《新能源汽車技術（第2版）》項目4

新能源汽車技術（第2版）陳小兵主編簽到掃碼下載文旌課堂APP掃碼簽到（2022.3.2515:00至2022.3.2515:10）簽到方式教師通過“文旌課堂APP”生成簽到二維碼，并設置簽到時間，學生通過“文旌課堂APP”掃描“簽到二維碼”進行簽到。。項目四整車控制及輕量化技術

隨著動力電池容量的不斷提升，純電動汽車的電氣系統(tǒng)也日益復雜，這一方面促進了汽車電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展，另一方面，對車輛的整車控制也提出了更高的要求。整車控制系統(tǒng)能夠對汽車動力性、舒適性、安全性、經(jīng)濟性等多方面進行調整和優(yōu)化，從而讓汽車擁有更好的操作性和可靠性。

輕量化是整個汽車產(chǎn)業(yè)都要面對的關鍵問題，相比于傳統(tǒng)燃油汽車，純電動汽車普遍偏重，純電動汽車要在市場上替代部分傳統(tǒng)燃油汽車，就必須在成本、續(xù)航等各要素上更有優(yōu)勢，所以純電動汽車對輕量化的需求更加緊迫。項目導讀達成目標技能目標思政目標知識目標（1）掌握整車控制策略。（2）掌握整車控制系統(tǒng)的組成和基本功能。（3）了解輕量化技術的發(fā)展背景。（4）掌握汽車輕量化的實現(xiàn)途徑。（5）了解輕量化技術的發(fā)展前景。（1）能夠識別整車控制系統(tǒng)的各組成部分。（2）能夠分析輕量化技術在純電動汽車中的應用情況。（1）培養(yǎng)知難而進、勇于探索的創(chuàng)新精神。（2）培育崇尚技藝、求實創(chuàng)新的職業(yè)品質。（3）樹立科技成才、技能報國的人生理想。認識整車控制系統(tǒng)4.1整車控制及輕量化技術項目4整車控制系統(tǒng)作為純電動汽車的中央控制單元，是整個電氣系統(tǒng)的核心。整車控制系統(tǒng)采集驅動電機及動力電池的狀態(tài)，以及加速踏板位置信號、制動踏板位置信號、執(zhí)行器信號、傳感器信號，綜合分析駕駛員的意圖并做出相應判斷，控制下層各控制單元工作，從而保證車輛正常行駛，并對制動能量回收、驅動電機和動力電池能量管理、網(wǎng)絡管理、故障診斷及處理、車輛狀態(tài)、監(jiān)控等進行控制，保證整車在較好的動力性、較高經(jīng)濟性及可靠性狀態(tài)下穩(wěn)定地工作?？梢哉f，整車控制系統(tǒng)性能的好壞直接決定了純電動汽車的整車性能。任務導入純電動汽車需要根據(jù)駕駛員的意圖，在滿足整車動力性、舒適性、安全性、經(jīng)濟性的前提下實現(xiàn)各種行駛功能。因此，純電動汽車必須具有智能化的人車交互平臺，汽車各系統(tǒng)之間也要相互協(xié)作、優(yōu)化匹配，這些任務都是由整車控制系統(tǒng)完成的。思考：整車系統(tǒng)從哪些方面決定了純電動汽車的整車性能？想一想

為保證車輛的動力性、平順性和其他基本性能，整車控制系統(tǒng)應根據(jù)駕駛員的駕駛意圖選擇合適的整車控制策略。針對純電動汽車的特性及車輛的行駛工況，整車控制策略應能保證能量在驅動電機、動力電池之間被合理而有效地分配，使整車效率達到最高，以降低車輛的能量消耗，提高車輛的續(xù)駛里程，從而獲得整車最大的經(jīng)濟性及平穩(wěn)的駕駛性能。

任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.1整車控制策略

具體而言，整車控制系統(tǒng)應實時監(jiān)控車輛行駛工況、動力電池SOC等狀態(tài)信息，根據(jù)整車控制策略向各控制單元發(fā)出各種控制指令，合理分配動力電池的電能，調節(jié)驅動電機的輸出轉矩，同時限定動力電池SOC的范圍和驅動電機的工作區(qū)域，確保動力電池和驅動電機能夠長時間保持高效的運行狀態(tài)。若出現(xiàn)異常，整車控制系統(tǒng)可根據(jù)預先設定的控制策略對車輛的工作模式進行判斷和選擇。最終，整車控制系統(tǒng)與各控制單元組成一個實時通信的閉環(huán)控制網(wǎng)絡。這樣既能使駕駛員的駕駛意圖得到充分滿足，又能對車輛的運行狀態(tài)進行控制，使車輛的安全性和舒適性都得到保證。

