PBC—EV的開發(fā)過程不僅僅是普通汽車的模型開發(fā)，而是關(guān)注于汽車車身輕量化的優(yōu)化過程。車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)包含了先進(jìn)高強(qiáng)鋼的應(yīng)用、制造技術(shù)、設(shè)計(jì)優(yōu)化以及CAE分析。在PBC—EV上先進(jìn)高強(qiáng)鋼是主要的輕量化材料，具有高延伸率的先進(jìn)高強(qiáng)鋼，如DP780、TRIP980和TWIP980等，主要用在吸收碰撞能量的部件；而超高強(qiáng)度鋼，如DP980、HPF2000和Duplex980等，主要用在減少對(duì)乘客和電池區(qū)域的撞擊。PBC—EV主要采用了超過65%的先進(jìn)高強(qiáng)鋼。因此，通過使用先進(jìn)高強(qiáng)鋼，車身重量達(dá)到218kg，車身重量減小了26.4%，約78kg。此外，鎂板由于其重量輕和NVH等優(yōu)點(diǎn)也被作為PBC—EV的可用材料之一。浦項(xiàng)的研究成果與國(guó)際鋼協(xié)的研究成果大部分相同，區(qū)別在于浦項(xiàng)在TWIP鋼的研制和生產(chǎn)方面處于領(lǐng)先地位，TWIP鋼使用比例占了大約10%（PBC—EV用鋼分布如圖1所示）。
為增加其強(qiáng)度和韌性，浦項(xiàng)還采用了兩種新的方法，即熱壓成型和多向軋制成型。與普通汽車相比，由該鋼種制造的汽車，溫室氣體排放可降低50%。鎂板采用溫成形的方式，同時(shí)傳統(tǒng)的沖壓、激光拼焊等加工方式也毫無疑問被用在PBC—EV的制造過程中。
浦項(xiàng)的PBC—EV項(xiàng)目在設(shè)計(jì)評(píng)估中也考慮到加工成本，針對(duì)在白車身和零部件加工成本中使用成本分析，加工成本是估算使用不同加工工藝的所有車身結(jié)構(gòu)部件成本。成本分析結(jié)果為白車身加工成本$1018。由于使用先進(jìn)高強(qiáng)鋼而實(shí)現(xiàn)汽車減重，減少了材料的成本，這將平衡由于加工費(fèi)用帶來的總成本的增加。
浦項(xiàng)的PBC—EV項(xiàng)目也使用了生命周期評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，由于先進(jìn)高強(qiáng)鋼車身的使用使PBC—EV減重，CO2排放量顯著減少，與對(duì)標(biāo)燃料車和鋁制電動(dòng)車相比，分別減少48.9%、9.0%。
安賽樂米塔爾電動(dòng)汽車版S—inmotion。
安賽樂米塔爾自2010年起開展了S—inmotion項(xiàng)目，旨在開發(fā)一系列汽車用鋼解決方案，使汽車在不降低安全性的前提下更輕、排放量更小。S—inmotion包含steel（鋼鐵）、Savingweight（重量減輕）、Savingcosts（成本節(jié)約）、Sustainability（可持續(xù)性）、Safety（安全性）、Service（服務(wù)）、Strength（強(qiáng)度）和Solutions（解決方案）等8種含義。該項(xiàng)目是北美和歐洲聯(lián)合開展的研發(fā)項(xiàng)目，有6家研究中心、600多名技術(shù)人員和工程師參與了該項(xiàng)目。先進(jìn)高強(qiáng)鋼在電動(dòng)汽車上證明了其輕量化方案新的價(jià)值。
安賽樂米塔爾的原S—inmotion項(xiàng)目在傳統(tǒng)燃油汽車身上具有減輕車身重量和底盤的巨大潛力。因此為滿足電動(dòng)汽車系列新的挑戰(zhàn)，安賽樂米塔爾開發(fā)了電動(dòng)汽車S—inmotion選擇方案。該項(xiàng)目對(duì)車身重新設(shè)計(jì)，滿足了電動(dòng)汽車更大的動(dòng)力系統(tǒng)以及電池保護(hù)需求。先進(jìn)高強(qiáng)鋼在電動(dòng)汽車上得到了廣泛使用，其占車身重量比從原傳統(tǒng)燃油汽車的35%提高到了58%，車身減重30kg。
安米的S—inmotion項(xiàng)目的主要優(yōu)勢(shì)為：為車企提供電動(dòng)車方案；適應(yīng)完全不同的動(dòng)力系統(tǒng)；在不增加重量的情況下對(duì)電池提供額外保護(hù)；保持沖撞性能；廣泛使用先進(jìn)高強(qiáng)鋼達(dá)到減重目的。
通過該項(xiàng)目和已經(jīng)驗(yàn)證的選擇方案證明，先進(jìn)高強(qiáng)鋼的強(qiáng)度和輕量化滿足了汽車的未來發(fā)展。該項(xiàng)目使用典型的奔馳C級(jí)轎車作為基準(zhǔn)車，設(shè)計(jì)目標(biāo)是通過使用已經(jīng)確定的原S—inmomion方案來改善基準(zhǔn)車，創(chuàng)造新的電動(dòng)汽車解決方案。項(xiàng)目特別針對(duì)那些希望把原先傳統(tǒng)燃油汽車升級(jí)到電動(dòng)版的車企。
