降低20%左右的電池成本，根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖2.0》,到2035年純電動汽車整車輕量化系數(shù)降低35%。而內(nèi)外飾系統(tǒng)占整車車重的10%,內(nèi)外飾的輕量化對整車也起尤為重要的作用，本文著重介紹內(nèi)外飾產(chǎn)品的輕量化應用與研究。

內(nèi)外飾產(chǎn)品的輕量化路線與整車輕量化的手段大同小異，同樣主要包括輕質(zhì)材料的選擇，零件結構的優(yōu)化及先進工藝的應用。

①材料輕量化：低密度PP,植物纖維，PP蜂窩材料，玻璃纖維，碳纖維等新材料的應用;

②結構優(yōu)化：尺寸優(yōu)化(如薄壁化),特征優(yōu)化，拓撲優(yōu)化，從而實現(xiàn)重量優(yōu)化;

③先進工藝：微發(fā)泡注塑工藝及其他采用輕質(zhì)材料而應用的技術，如薄壁化注塑工藝。

材料輕量化

材料輕量化主要是指運用輕量化材料與成型技術，以實現(xiàn)減輕零部件重量的目的，低密度材料和復合纖維材料的應用幫助實現(xiàn)了汽車內(nèi)外飾產(chǎn)品的輕量化。

內(nèi)外飾塑料應用較多的是改性PP,ABS,PC+ABS及PA等材料，通過不同位置的剛強度需求及使用功能的不同，采用不同材料。門內(nèi)飾板/儀表板/立柱飾板/保險杠等較多采用PP+EPDM-T20,而考慮產(chǎn)品的減重，在聚丙烯材料中加入低百分比填充物(滑石粉),達到高填充聚丙烯材料的尺寸穩(wěn)定性、物理性能及耐熱等性能，為進一步降低重量可減少壁厚，達到減重的目的。常用的低密度材料有PP+EPDM-T10,PP/PE等，主要應用在門內(nèi)飾板/立柱飾板/門檻飾件/儀表板等，逐漸替代了PP+EPDM-T20的應用，具體性能分析見下表(表1、表2)。

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表1 材料密度對比分析

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表2 材料減重方案對比分析

除常用材料外，玻璃纖維復合材料、碳纖維復合材料，天然織物纖維等復合材料陸續(xù)應用到內(nèi)外飾產(chǎn)品上，實現(xiàn)了減重的目的。

a.塑料+玻纖因其較高的強度，剛度及耐腐蝕性，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料，減薄壁厚實現(xiàn)減重;通常應用于儀表板，底護板等零件;例如：底盤底護板傳統(tǒng)材料通常為PP+EPDM-T20,料厚為3mm;輕量化材料PP+GF30,料厚改為2.3-2.5mm,實現(xiàn)減重10%。

b.碳纖維復合材料，通常應用于車身覆蓋件，底盤等大型零件，也可應用于外飾零件如保險杠等零件，減重效果明顯;但因碳纖材料本身偏高，碳纖保險杠價格會直線飆升，在市場上除賽車及較少品牌車型，基本無此應用，產(chǎn)品單價暫時無法接受。未來市場，隨著碳纖維的開發(fā)及工藝進步，價格進一步降低，碳纖維產(chǎn)品將會變?yōu)橹髁鬏p量化應用材料。

c.天然植物纖維材料以其低密度、NVH性能好、安全、舒適、環(huán)保的特性，零件輕量化有較明顯效果。如，天然麻纖維材料應用在包覆的門內(nèi)飾板，前排座椅后背板，取代原改性PP材料，成型工藝采用模壓或者模壓注塑混合成型，減重幅度15%-20%左右;但麻纖維材料成本高，成型后必須表面包覆，產(chǎn)品整體成本較高。如麻纖維類似的纖維材料，可應用在造型定義包覆的中高端車型上，實現(xiàn)減重目的。

d.以塑代鋼，是實現(xiàn)輕量化最有效的方式之一，也是汽車行業(yè)應用較廣的輕量化方案，車身零件前端模塊，翼子板及后尾門的塑料產(chǎn)品已量產(chǎn)化，內(nèi)外飾零件主要考慮應用到座椅總成及儀表板橫梁，近年來已有金屬+塑料儀表板橫梁投入市場，座椅橫梁及座椅背板等也已從金屬改為塑料材料，降本減重效果顯著;未來市場，可考慮應用全塑的儀表板橫梁及座椅骨架，但必須滿足整車和零件的性能要求，目前各零部件廠家及主機廠也在嘗試研究工作，未來可期。

工藝優(yōu)化

內(nèi)外飾塑料件產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝，傳統(tǒng)應用主要是塑料注塑工藝;為實現(xiàn)產(chǎn)品輕量化的效果，可考慮采用微發(fā)泡工藝實現(xiàn)。

3.1微發(fā)泡工藝介紹

微發(fā)泡注塑工藝主要以聚丙烯材料為基體，依靠氮氣氣泡在壓力釋放的條件下，制品中間形成從十幾到幾十微米的封閉微孔，兩側形成致密的表皮。此工藝生產(chǎn)的塑料件密度低于采用普通注塑工藝生產(chǎn)的注塑產(chǎn)品。