任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.1整車控制策略

整車控制系統(tǒng)通常采用分層控制架構：

整車控制器作為第一層，負責總體控制，協(xié)調各控制單元的工作及信息處理；

其他控制單元作為第二層，包括電機控制器、電池管理系統(tǒng)、車載充電機、DC/DC變換器、儀表控制單元、空調控制單元、轉向控制單元、制動控制單元等。整車控制器及各控制單元的輸入信號由相應的傳感器負責采集。

任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.1整車控制策略掃

一

掃

整車控制系統(tǒng)

如圖所示為整車控制系統(tǒng)的控制策略。整車控制器與各控制單元之間通過CAN總線進行信息交互，協(xié)同工作，實現(xiàn)整車控制功能。整車控制系統(tǒng)利用傳感器采集加速踏板信號、制動踏板信號、擋位開關信號等，接收CAN總線上的電機控制器信號和電池管理系統(tǒng)信號，對接收到的數(shù)據(jù)信息進行分析判斷，由此獲取駕駛員的駕駛意圖和車輛行駛狀態(tài)，最后利用CAN總線發(fā)出指令，控制各控制單元的工作。任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.1整車控制策略整車控制系統(tǒng)的控制策略任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.2整車控制系統(tǒng)的基本結構整車控制系統(tǒng)一般由各種傳感器、整車控制器、CAN總線，以及掛接在總線上的電機控制器、電池管理系統(tǒng)、車載充電機及其他控制單元組成，如圖所示純電動汽車整車控制系統(tǒng)的基本結構任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.2整車控制系統(tǒng)的基本結構整車控制器是整車控制系統(tǒng)的核心，下面主要介紹其基本結構，如圖所示。整車控制器的基本結構任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.2整車控制系統(tǒng)的基本結構電源模塊：可為微處理器及各輸入、輸出模塊提供隔離電源，并對電源電壓進行監(jiān)控，其一端與低壓蓄電池相連，另一端與微控制器相連。微控制器：接收各輸入模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并對其進行運算，根據(jù)運算結果向對應的輸出模塊發(fā)送控制指令。

任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.2整車控制系統(tǒng)的基本結構模擬量調節(jié)模塊：分為模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊兩部分，可采集0～5V模擬信號，并可輸出模擬信號，其一端與多個傳感器相連，另一端與微控制器相連。開關量調節(jié)模塊：用于對輸入的開關量進行電平轉換和整形，其一端與多個開關量傳感器相連，另一端與微控制器相連。任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.2整車控制系統(tǒng)的基本結構繼電器驅動模塊：用于驅動多個繼電器，其一端通過光電隔離裝置與微控制器相連，另一端與多個繼電器相連。高速CAN總線接口模塊：用于提供高速CAN總線接口，其一端通過光電隔離裝置與微控制器相連，另一端與高速CAN總線相連。低速CAN總線接口模塊：用于向組合儀表提供車輛狀態(tài)參數(shù)和相關故障信息，其一端通過光電隔離裝置與微控制器相連，另一端與組合儀表相連。

整車控制系統(tǒng)的基本功能包括駕駛員駕駛意圖解析、整車狀態(tài)監(jiān)測與顯示、整車工作模式管理、整車驅動控制、整車能量優(yōu)化管理、整車通信網(wǎng)絡管理、制動能量回收控制、故障診斷和處理、電動化輔助系統(tǒng)管理、遠程控制等。任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.3整車控制系統(tǒng)的基本功能

