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【MFC推荐】特斯拉轻量化零部件有哪些?

2021-02-05 15:54:16 来源:
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导读:

我们以Model3为例,从轻量化零部件视角拆解Model 3。

从轻量化层面来看,特斯拉Model S采用了接近全铝的车身底盘,整车轻量化程度十分突出。但一方面,铝合金车身制造工艺复杂,导致成本昂贵。另一方面,Model S定位高端,并不是走量车型,因此对于国内厂商的借鉴意义有限。

而 Model 3 作为一款定位中端的车型,轻量化策略较好的平衡了成本、性能以及安全性,其对轻量化材料/零部件的使用对国内车厂以及零部件供应商具有较强借鉴作用。

以长续航版为例,根据博奇发布的数据,Model 3 三电系统、底盘、白车身分别占整车质量的 32.77%、19.79%以及 17.8%。

零部件轻量化是整车轻量化的重要落脚点

Model 3 整车质量分布

1. 电池动力系统结构件的轻量化

在实现相似电池容量的情况下,Model 3 电池包重量比 Model S 减轻了约 67kg,除了高性能电芯加高集成化的策略外,电池包结构组件的轻量化不容忽视。

Model3 长续航版与 ModelS 高性能版的电池带电量基本一致,但 Model 3 长续航版的电池包重量仅有 469.5 公斤,非电池部分重量 169 公斤,而 ModelS 高性能版的电池包重量则达到了 545 公斤,仅电池包上的保护壳就重达 125 公斤。

由于车身结构的改进,Model 3 电池包不再需要在底部额外加装类似Model S电池包上的保护壳,电池包的结构组件只需要用来承载电池包自身重量就够了,因此电池结构组件做到了较高的轻量化水平。

1)在电池箱体方面,箱体上盖板采用 0.8mm 钢板,箱体底板采用 3.2mm 铝合金,重量只有 29.5kg。BMS 组件上盖板为 1.5mm 铝合金,底座为塑料预埋钣金,电池箱体的总重量仅为 53kg。

2)在电池模组结构件上,Model 3 的电池模组主要由 21700 电芯、冷却管以及模组外壳组成。不同于 Model S,Model 3 的电池模组数量减少为四个,同时外壳选择了重量更轻盈的塑料材质。其中,模组上盖板和两边侧板均采用塑料成型件或塑料 2.0,模组底盘采用塑料和 0.8mm 铝合金板材。

Model 3 电池 Pack 结构拆解

Model 3 轻量化的电池箱体

Model 3 电池模组结构

除了电池包结构组件外,Model 3 电机和高压线束也有轻量化。

Model 3 通过将电机、电控、减速器进行三合一集成,同时电机壳体和变速箱箱体均采用铝合金材质,进而达到减重目的。

随着汽车电动化以及智能化的迅猛发展,线束的轻量化也日益重要。出于轻量化考虑,Model3 的两条高压线束采用了被铜网和铝箔包裹的铝导线。

铝和铜的密度比约为 1:3.29,同时铝材比铜材价格低一半。因此在相同体积下,用铝导线代替铜导线可使线束质量减轻三倍,同时大大节约成本。

Model 3 电机采用铝合金外壳

Model 3 高压线束采用铝导线

2. 车身中的材料轻量化

特斯拉并没有像Model S一样使用全铝的车身,而是综合考虑了成本、安全以及轻量化等多重目标后,采用了钢铝混合的车身。其中超高强度钢材、高强度钢材以及普通钢材使用量占车身总重84%,铝合金用量占车身总重的16%。

Model 3 白车身材料占比

从各材质的分布位置来看:

1)Model 3 前纵梁/A柱/B 柱/后纵梁均采用高强度热冲压钢。

如果单纯从轻量化角度来说,铝合金材质无疑是首选材料。但由于高强度钢的高性能、高可塑 性、低成本、制造工艺成熟等优点,Model 3 在其前纵梁/A 柱/B 柱/后纵梁等在碰撞过程需要吸收大量能量的部位采用了高强度热冲压钢材,在保证成本、安全性等因素后,最大限度的实现轻量化。

2)车底横梁采用高强度辊压钢。

辊压钢相较于冲压钢而言,在生产效率、材料利用率以及轻量化方面更具优势。因此,Model 3 在车底不需要承受高强度碰撞的横梁上采用了辊压钢材,其重量较冲压件可下降 17%以上。

3)前后防撞梁/四门前盖/后车底均采用冲压铝材。

为了达到车身轻量化的目标, Model 3 将轻质铝引入车身结构中不易受到意外撞击的后车底,同时使用铝合金材质替代了 Model S 上的钢制前后防撞梁。在开闭件上,由于铝板冲压工艺无法完成后行李箱鸭尾造型,因此只有四门前盖采用了铝合金。

4)前保险杠支架总成/仪表盘横梁采用塑料或混合材料。

与 BMW i3、Bolt 等相比,Model 3 的仪表盘横梁采用了铝镁合金、铝合金、塑料等多种材料,较传统钢材管梁重量可降低 30%-43%左右。除此之外,Model 3 的前端支架采用纤维增强塑料,较钣金材质重量下降 50%以上。

Model 3 车身采用热冲压钢部位

Model 3 车底横梁采用辊压钢

Model 3 四门前盖采用冲压铝合金

前保险杠支架/仪表盘横梁采用塑料混合材料

3. 底盘中的零部件轻量化

从底盘来看,出于成本等的考虑,Model 3并没有像Model S/X一样大比例使用铝合金材质,但在一些关键部位上,仍然采用了轻量化零部件。

1)铝合金控制臂。

在汽车悬架系统中,控制臂作为导向和传力元件,负责将车轮上的各种力传递给车身,并保证车轮按一定轨迹运动,决定着轿车的稳定性、舒适性和安全性。Model 3 的前悬下控制臂同特斯拉其他车型一样采用铝合金材质,而前悬的上控制臂则将双层钣金改为单层钣金填充工程塑料,在相同成本下较拼焊方案重量减轻 30%,进一步提升了轻量化程度。

2)转向节。

转向节承载着汽车所受的各种载荷与力矩,是转向系统中最重要、最精密的零件之一,是保证汽车安全行驶的重要部件,同时也是轻量化的重要方向。因转向节前后构造及受力需求不同,Model 3 的前后转向节分别采用锻造铝合金件和铸造铝合金件来达到轻量化目的。

Model 3 前悬控制臂

Model 3 前后转向节

总的来看,特斯拉 Model 3 在车身上通过减少铝的用量,增加钢材的用量以降低成本和增加安全性,同时通过大幅减轻电池动力系统壳体、导线质量以及底盘簧下系统质量来冲减车身的质量,在整车层面达到了较高的轻量化水平。

Model 3 轻量化部件及其供应商/潜在供应商

本文综合自:安信证券、特斯拉官网、electrek、AUTODATAS

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