王 波，范宗武，林 伟

（山东沂星电动汽车有限公司，山东 临沂 276017）

在燃油日益枯竭的今天，节能越来越受到世人的关注，我国也出台了各种各样的政策来鼓励电动客车的发展。但由于电池的比能量一般为7.2×105J/kg，而柴油的热值为3.3×107J/kg，因此电动客车电池自身质量较大（以12 m电动客车为例，电池质量为2.5～3 t），整备质量较同类型的传统客车重3 t左右，导致载质量相应减少3 t。据统计，汽车质量每增加1%，能耗将增加0.7%[1]。因此，质量问题成了制约电动客车发展的瓶颈之一，各大客车厂都在探索和寻求电动客车轻量化的方法，但收效甚微[2]。本文以12 m纯电动城市客车为例，列举多种客车轻量化方法，整备质量可由传统城市客车的15 t降低到现在的12 t。

1 整车轻量化设计

1.1 底盘轻量化设计

传统客车底盘为大梁式三类底盘，12 m的底盘重量一般在6 t左右。电动客车轻量化的底盘采用全承载设计，用16 Mn矩形钢管设计成桁架结构[3]，如图1所示，其重量比传统三类底盘轻1 t左右。自制底盘车架比外购三类底盘车架成本要低8000元左右。

1.2 车身骨架轻量化

传统客车的车身骨架一般为钢骨架，即使进行优化设计，质量减轻也非常有限（一般为300～500 kg），而且钢材易生锈，回收利用价值不高。电动客车车身骨架轻量化方法是两侧围、顶盖、前后围骨架全部采用铝合金，部分外覆盖件也采用铝合金。铝合金作为新型材料，在国内客车领域大规模应用仍属空白[4]。经过潜心研究，将铝合金大规模应用到大客车车身上，实现了质的突破。铝合金具有传统车用材料不可比拟的优点，具有良好的机械性能、耐腐蚀性，导热性好，还具有高强度、易回收、吸能性好的特点，铝在碰撞过程中比钢多吸收50%的能量[5]。钢的比重为7.85 g/cm3，而铝的比重只有2.7 g/cm3，使用铝合金能大幅度降低车身骨架质量。镁铝合金虽然是当前重量最轻的金属结构材料，但其铸造性差，后处理工艺复杂，耐腐蚀性也差，在空气中极易氧化生成疏松多孔氧化膜，且价格比较昂贵，目前还难以在客车骨架上推广应用。客车的轻量化技术必须是兼顾质量-性能-价格的技术[6-7]。以上三种材料的重量与成本比较见表1。

可以看出，铝合金不但能大幅度降低车身骨架质量，而且成本相对较低。我国的铝资源丰富,铝年产量已达1260万t，连续5年居世界榜首[8]，因此，铝合金材料的大量使用是电动汽车发展的趋势之一。两侧围、顶盖与前后围铝合金骨架采用铆接技术合成的整车骨架如图2所示。

1.3 车身外覆盖件轻量化

车身外覆盖件即前后围蒙皮、顶盖蒙皮和两侧围蒙皮。用作车身外覆盖件的材料很多，目前主要有钢板、铝板、玻璃钢、DCPD（聚双环戊二烯）、碳纤维复合材料等。传统客车一般采用薄钢板作为外蒙皮，无论怎样优化设计，质量都难以减轻。碳纤维复合材料虽然强度高、耐热性好、耐腐蚀，但其价格昂贵，难以在客车上推广应用。DCPD虽然抗冲击性和绝缘性好，重量轻，但价格比玻璃钢要贵4倍，也不易在客车上推广使用。采用铝板作为电动客车车身的两侧围蒙皮及顶盖蒙皮，用玻璃钢作为前后围蒙皮，重量比用钢板轻114 kg，而且玻璃钢的拉伸强度和比强度都比钢的还大（钢的拉伸强度是1.03 GPa,玻璃钢的拉伸强度是1.06 GPa；钢的比强度是130,玻璃钢的比强度是530）[9]。铝、玻璃钢比重介于钢和碳纤维之间，且价格适中。以12 m车身覆盖件为例，使用不同材料，其质量与成本比较见表2。

表2 不同材料的车身覆盖件质量与成本比较

综合以上分析可知，采用铝板和玻璃钢作为车身外覆盖件，其质量和价格均介于钢板和碳纤维之间，质量可减轻，价格也适中。

1.4 零部件轻量化

电动客车在零部件方面也采取了减重措施，如将钢质轮辋改为铝合金轮辋,质量可减轻115 kg；将驱动电机、控制器、DC-DC等外壳由钢壳改为铝合金壳，质量可减轻95 kg；车内扶手由钢管改为铝合金管，质量可减轻75 kg；重新选配转向助力泵和空压机，质量可减轻55 kg。

1.5 电池轻量化

造成电动客车质量高于传统客车的最主要因素就是因为动力电池的比能量比液体燃料的比能量低得多，而动力电池之间的比能量又千差万别：铅酸电池的比能量是30 W·h/kg,镍镉电池的比能量是55 W·h/kg,镍氢电池的比能量是80 W·h/kg，磷酸铁锂电池的比能量是90～120 W·h/kg，因此，我们选磷酸铁锂电池作为动力电池，其质量要比其他电池小得多。如果用铅酸电池，其质量约4 t，而用磷酸铁锂电池，其质量约为2.5 t。

2 结束语

通过以上轻量化措施，底盘可减重1 t，车身骨架可减重1.5 t，车身外覆盖件可减重114 kg，系统零部件可减重340 kg，总计整车整备质量可减重3 t左右,实现了节能减排、低碳环保的目的。在底盘、铝合金骨架、外覆盖件材料成本方面由原来的31241元升高为33541元，成本仅增加2300元。因此，在电动客车上，大量使用铝合金来实现轻量化不失为一种行之有效的手段,也是必然趋势。

[1]敖炳秋.轻量化汽车材料技术的最新动态[J].汽车工艺与材料，2002，（S0）：8-9.

[2]倪晋尚.轻量化技术在现代汽车中的应用[J].公路与汽运，2008，（5）

[3]罗朝晖，李纪雄.混合动力旅游客车整车轻量化设计[J].客车技术与研究，2011，33（2）：29-32.

[4]莫海鹰.客车轻量化设计技术探讨[J].城市车辆，2009，（10）

[5]龙江启，兰凤崇，陈吉清.车身轻量化与钢铝一体化结构新技术的研究发展[J].机械工程学报，2008，（6）

[6]燕战秋，华润兰.论汽车轻量化[J].汽车工程，1994，(6)

[7]李洪波，周维林.重型汽车车架轻量化设计[J].重庆理工大学学报：自然科学版，2010，（12）：110-113.

[8]李建湘，刘静安，杨志兵.铝合金特种管、型材生产技术[M].北京：冶金工业出版社，2008.8.

[9]梁基照.聚合物基复合材料设计与加工[M].北京：机械工业出版社，2011.4.