1.駕駛員駕駛意圖解析整車控制系統(tǒng)可根據(jù)加速踏板、制動踏板位置信號，解析駕駛員的駕駛意圖（如加速、減速、制動等）。具體來說，整車控制系統(tǒng)通過位置傳感器將駕駛員對加速踏板和制動踏板的踩踏程度轉化為電信號，根據(jù)相關計算規(guī)則進行分析計算，得出車輛所需的驅動電機轉矩和轉速，并將相應的控制指發(fā)送至電機控制器，通過調節(jié)電機控制器的輸出功率來調整驅動電機的轉矩和轉速。任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.3整車控制系統(tǒng)的基本功能對于純電動汽車，駕駛員最簡單的駕駛意圖是通過控制加速踏板的開度得到期望的驅動電機輸出功率。對此，整車控制系統(tǒng)通常以加速踏板的開度平衡曲線為基準，解析駕駛員的駕駛意圖。當車輛在平直道路上勻速行駛時，車輛的運動狀態(tài)點應落在加速踏板的開度平衡曲線上，如圖所示。任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.3整車控制系統(tǒng)的基本功能加速踏板的開度平衡曲線

2．整車狀態(tài)監(jiān)測與顯示

整車控制系統(tǒng)可通過相關傳感器和CAN總線對車輛的狀態(tài)進行實時監(jiān)測，并將車輛的狀態(tài)信息和故障診斷信息發(fā)送至車載信息顯示系統(tǒng)，通過組合儀表顯示出來。組合儀表的顯示內容包括車速、行駛里程，驅動電機的轉速、溫度，動力電池的剩余電量、續(xù)駛里程、電壓、電流，以及各系統(tǒng)的故障信息等。任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.3整車控制系統(tǒng)的基本功能

3．整車工作模式管理整車控制系統(tǒng)根據(jù)各種狀態(tài)信息（如啟動開關信號、充電信號、加速/制動踏板位置信號、當前車速、車輛故障信息等）來判斷車輛所需的工作模式，如圖所示。車輛常用的工作模式如下。任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.3整車控制系統(tǒng)的基本功能整車工作模式管理示意圖1）自檢模式如果在下電狀態(tài)下將車輛的啟動開關置于ON擋，則啟動自檢模式，閉合主繼電器，同時整車控制系統(tǒng)上電并進行自檢。如果自檢失敗則進入故障模式，對于較嚴重的故障，為保證安全，整車控制系統(tǒng)將斷開主繼電器，進入下電模式；如果自檢通過則等待啟動信號，以進入啟動模式。任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.3整車控制系統(tǒng)的基本功能2）啟動模式

整車控制系統(tǒng)在上電后將喚醒CAN網(wǎng)絡上的其他節(jié)點（即各控制單元）開始工作。當整車所有設備都正常啟動后，系統(tǒng)進入READY狀態(tài)，指示駕駛員可以進行正常駕駛操作。具體來講，如果將車輛的啟動開關置于START擋，擋位置于P擋，同時車輛自檢通過，沒有禁止啟動的故障信息，則車輛啟動高壓上電程序，同時整車控制系統(tǒng)向電機控制器、DC/DC變換器及空調控制器發(fā)送高壓上電請求指令；電機控制器、DC/DC變換器及空調控制器開始高壓自檢，若沒有檢測到高壓故障，則將信息反饋給整車控制系統(tǒng)，準許高壓上電，整車控制系統(tǒng)通過控制高壓預充電裝置及主繼電器實現(xiàn)高壓上電；高壓上電結束后，組合儀表上對應的READY指示燈點亮，啟動模式完成。任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.3整車控制系統(tǒng)的基本功能3）起步模式如圖所示，當車輛由靜止狀態(tài)開始起步時，驅動電機的轉矩以某一個可標定的啟動轉矩（Tst）為目標值，使車速在v<v1時以固定斜率線性上升，以克服車輛的靜摩擦力；當車速v>v2時，整車控制系統(tǒng)通過控制驅動電機的輸出功率，將車速控制在一個合理的速度范圍內，并對驅動電機輸出的轉矩進行平滑處理，從而實現(xiàn)平穩(wěn)起步。任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.3整車控制系統(tǒng)的基本功能起步模式示意圖4）行駛模式

行駛模式主要根據(jù)加速踏板的位置及車輛行駛狀態(tài)，實時控制驅動電機的轉矩，實現(xiàn)按駕駛員駕駛意圖控制車輛運行的目的。行駛模式的控制方式分為恒轉矩控制和恒功率控制兩種，如圖所示。任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.3整車控制系統(tǒng)的基本功能行駛模式示意圖當驅動電機的輸出功率沒有達到期望功率時，整車控制系統(tǒng)采用恒轉矩控制，期望轉矩等于輸出轉矩。當驅動電機的輸出功率達到期望功率后，整車控制系統(tǒng)采用恒功率控制，期望功率等于輸出功率，此時的輸出轉矩隨轉速的增大而減小。整車控制系統(tǒng)采集來自駕駛員的控制指令（如擋位信號、加速踏板位置信號、車輛運行模式等）和車輛狀態(tài)信息，根據(jù)駕駛員的不同需要，可以實現(xiàn)蠕行、前進、后退、巡航等功能。任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.3整車控制系統(tǒng)的基本功能5）制動模式