微發(fā)泡可分為物理發(fā)泡和化學發(fā)泡，二者均將氮氣，二氧化碳等氣體與塑料熔體融合后冷卻，物理發(fā)泡是注入氣體，化學發(fā)泡是通過發(fā)泡劑受熱釋放氣體。物理發(fā)泡表面質(zhì)量不良，所以可應用在儀表板骨架等外部帶包覆層的產(chǎn)品上;化學發(fā)泡表面質(zhì)量更優(yōu)，在外觀件產(chǎn)品上應用較廣。

微發(fā)泡工藝不僅可以減重，還可以縮短注塑周期，產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性也較好(見圖1、表3)。

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圖1 微發(fā)泡產(chǎn)品剖切圖

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表3 物理發(fā)泡與化學發(fā)泡的對比表

結構優(yōu)化

內(nèi)外飾產(chǎn)品的結構設計主要需保證舒適性和安全性，對其輕量化的研究也十分重要。通過優(yōu)化內(nèi)飾部件的結構設計，如減少零件數(shù)量，優(yōu)化零件形狀和減薄產(chǎn)品壁厚等。采用結構優(yōu)化的方法，如拓撲優(yōu)化，形狀優(yōu)化和尺寸優(yōu)化等，有效減輕塑料件的重量。

在采用輕質(zhì)材料成本增加的情況下，可考慮在傳統(tǒng)材料(PP+EPDM-TD20)基礎上減薄產(chǎn)品料厚，由原2.5mm改為2.0-2.3mm,達到減重降本的目的，減重比例6%-10%,此方案適合結構強度滿足要求，模具和CAE分析都能滿足要求的情況下可以采用。薄壁化的設計應壁厚均勻，厚薄適當且不應有突變結構，厚度過渡區(qū)域需逐漸過渡，實現(xiàn)輕量化的同時不影響外觀效果。

根據(jù)車型定位的不同，可考慮產(chǎn)品結構的簡化或集成化。舉例說明：如果是經(jīng)濟型定位，a、可考慮門內(nèi)飾板上下不分件，去除多余的裝飾件，既可減重又可降本。b、產(chǎn)品的造型也同樣會影響零件的重量，考慮內(nèi)外飾零件整體外造型的簡約化，盡量減少造型的復雜分塊，如保險杠結構減少分塊結構簡化，減少零件數(shù)量。c、零件與零件之間的配合關系，減少疊加面積，開減重孔，減少結構冗余;在滿足性能的前提下，零件尺寸盡量做到夠用就好，減少多余的覆蓋面積，同樣可以實現(xiàn)減重效果。b/c方案適用于所有車型，簡約而不簡單，實現(xiàn)減重降本的效果。

為更精準的進行輕量化結構優(yōu)化，可采用CAE的分析方法，通過拓撲優(yōu)化，將數(shù)據(jù)帶入CAE軟件，分析得到零件的必要部分，根據(jù)分析結果展開零件設計，避免了結構強度過剩，實現(xiàn)零件輕量化設計。應用拓撲優(yōu)化的方法，可減少反復的校驗工作和CAE分析工作，提供工作效率，實現(xiàn)輕量化需求。

輕量技術的未來趨勢

在汽車電動化的背景下，輕量化技術具有重要意義，能夠顯著降低整車重量，提升整車性能及續(xù)航里程。通過對汽車內(nèi)飾的輕量化研究，未來發(fā)展以塑代鋼、先進復合材料及植物纖維等應用仍然是輕量化材料的主要方向。天然材料的原料更容易獲取，材料成本價格會進一步降低，應用將更廣泛;全塑CCB,全塑座椅骨架或?qū)⒊蔀槲磥?-10年內(nèi)外飾輕量化的重大突破。在進行內(nèi)外飾結構設計中，充分考慮零部件的性能要求，盡可能的進行結構優(yōu)化減重降本。拓撲優(yōu)化的方法，在以后的車型項目中應用的更普及，系統(tǒng)流程化，可大大提高工作效率和有效實現(xiàn)零件輕量化;隨著新材料的產(chǎn)品，新型工藝也將陸續(xù)衍生滿足產(chǎn)品生產(chǎn)要求。未來市場，輕量化的同時需考慮環(huán)保，低碳等需求，所以輕量化的工作將更為多元化。

總 結

內(nèi)外飾輕量化的研究，無論是現(xiàn)在還是未來都是持續(xù)開展的工作，推動新材料，新工藝，新技術的創(chuàng)新應用，與整車智能化，環(huán)?；?，低碳化的要求并駕齊驅(qū)。內(nèi)外飾輕量化工作，還需要多學科，綜合性的進行深入研究。把多種輕量化技術相結合，充分考慮零件特點進行輕量化的設計和研究，集成化及系統(tǒng)化的實現(xiàn)輕量化設計。輕量化的技術，是個永恒研究的課題，促進整車各方面性能的提升，實現(xiàn)減重前行的目的。

文章來源：汽車周刊

作者單位：重慶睿藍汽車研究院有限公司

以上便是電動汽車內(nèi)外飾件輕量化技術的探討，尤其是新能源發(fā)展興起的時代，輕量化的技術不僅能夠顯著降低整車重量，提升整車性能及續(xù)航里程，該技術是未來值得一直探討的話題。