大眾/通用：創(chuàng)成式設(shè)計(jì)

在現(xiàn)有商業(yè)化電池技術(shù)下，電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程與高電池比車輛重量的關(guān)系似乎成了死胡同:在短期內(nèi)電池能量密度無法大幅提升的前提下，高續(xù)航依賴于大容量電池組，但負(fù)面影響是車輛重量增加，功耗增加...因此，如何在保證電池容量的基礎(chǔ)上進(jìn)一步減輕車輛重量，成為各大汽車廠商亟待解決的問題。

在下面的文字中，我們可以看到大眾、通用等老牌汽車廠商是如何利用新技術(shù)試圖減輕車身重量的。然而，以蔚來為代表的造車新勢(shì)力選擇以與知名零部件供應(yīng)商合作的形式，立即“享受”輕量化帶來的好處。此外，像美國(guó)能源部這樣的“國(guó)家隊(duì)”也參與了相關(guān)研究。

◆大眾/通用:創(chuàng)成式設(shè)計(jì)。

7月初，大眾在位于加州硅谷的創(chuàng)新與工程中心展示了一款20型微型巴士概念車，該車采用電驅(qū)動(dòng)和輕量化設(shè)計(jì)。在這輛復(fù)古風(fēng)格的電動(dòng)概念車上，人們驚訝地發(fā)現(xiàn)，輪圈、方向盤、座椅支架、外后視鏡支架等部件的形狀和顏色看起來相當(dāng)奇怪。原來這些零件是創(chuàng)成設(shè)計(jì)生產(chǎn)的輕量化產(chǎn)品。

創(chuàng)成式設(shè)計(jì)是一種更加自動(dòng)化和高度依賴參數(shù)化的三維建模方法。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者輸入?yún)?shù)后，算法在設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)的限制下自動(dòng)調(diào)整判斷，找到最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。這項(xiàng)技術(shù)可以幫助設(shè)計(jì)師優(yōu)化零件的強(qiáng)度重量比，最大限度地減少材料浪費(fèi)。

大眾沒有公布這些零部件的具體選材，但從減重?cái)?shù)據(jù)來看，創(chuàng)成式設(shè)計(jì)帶來的減重效果無疑值得肯定。以輪圈為例，新型輪圈比同形狀的金屬輪圈重量減輕了18%-約9公斤。特別是創(chuàng)成式設(shè)計(jì)的車身零部件不僅具有重量輕的特點(diǎn)，而且其強(qiáng)度和空氣動(dòng)設(shè)計(jì)完全符合量產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

目前大眾對(duì)創(chuàng)成式設(shè)計(jì)的測(cè)試還在進(jìn)行中。未來，大眾很有可能將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到整個(gè)車身骨架上——一旦實(shí)現(xiàn)，將從根本上改變汽車制造方式。

巧合的是，通用汽車在汽車零部件的設(shè)計(jì)上也采用了類似的技術(shù)。通過將傳統(tǒng)3D打印技術(shù)與創(chuàng)成式設(shè)計(jì)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出全新的汽車零部件，以滿足車輛性能的更高需求和客戶的個(gè)性化需求。

通用汽車工程師建立零部件的設(shè)計(jì)要求和標(biāo)準(zhǔn)在創(chuàng)成式設(shè)計(jì)軟件中，然后軟件通過算法自動(dòng)生成最優(yōu)解。這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到通用汽車的電動(dòng)汽車上，將會(huì)生產(chǎn)出設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單、重量更輕、強(qiáng)度更強(qiáng)的零部件。

傳統(tǒng)鑄造工藝生產(chǎn)的傳統(tǒng)座椅支架需要八個(gè)零件焊接組合，但創(chuàng)成式設(shè)計(jì)軟件已經(jīng)產(chǎn)生了150多個(gè)更好的替代方案，最終選擇了單一的不銹鋼設(shè)計(jì)，大大減輕了重量，強(qiáng)度明顯提高。