當車輛處于制動狀態(tài)時，整車控制系統(tǒng)通過采集車輛的狀態(tài)信息以及制動踏板位置信號，推算車輛所需的制動力矩，并通過制動控制器實現(xiàn)制動力矩的調節(jié)。任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.3整車控制系統(tǒng)的基本功能6）再生模式再生模式是在特定工況下控制驅動電機給動力電池充電，實現(xiàn)制動能量回收。再生模式根據(jù)制動踏板狀態(tài)的不同分為滑行再生和制動再生兩種情況，如圖所示?；性偕椭苿釉偕扇『戕D矩發(fā)電，滑行再生轉矩為T1，制動再生轉矩為T2。當車速v大于v1但小于v2時，驅動電機的再生轉矩按比例逐漸減小，當車速v小于v1時停止再生發(fā)電。驅動電機的再生轉矩取決于與當前車速及驅動電機的發(fā)電能力。任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.3整車控制系統(tǒng)的基本功能再生模式示意圖任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.3整車控制系統(tǒng)的基本功能

與傳統(tǒng)燃油汽車相比，純電動汽車可以在滑行制動過程中實現(xiàn)能量回收。此時，驅動電機將從電動機模式轉換為發(fā)電機模式向動力電池充電。7）停車模式

停車模式是整車運行過程中無故障出現(xiàn)，駕駛者正常關閉啟動開關（ON擋）時所采用的模式。在此模式中，整車控制系統(tǒng)控制驅動電機系統(tǒng)和動力電池系統(tǒng)下電，然后控制各附件設備關閉，完成自動下電過程。任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.3整車控制系統(tǒng)的基本功能8）故障模式整車故障主要來自整車控制器、電池管理系統(tǒng)、電機控制器、空調控制器等控制模塊，驅動電機、車載充電機、DC/DC變換器、電動壓縮機等執(zhí)行設備，或者加速踏板位置傳感器等輸入設備。整車故障一般分為三級，通常定義一級故障為嚴重故障，二級故障為一般故障，三級故障為輕微故障。其中，三級故障不影響車輛正常行使；當出現(xiàn)二級故障時，車輛進入跛行模式，限制驅動系統(tǒng)的輸出功率；當出現(xiàn)一級故障時，整車系統(tǒng)進入緊急停止工作狀態(tài)。任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.3整車控制系統(tǒng)的基本功能9）充電模式

充電時，插上充電槍，充電系統(tǒng)開始工作，整車控制系統(tǒng)被喚醒并上電。在檢測到充電連接信號后，整車控制系統(tǒng)監(jiān)控車輛當前狀態(tài)，若允許充電則啟動電池管理系統(tǒng)，并啟動充電電路為動力電池充電。充電過程中，整車控制系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測電池管理系統(tǒng)及充電系統(tǒng)的狀態(tài)信息，并用組合儀表顯示充電狀態(tài)、剩余電量等信息。若出現(xiàn)充電故障，整車控制系統(tǒng)會及時切斷主繼電器，以中斷充電過程，防止發(fā)生危險事故。任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.3整車控制系統(tǒng)的基本功能10）下電模式