針對(duì)電動(dòng)汽車白車身使用了35%—58%（占車身重量）的先進(jìn)高強(qiáng)鋼，車身減重了30kg，減重比例達(dá)到11%。在電動(dòng)汽車S—inmotion設(shè)計(jì)方案中，為維護(hù)沖撞性能，有29個(gè)部件可以使用熱成型Usibor1500鋼，24個(gè)部件可以使用激光拼焊。
安米在轎車輕量化研究過程中充分利用了其自身生產(chǎn)的超高強(qiáng)度鋼，如DP鋼、馬氏體鋼及其他高品質(zhì)線材，尤其是其最具競(jìng)爭(zhēng)的熱成形鋼Usiborl500P。在減輕車身重量并增加汽車安全性的同時(shí)還考慮到不增加汽車生產(chǎn)商的成本，因此對(duì)每項(xiàng)解決方案都進(jìn)行了成本分析。
分析結(jié)果
新能源汽車的輕量化是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)之一。相比于傳統(tǒng)汽車，新能源汽車對(duì)于輕量化技術(shù)的要求更為迫切。歐美等地區(qū)和國(guó)家的汽車制造商都在汽車輕量化項(xiàng)目上投入了大量的資源。國(guó)際先進(jìn)鋼鐵企業(yè)也積極致力為新能源汽車提供低成本的輕量化鋼鐵解決方案，浦項(xiàng)PBC—EV和安米S—inmotion，都是為新能源汽車設(shè)計(jì)開發(fā)的項(xiàng)目，這些項(xiàng)目關(guān)注于汽車車身輕量化的優(yōu)化過程，車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)包含了先進(jìn)高強(qiáng)鋼的應(yīng)用、制造技術(shù)、設(shè)計(jì)優(yōu)化、以及相關(guān)技術(shù)評(píng)估分析、成本和生命周期等分析。
從研究結(jié)果來看，一是顯示了鋼鐵材料在未來汽車尤其是電動(dòng)汽車上仍是首選材料；二是從具體鋼鐵材料來看，高強(qiáng)鋼，尤其是先進(jìn)高強(qiáng)鋼將是未來汽車車身的主要用材。從國(guó)際鋼協(xié)、安米、浦項(xiàng)對(duì)未來電動(dòng)汽車用鋼研究來看，三者結(jié)果幾乎一致。具體來看國(guó)際鋼協(xié)對(duì)用鋼的級(jí)別更加具體，其超高強(qiáng)度鋼主要是DP鋼，占總用鋼量的l/3，TRIP鋼、HF鋼、CP鋼各占10%。浦項(xiàng)的研究結(jié)果也顯示：600MP級(jí)別以上超高強(qiáng)度汽車板的用材比重將占車身用材份額的50%，其中DP、TWIP、CP、HP四大類鋼種的比重相差不大，都在10%上下。安賽樂米塔爾的研究結(jié)果雖然沒有用鋼比重，但表明了高強(qiáng)度汽車板、超高強(qiáng)度汽車板的使用依然是車身輕量化的主要材料。同時(shí)，國(guó)際鋼鐵協(xié)會(huì)、浦項(xiàng)以及安賽樂米塔爾也都分別對(duì)新能源汽車加工成本和生命周期評(píng)價(jià)進(jìn)行了評(píng)估對(duì)比。
綜上所述，新能源汽車發(fā)展已成為汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的突破口，將帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新，也是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的可持續(xù)發(fā)展。這些無疑將加大鋼企在新能源汽車方面的研發(fā)力度。先進(jìn)鋼鐵企業(yè)都加速在新能源汽車用鋼方面的研發(fā)。由17家國(guó)際先進(jìn)鋼鐵企業(yè)參加的國(guó)際鋼協(xié)的FSV項(xiàng)目，研究水平代表了新能源汽車用鋼在安全性、輕量化、成本、材料全生命周期以及綠色制造方面的技術(shù)進(jìn)步，其中大量高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)鋼廣泛使用，高強(qiáng)度鋼板占整體的97.4%，一半在1000MPa以上，并結(jié)合了先進(jìn)的成形加工技術(shù)。浦項(xiàng)和安米針對(duì)新能源汽車的輕量化項(xiàng)目，通過綜合運(yùn)用現(xiàn)代冶金學(xué)、材料科學(xué)與工程和計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)等手段，在強(qiáng)度、剛度、抗沖撞和可成型等綜合性能方面的研究來滿足汽車輕量化的要求。并從設(shè)計(jì)上考慮對(duì)整車結(jié)構(gòu)優(yōu)化，與先進(jìn)成型制造技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)新的提供解決方案。
鋼鐵企業(yè)未來在新能源汽車用鋼方面，應(yīng)用現(xiàn)代計(jì)算設(shè)計(jì)技術(shù)，使部件和整體結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化，通過在安全性、輕量化、成本、材料全生命周期以及綠色制造方面的技術(shù)進(jìn)步，為汽車企業(yè)提供整體解決方案，才能實(shí)現(xiàn)發(fā)展并不斷提高競(jìng)爭(zhēng)力。