新能源汽车轻量化材料与工艺

《新能源汽车轻量化材料与工艺 》一书适应当前新能源汽车轻量化的技术需要，全面解读了汽车各系统的轻量化选材、工艺设计和应用关键点，为汽车制造正向开发提供基础。 全书以汽车各系统（车身、内外饰、底盘、三电系统等）的轻量化材料为主线展开，结合细致的工艺设计、选材方案及应用实例,系统介绍了新能源汽车轻量化涉及的各项材料、关键工艺及应用技术。 书中对轻量化材料的选材方案、轻量化效果以及应用关键点的透彻阐述，是汽车整车和零部件正向开发设计的基础；关于碳纤维设计、制造及涂装技术等轻量化材料及工艺等的新技术和案例介绍,来源于作者团队的自主研发成果；尤其是其中各种轻量化材料组合设计、新型轻量化材料涂装工艺以及在整车开发设计过程中的涂装同步工程分析为该领域原创，在新能源汽车领域极具先进性和前瞻性。

2018年，我国新能源汽车产销量分别为127万辆和125.6万辆，同比分别增长了59.9%和61.7%，新能源汽车已成为汽车产业的重要组成部分，也是汽车未来主要的增长方向。新能源汽车受限于电池容量问题，其动力电池的质量就高达数百公斤，整车的质量至少过吨。续驶里程一直是限制其发展的主要问题，而轻量化是提高新能源汽车续驶里程的有效途径，轻量化材料作为减重潜力最大的轻量化手段一直备受关注。新能源汽车的轻量化材料正面临着一系列新的技术突破和重大发展机遇。
轻量化技术作为新能源汽车的核心技术之一，是实现节能减排、绿色发展，以及促进汽车行业发展的必经之路。当前轻量化材料技术开发空前活跃，但由于轻量化材料与工艺涉及材料学、化学、电化学、物理学等多方面知识，非材料专业人员和初学者往往在遇到实际问题时不知如何下手。本书是作者团队三十余年的从业经验和汽车材料相关知识的积累。本书从新能源汽车轻量化材料与工艺实际应用的角度出发，详细地介绍了轻量化材料应用的现状、存在的技术问题及瓶颈，以及未来发展趋势。本书力求清晰准确，注重理论联系实际，便于读者掌握轻量化材料的选择、应用与开发。本书用了大量的实例进行讲解，力求通过实例使读者快速了解并掌握新能源汽车的轻量化材料应用开发技术。书中从实际出发把内容切割成若干知识点，通过大量实例由简入繁地讲解了新能源汽车轻量化材料在开发中运用的各种技术。
本书介绍了新能源汽车轻量化材料及相关工艺的应用现状和发展趋势。全书分为4篇，第1篇对新能源汽车及其轻量化现状及趋势进行了阐述，并对轻量化发展阶段进行分析，认为轻量化材料是今后新能源汽车轻量化的主要发展方向；第2篇以汽车各系统为主线，从系统维度对轻量化材料应用现状进行分析，对三电系统、车身零部件系统、内外饰零部件系统和底盘零部件系统的轻量化技术的发展趋势、应用实例进行了详尽分析，这四大系统是新能源汽车功能实现的基础，每一系统对材料的性能要求不同，轻量化材料应用的范围也各不相同；第3篇系统地分析了轻量化材料开发应用时需要开展的连接工艺和涂装工艺的同步工程，保证轻量化材料应用过程中的连接和涂装满足应用要求，该部分详细介绍了典型工艺技术方案及新型连接工艺和涂装工艺的发展趋势；第4篇介绍了四款典型新能源汽车的轻量化材料与工艺技术，每款车根据自身的定位采取了不同的轻量化策略。
轻量化是新能源汽车的核心竞争力，轻量化材料的应用则是新能源汽车轻量化的重中之重，目前随着新能源汽车的蓬勃发展，轻量化材料的应用也随之增加。本书力求紧扣新能源汽车高质量发展的主线，找出目前影响轻量化材料应用的主要问题，为开展轻量化材料技术的创新及技术的转化应用做出贡献。
本书倾注了30多名作者多年的理论思考和实践探索，参与本书编写的还有王纳新、李光玉、苏一畅、张然然、邢汶平、金泉军、胡光山、贺丽丽、程云、王方玉、龙亚超、张文浩、伍军华、刘超、李德平、杨豪、宋文斌、张毅、张明珠、张绳赟、张宁、陈伊宁、陈思杭、陈咪咪、沈长海、武卫星、岳贵成、赵宇光、胡成、胡景山、徐敏、袁作文、曹磊、崔永瑞、詹绍薇、樊星、潘鑫、冀鹏。
笔者在撰写过程中力求精益求精，但由于水平有限及时间仓促，难免有不足之处，敬请各位读者和同行批评指正。