如果啟動開關位于OFF擋，則啟動下電模式。整車控制系統(tǒng)根據(jù)驅動電機系統(tǒng)、空調系統(tǒng)等高壓系統(tǒng)的準許下高壓電的信號來控制電池管理系統(tǒng)斷開高壓繼電器；同時根據(jù)驅動電機系統(tǒng)的溫度來確認冷卻系統(tǒng)是否要延遲下電，從而直接或延遲關閉冷卻系統(tǒng)，關閉主繼電器，完成下電。任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.3整車控制系統(tǒng)的基本功能4．整車驅動控制整車驅動控制主要控制驅動電機輸出的驅動轉矩，并確定車輛的性能。整車驅動控制的主要目的是基于制動踏板位置信號、加速踏板位置信號、擋位信號等和當前的車輛運行狀態(tài)，核算出當前車輛的轉矩輸出能力和最終實際輸出的合理轉矩，通過電機控制器的功率調節(jié)，得到駕駛員預期的車速。任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.3整車控制系統(tǒng)的基本功能5．整車能量優(yōu)化管理整車能量優(yōu)化管理最主要的工作是對動力電池電量的管理和整車能量流動的控制。整車能量優(yōu)化管理的目標是使能量得到合理有效的利用，同時也應保證動力電池、驅動電機等設備的安全。在正常運行期間，動力電池的電能通過電機控制器輸送給驅動電機，使驅動電機運行。車輛在減速、制動期間不需要動力電池供電，相反，通過驅動電機產(chǎn)生再生電能為動力電池充電，可有效提升車輛的續(xù)駛里程。

任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.3整車控制系統(tǒng)的基本功能5．整車能量優(yōu)化管理

整車控制系統(tǒng)能通過控制相關設備來對車輛的能量進行優(yōu)化管理，從而提高車輛的續(xù)駛里程。例如，當動力電池電量較低時，整車控制系統(tǒng)會發(fā)送控制指令，關閉部分輔助設備（如音響、空調等），將電能優(yōu)先供給車輛行駛使用并保證車輛的安全。任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.3整車控制系統(tǒng)的基本功能6．整車通信網(wǎng)絡管理

整車控制系統(tǒng)能對整車通信網(wǎng)絡進行管理，并通過CAN總線協(xié)調電池管理系統(tǒng)、驅動電機系統(tǒng)、空調系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)之間的通信，具體包括信息的組織與傳輸、網(wǎng)絡狀態(tài)的監(jiān)控、網(wǎng)絡節(jié)點的管理、信息優(yōu)先權的動態(tài)分配、網(wǎng)絡故障診斷與處理等。任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.3整車控制系統(tǒng)的基本功能7．制動能量回收控制

整車控制系統(tǒng)能對車輛行駛速度、駕駛員制動意圖和動力電池的狀態(tài)進行綜合判斷，并控制驅動電機回收制動能量。

制動能量回收的具體過程為：當車輛達到制動能量回收的條件時，整車控制系統(tǒng)向電機控制器發(fā)送指令，使驅動電機在發(fā)電機模式下工作，將部分制動能量轉化成電能儲存在動力電池中。任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.3整車控制系統(tǒng)的基本功能8．故障診斷和處理

整車控制系統(tǒng)能實時監(jiān)控車輛電控系統(tǒng)，根據(jù)傳感器的輸入信息及CAN總線的通信信息，對各種故障進行診斷、故障等級劃分、報警顯示、故障碼存儲等，并采取相應的應急處理措施。9．電動化輔助系統(tǒng)管理

電動化輔助系統(tǒng)包括空調系統(tǒng)、電動助力轉向系統(tǒng)、動力電池加熱系統(tǒng)等。整車控制系統(tǒng)將根據(jù)動力電池的狀態(tài)，對電動化輔助系統(tǒng)進行管理。任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.3整車控制系統(tǒng)的基本功能10．遠程控制

整車控制系統(tǒng)能實現(xiàn)車輛的遠程控制，包括遠程信息查詢、遠程充電控制、遠程空調控制等。例如，人們可以通過應用程序實時查詢整車狀態(tài)，如動力電池剩余電量、續(xù)駛里程、空調狀態(tài)、動力電池溫度等；人們可以在離車較遠的情況下，提前打開車內空調，調節(jié)車內溫度。另外，汽車廠商也可以通過遠程控制功能收集車輛的故障信息，實現(xiàn)遠程協(xié)助，并為后續(xù)開發(fā)工作提供數(shù)據(jù)支持。任務4.1整車控制及輕量化技術4.1.3整車控制系統(tǒng)的基本功能整車控制系統(tǒng)的基本結構課堂總結整車控制系統(tǒng)的基本功能任務4.1整車控制及輕量化技術課后作業(yè)（1）整車控制系統(tǒng)一般采取怎樣的控制策略?（2）簡述整車控制系統(tǒng)的基本結構。（3）純電動汽車常用的工作模式有哪些?任務4.1整車控制及輕量化技術分析汽車輕量化技術4.2整車控制及輕量化技術項目4低純電動汽車的能耗，還會影響到未來汽車的設計理念，是汽車技術發(fā)展的主要推力。本任務介紹了汽車輕量化技術的發(fā)展背景，從結構的輕量化設計、輕量化材料的應用、先進的成形和連接技術三方面闡述了汽車輕量化的實現(xiàn)途徑，并結合相關政策分析了汽車輕量化技術的發(fā)展前景。任務導入續(xù)駛里程有限是純電動汽車推廣和發(fā)展的較大障礙，而純電動汽車自身的質量是影響其續(xù)駛里程的重要因素。為了降低動力電池的投入成本，延長續(xù)駛里程，純電動汽車輕量化勢在必行。汽車輕量化技術的應用不僅能降思考：未來汽車的設計中還有什么新的技術可以影響其發(fā)展呢？想一想