不僅是座椅支架，車身的其他部分也可以采用這種技術(shù)產(chǎn)生更好的設(shè)計(jì)，從而大大減輕電動(dòng)車的重量，換取更低的功耗和更長(zhǎng)的續(xù)航里程。然而，對(duì)于制造商來說，由于創(chuàng)成式設(shè)計(jì)的應(yīng)用，傳統(tǒng)鑄造工藝帶來的局限性和高成本已經(jīng)不復(fù)存在。

蔚來-西格里/阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室

◆蔚來-西格里炭素公司/美國(guó)能源部:

老牌車企可以憑借豐富的技術(shù)儲(chǔ)備和人力物力對(duì)一項(xiàng)新技術(shù)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試和驗(yàn)證，而基礎(chǔ)較淺的造車新勢(shì)力更愿意通過現(xiàn)有技術(shù)獲得立竿見影的解決方案。蔚來選擇與德國(guó)SGL碳合作，后者為其研發(fā)了全新的碳纖維增強(qiáng)塑料電池外殼，從而達(dá)到輕量化的目標(biāo)。

Sigri Carbon成立于1992年，但其前身是Gebr。西門子公司早在1878年就開始生產(chǎn)碳材料。目前，公司生產(chǎn)的碳纖維復(fù)合材料供應(yīng)給汽車、航空空航空航天、太陽(yáng)能風(fēng)能、半導(dǎo)體、LED、鋰離子電池等多個(gè)領(lǐng)域和行業(yè)的制造企業(yè)。

德國(guó)碳纖維公司Sigri為蔚來制造的碳纖維增強(qiáng)塑料電池外殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)有幾層類似織物的碳纖維材料。碳纖維原料在西格里炭素公司Ord工廠的摩西湖和穆爾生產(chǎn)，然后由瓦克斯多夫工廠加工成織物材料層。

此外，碳纖維增強(qiáng)塑料電池外殼的導(dǎo)熱性比鋁合金材料低約200倍，可以更好地保護(hù)電池免受高溫和低溫的影響。此外，它還具有拆裝更換簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，這也符合蔚來汽車動(dòng)力站的運(yùn)營(yíng)理念。

接下來引入的新技術(shù)不再由汽車公司主導(dǎo)，而是美國(guó)能源部下屬的阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究成果。阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室是美國(guó)最大的科學(xué)和工程研究實(shí)驗(yàn)室之一，也是著名的二戰(zhàn)“曼哈頓計(jì)劃”的一部分。

這項(xiàng)由阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室發(fā)明的名為HyMag的新技術(shù)，是一項(xiàng)全新的磁體技術(shù)，可以將磁體的磁通密度提高10%-30%，這意味著相同重量的新磁體可以產(chǎn)生更多的能量，對(duì)于電動(dòng)汽車來說，采用新磁體的永磁電機(jī)在保證相同功率輸出的同時(shí)，可以達(dá)到減重效果。

HyMag磁體技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它可以將磁體對(duì)某種昂貴稀土元素的需求降低90%以上，這也可以顯著降低電動(dòng)汽車的成本。

事實(shí)上，HyMag磁體技術(shù)在新能源汽車上的應(yīng)用確實(shí)大材小用，對(duì)重量更高的風(fēng)力發(fā)電機(jī)等大型設(shè)備做出了更大的貢獻(xiàn)，不僅可以大幅提升其風(fēng)電效率，而且由于HyMag磁體技術(shù)的耐高溫性，風(fēng)力發(fā)電機(jī)最高運(yùn)行300攝氏度的峰值高溫不再是問題。

結(jié)論:與百余年的柴油車發(fā)展相比，大規(guī)模普及電動(dòng)車是一種時(shí)尚。它的各種技術(shù)不僅處于快速發(fā)展時(shí)期，而且經(jīng)常從其他行業(yè)的科研成果中受益匪淺。至于本文涉及的輕量化技術(shù)，如創(chuàng)成式設(shè)計(jì)、碳纖維材料等已經(jīng)或仍在柴油車等行業(yè)使用，HyMag磁體技術(shù)對(duì)風(fēng)電行業(yè)的貢獻(xiàn)更為顯著。因此，雖然新能源汽車在續(xù)航和安全性方面還存在各種不足，但其前景無疑值得期待。