编者著

本书适应当前新能源汽车轻量化的技术需要，全面解读了新能源汽车各系统的轻量化选材、工艺设计和应用关键点，为新能源汽车制造正向开发提供基础。
全书分4篇，详细阐述了轻量化材料应用的现状、存在的技术问题；对三电系统、车身系统、内外饰系统和底盘系统的轻量化技术的发展趋势、应用实例进行了详尽的分析；介绍了轻量化材料开发应用时需要开展的连接工艺和涂装工艺的同步工程，保证轻量化材料应用过程中的连接和涂装满足应用要求；介绍了特斯拉、丰田等四款典型新能源汽车的轻量化材料与工艺技术，帮助读者全面了解并快速掌握新能源汽车轻量化材料的选择、应用与开发技术。
书中甄选的新能源汽车轻量化与新材料方面的技术与应用案例都源于30余位作者多年来的工作实践与经验总结，可供从事新能源汽车生产、设计、研发的技术人员借鉴，也可供相关专业的师生阅读。

第1篇新能源汽车轻量化发展现状及趋势/ 001
第1章新能源汽车轻量化概述/002
1.1新能源汽车发展现状/002
1.2新能源汽车发展趋势/006
1.3新能源汽车轻量化需求及意义/007
1.3.1轻量化可提升续航里程/007
1.3.2新能源汽车轻量化具有成本优势/008
1.3.3轻量化可提升车辆操控性能/009
1.3.4轻量化可提升品牌竞争力/ 010
1.4新能源汽车轻量化目标与途径/ 011
1.4.1轻量化目标/ 011
1.4.2轻量化路径/ 012
1.5新能源汽车轻量化需解决的问题/ 013
1.5.1高强钢的应用问题分析/ 014
1.5.2铝合金应用问题分析/ 015
1.5.3镁合金应用问题分析/ 016
1.5.4高强塑料的应用问题分析/ 017
1.5.5碳纤维复合材料应用问题分析/ 018
1.5.6新能源汽车的低压机高压线束轻量化问题分析/ 020
参考文献/ 020

第2篇新能源汽车各系统零部件的轻量化/ 023
第2章三电系统轻量化材料与工艺/ 025
2.1三电系统结构及轻量化发展趋势/ 025
2.1.1三电系统结构/ 025
2.1.2三电系统轻量化发展趋势/ 026
2.2电池系统的应用现状及轻量化/ 026
2.2.1电芯的应用现状及轻量化/ 027
2.2.2电池箱体应用现状及轻量化/ 034
2.2.3储氢容器应用现状及轻量化/ 038
2.3电机系统的应用现状及轻量化/ 040
2.3.1电机系统的国内外应用现状/ 041
2.3.2电机系统的轻量化/ 041
2.3.3电机系统轻量化的发展趋势/ 043
2.4电控系统的应用现状及轻量化/ 044
2.4.1电控系统的国内外应用现状/ 044
2.4.2电控系统的轻量化/ 045
2.4.3电控系统轻量化的发展趋势/ 045
2.5其他部件应用现状及轻量化/ 046
2.5.1高压线束的应用现状/ 046
2.5.2高压线束的轻量化/ 047
2.5.3高压线束轻量化发展趋势/ 048
参考文献/ 048

第3章车身零部件材料轻量化/ 052
3.1车身轻量化材料的发展趋势/ 053
3.2车身主要零部件材料轻量化/ 059
3.2.1车身骨架/ 059
3.2.2四门/ 067
3.2.3前舱盖/ 070
3.2.4后尾门/ 073
3.2.5翼子板/ 078
3.2.6前端框架/ 081
3.2.7防撞横梁/ 085
3.2.8充电/加油口盖板/ 090
3.2.9车身用结构胶/ 092
3.2.10其他轻量化技术/ 095
参考文献/ 100