汽車輕量化是指在滿足車輛使用要求、安全性和成本控制的條件下，將結構輕量化設計技術與多種輕量化材料、輕量化制造技術集成應用，實現(xiàn)整車減重。

對于傳統(tǒng)燃油汽車，可通過采用汽車輕量化技術減小車輛整備質量，以此來降低油耗，達到節(jié)能減排的目的。純電動汽車由于加入了電池、電機、電控“三電系統(tǒng)”，其整備質量相較于同類的傳統(tǒng)燃油汽車明顯增加，這嚴重影響了車輛的動力性、被動安全性、續(xù)駛里程、零部件動載荷和疲勞壽命等。研究表明，純電動汽車質量降低10%，可增加續(xù)駛里程5%～10%，或者在保持續(xù)駛里程不變的情況下節(jié)約15%～20%的動力電池生產(chǎn)成本，同時還能降低20%的日常損耗成本。因此，汽車輕量化技術同樣適用于純電動汽車。

任務4.2分析汽車輕量化技術4.2.1汽車輕量化技術的發(fā)展背景

《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖2.0》確定了9個汽車技術重點發(fā)展方向：節(jié)能汽車、純電動與插電式混合動力汽車、燃料電池電動汽車、智能網(wǎng)聯(lián)汽車、動力電池、電驅動系統(tǒng)、充電基礎設施、輕量化、智能制造與關鍵裝備，如圖所示。任務4.2分析汽車輕量化技術4.2.1汽車輕量化技術的發(fā)展背景

我國汽車技術重點發(fā)展方向

作為節(jié)能汽車、純電動與插電式混合動力汽車、燃料電池電動汽車和智能網(wǎng)聯(lián)汽車的共性基礎技術之一，汽車輕量化技術能有效實現(xiàn)節(jié)能減排，是提升車輛加速性、制動性、操控穩(wěn)定性等諸多性能的重要保障。與此同時，汽車輕量化技術的應用將帶動冶金、材料、裝備等上下游產(chǎn)業(yè)轉型升級，推動先進材料、工藝技術的進步。任務4.2分析汽車輕量化技術4.2.1汽車輕量化技術的發(fā)展背景

任務4.2分析汽車輕量化技術4.2.1汽車輕量化技術的發(fā)展背景

在汽車輕量化技術領域，受到成形工藝與裝備水平的影響，目前我國汽車用冷成形高強度鋼材料（如屈服強度為1200MPa、1500Mpa的鋼制品）、薄壁化鑄造鋁合金材料、大尺寸擠壓鋁合金型材、先進熱塑性碳纖維復合材料等在車身、底盤上尚難以大批量應用。但隨著新能源汽車市場競爭的日益激烈，汽車輕量化技術也在不斷取得突破，成為延長汽車續(xù)駛里程、改善整車性能、提高產(chǎn)品市場競爭力的關鍵技術之一。

總的來說，實現(xiàn)汽車輕量化主要有三種途徑：結構、材料和工藝技術。任務4.2分析汽車輕量化技術4.2.2汽車輕量化技術的實現(xiàn)途徑

結構的輕量化設計是前提先進的成形技術、連接技術等工藝技術是保障輕量化材料的應用是手段

1.結構的輕量化設計整車結構的輕量化是最容易實施也是成本最低的一種設計手段。車身、底盤、動力電池系統(tǒng)、電機驅動系統(tǒng)等的結構設計都可以大量運用汽車輕量化技術。因此，綜合考慮整車性能而進行的多目標優(yōu)化，是目前結構輕量化研究的一大熱點。