第4章内外饰零部件材料轻量化/ 103
4.1内外饰零部件轻量化发展趋势/ 104
4.2内外饰主要零部件材料轻量化/ 105
4.2.1仪表板横梁/ 105
4.2.2内外饰护板/ 109
4.2.3座椅骨架/ 113
4.2.4顶棚/ 117
4.2.5玻璃/ 119
4.2.6底护板/ 124
4.2.7座椅皮革/ 126
4.2.8其他内外饰零部件/ 127
参考文献/ 135

第5章底盘零部件材料轻量化/ 138
5.1底盘轻量化的发展趋势/ 139
5.2底盘主要零部件材料轻量化/ 141
5.2.1控制臂/ 141
5.2.2稳定杆/ 145
5.2.3副车架/ 147
5.2.4转向节/ 151
5.2.5轮毂/ 155
5.2.6螺旋弹簧/ 158
5.2.7制动踏板/ 160
5.2.8轮胎/ 162
5.2.9制动盘/ 164
5.2.10其他底盘零部件/ 167
5.3氢燃料电池汽车底盘特点及轻量化/ 168
5.3.1氢燃料电池汽车底盘的特点/ 168
5.3.2氢燃料电池汽车底盘轻量化/ 169
参考文献/ 170

第3篇轻量化材料连接及涂装工艺/ 173
第6章轻量化材料连接工艺/ 175
6.1焊接/ 175
6.1.1电弧焊/ 176
6.1.2激光焊/ 180
6.1.3电阻焊/ 181
6.1.4搅拌摩擦焊/ 183
6.1.5超声波焊/ 185
6.2机械连接/ 186
6.2.1无铆钉铆接/ 187
6.2.2自冲铆接/ 187
6.2.3流钻螺钉连接/ 189
6.2.4高速射钉铆连接/ 190
6.3胶黏剂连接/ 191
6.3.1胶黏剂连接技术/ 191
6.3.2胶黏剂在金属材料连接中的应用/ 193
6.3.3胶黏剂在非金属复合材料中的应用/ 194
参考文献/ 196

第7章新能源汽车涂装工艺/ 198
7.1新能源汽车涂装特点及典型涂装工艺/ 198
7.1.1新能源汽车涂装特点/ 198
7.1.2钢铝混合车身的前处理与涂装工艺/ 199
7.1.3全铝车身的涂装工艺/ 207
7.1.4“铝合金底盘+碳纤维复合材料车身”涂装工艺/ 210
7.1.5“铝合金车身骨架+塑料外覆盖件”的涂装工艺/ 215
7.2新能源汽车涂装发展趋势及新型涂装工艺/ 216
7.2.1新能源汽车涂装发展趋势/ 216
7.2.2新能源汽车新型涂装工艺/ 218
7.3新能源汽车涂装的管控及防腐蚀验证/ 227
7.3.1新能源汽车防腐蚀工作流程及要点/ 227
7.3.2整车腐蚀试验的车辆拆解与评价分析/ 229
7.3.3新能源汽车防腐蚀试验验证/ 231
参考文献/ 236

第4篇新能源汽车轻量化案例分析/ 237
第8章典型新能源车型的轻量化技术分析/ 239
8.1宝马i3/ 239
8.1.1碳纤维复合材料乘员舱/ 240
8.1.2轻量化塑料件/ 242
8.1.3铝合金底盘/ 245
8.1.4电池及其他零部件材料轻量化/ 247
8.1.5轻量化连接工艺/ 249
8.2特斯拉Model S/ 251
8.2.1车身骨架轻量化/ 252
8.2.2车身覆盖件轻量化/ 252
8.3特斯拉Model 3/ 253
8.3.1轻量化车身/ 253
8.3.2电池轻量化/ 255
8.4丰田Mirai/ 259
8.4.1车身设计/ 259
8.4.2储氢罐轻量化/ 260
参考文献/ 262