任務4.2分析汽車輕量化技術4.2.2汽車輕量化技術的實現(xiàn)途徑

1.結構的輕量化設計

例如，通過模塊化、集成化設計，包括對電驅動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、空調系統(tǒng)、制動系統(tǒng)的模塊化、集成化設計，可使整車結構得到優(yōu)化，有效減輕動力總成、車載能源系統(tǒng)的質量。又如，通過結構拓撲優(yōu)化，對由動力電池、動力電池箱、電池管理系統(tǒng)、車載充電機組成的車載能源系統(tǒng)進行合理集成和分散處理，可實現(xiàn)整車的減重增效。任務4.2分析汽車輕量化技術4.2.2汽車輕量化技術的實現(xiàn)途徑

任務4.2分析汽車輕量化技術4.2.2汽車輕量化技術的實現(xiàn)途徑

2021年9月，比亞迪在深圳市坪山區(qū)比亞迪全球總部正式發(fā)布e平臺3.0及基于此打造的全新概念車。此次發(fā)布會，比亞迪帶來了八合一電動力總成。八合一電動力總成集成了驅動電機、電機控制器、減速器、車載充電機、DC/DC變換器、高壓配電盒、整車控制器及電池管理系統(tǒng)。為什么要做八合一?為了減重。目前新能源汽車行業(yè)普遍能夠做到三合一或者四合一，僅三合一電驅動系統(tǒng)、三合一充配電系統(tǒng)，就已經(jīng)可以實現(xiàn)整車減重40kg，節(jié)省空間37L。而比亞迪的八合一平臺，帶來的減重和減小體積是非常明顯的，減重意味著降低能耗，而減少體積能夠帶來乘坐空間或者電池容量的提高，這套八合一電動力總成綜合效率超過89%，領先于其他汽車企業(yè)。

2．輕量化材料的應用

輕量化材料的應用是汽車輕量化最基礎，也是最核心的手段。從技術路徑看，碳纖維復合材料、鋁鎂合金、先進高強度鋼是目前各大汽車企業(yè)探索的主要方向。用這三種材料替代當前的主流材料低碳鋼，可分別減重60%、40%、25%。其中，碳纖維復合材料由于密度低、強度高、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)秀特性，被認為是未來汽車材料的主要發(fā)展方向。但目前國內車用碳纖維復合材料的研究剛剛起步，還處于技術探索和積累階段，原材料成本高、加工效率低等問題依然阻礙著碳纖維復合材料的推廣應用。任務4.2分析汽車輕量化技術4.2.2汽車輕量化技術的實現(xiàn)途徑

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輕量化材料

3．先進的成形技術和連接技術先進的成形技術保證了整車結構的安全性，目前先進的成形技術包括高強度鋼熱成形、內高壓成形、激光拼焊和液壓成形等。先進的連接技術包括鉚接、黏結、焊接等。任務4.2分析汽車輕量化技術4.2.2汽車輕量化技術的實現(xiàn)途徑

《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》提出，要強化整車集成技術創(chuàng)新，以純電動汽車、插電式混合動力（含增程式）電動汽車、燃料電池電動汽車為“三縱”，布局整車技術創(chuàng)新鏈，研發(fā)新一代模塊化高性能整車平臺，攻關純電動汽車底盤一體化設計、多能源動力系統(tǒng)集成技術，突破整車智能能量管理控制、輕量化、低摩阻等共性節(jié)能技術，提升電池管理、充電連接、結構設計等安全技術水平，提高新能源汽車整車綜合性能。此外，還要提升產(chǎn)業(yè)基礎能力，提升基礎關鍵技術、先進基礎工藝、基礎核心零部件、關鍵基礎材料等的研發(fā)能力。任務4.2分析汽車輕量化技術4.2.3汽車輕量化技術的發(fā)展前景

同時，實施新能源汽車基礎技術提升工程，支持基礎元器件、關鍵生產(chǎn)裝備、高端試驗儀器、開發(fā)工具、高性能自動檢測設備等基礎共性技術研發(fā)創(chuàng)新，攻關新能源汽車智能制造海量異構數(shù)據(jù)組織分析、可重構柔性制造系統(tǒng)集成控制等關鍵技術，開展高性能鋁鎂合金、纖維增強復合材