2017年，十九大报告明确提出“打赢蓝天保卫战”的要求。据调查，在大气污染中，机动车尾气排放以近四成的比例占据第一位，而新能源客车的使用大幅降低了每人每公里平均排放的碳氢化合物、氮氧化合物等污染物的比例，因此新能源客车取代传统能源客车对于大气污染治理具有重要作用。目前国内客车中仅公交车的保有量就已超过50万辆，而新能源客车所占比重还不到30%，这些调查数据一方面说明新能源客车具有较大的市场需求，另一方面也说明目前新能源客车与传统能源客车相比在技术上仍存在差距。
对于新能源汽车而言，续航里程一直是制约其发展的主要因素之一，由于客车需要长时间的连续运行，因而如何提高电池能量密度，以及如何减轻车身自重已成为目前新能源客车急需解决的问题。但传统电池的核心技术多为国外厂商所占有，国内企业要想在该领域实现技术突破，尚存一定难度。目前轻量化技术已成为国内众多整车企业解决续航里程问题的主要手段之一。本文中，笔者对中国专利文摘数据库（CNABS）和德温特世界专利索引数据库（DWPI）2017年10月以前公开的相关专利申请进行统计分析，梳理出新能源客车轻量化技术的发展态势，以期为新能源客车的整车行业发展提供参考。
聚焦轻量化技术研发
笔者在中国专利文摘数据库（CNABS）以及德温特数据库（DWPI）中以分类号与关键词相结合的方式进行检索，检索文献涵盖了公开日或公告日在2017年10月1日之前的发明专利申请和实用新型专利申请，共计600余件。据了解，全球范围内有关新能源客车轻量化技术的专利文献始于20世纪50年代，但受制于当时电池、电机相关技术的发展，直至90年代才进入快速发展期。相比而言，国内在该领域的技术起步较晚，2000年才开始进入萌芽阶段，且零星出现少量专利申请。但随着国内市场和政策的逐渐利好，该技术在2009年进入稳步发展期，随后专利申请量开始迅速增长，2015年其专利申请量更是达到了最高值60余件，国内专利申请总量也达到近300件，占据全球专利申请总量的近50%。可见该技术领域已引起国内申请人的高度重视。
根据新能源客车的结构及组成，其可分为整车结构、驱动技术、能源技术及行驶控制技术。笔者按照上述划分进一步对国内申请进行分析，其中整车结构的轻量化占比50%，其次为能源技术，占比33%，可见在国内电池产业相对落后的情况下，发展整车结构的轻量化是目前研究的热点。
同时根据整车结构的构成，其可细分为车身、悬架及底盘三大部分，其中车身是整车结构的关键组成，不仅在重量上占据整车重量的40%左右，同时作为承载载体，也是关乎安全、舒适的主要因素。而底盘和悬架相对于车身而言，其结构形式相对固定，因而对其改进的空间也较小。在国内整车结构轻量化的专利申请中，车身的相关技术在总的专利申请量中以76%的比例占据绝对优势，是目前该领域研究的热点，而悬架和底盘占比分别为16%和8%。可见，由于车身本身的重量占比较高，车身轻量化能够更加高效地减轻整车重量。
推进轻量化技术发展
在整车制造过程中，车身类型、结构优化、材料工艺是影响产品性能的主要因素。在车身类型方面，主要分为非承载式、半承载式及全承载式车身，其中非承载式车身在国内很长一段时间占据主流结构，全承载式客车车身自上世纪90年代从德国引进相关技术后，才逐渐出现在高档客车上。全承载式车身使整个车体的上部和下部结构形成一个整体，由整个车身壳体承受载荷，能够有效减轻车身自重，并且提高车辆翻滚时的安全性。笔者分析发现，在国内提交的关于车身结构轻量化的112件专利申请中，有关全承载式车身结构的专利申请仅为41件，占比最小，可谓研究的空白区。其中，吉林大学在该领域提交的专利申请量为12件，位列第一，比较有代表性的是吉林大学提交的申请号为201310350144.5的专利申请，其公开了一种具有代表性的全承载式客车车身结构，通过格栅底架在车身对称面上从前到后设计成一个整体的桁架结构，提高了格栅底架的弯曲承载能力，降低侧围的承载负担，在轻量化格栅底架的同时，还为轻量化车身外围结构设计提供了支撑。此外，吉林大学提交的申请号为201210370340.4的专利申请，其公开了一种无龙骨全承载客车车身结构，通过不贯通杆件连接的三角形结构底板，取代龙骨结构底板，使得侧围传递的载荷分散至各杆件，有效降低了结构重量。由此可见，全承载式车身在国内新能源客车行业的研发仍较少，是今后重要的专利布局要点。而如何设计杆件的连接结构，从而使得载荷更加均匀分布，以充分利用所有杆件自身的承载能力是全承载式车身的重点研究方向。
在新材料、新工艺方面，随着制造业的飞速发展，国内申请人也在努力地将这些新技术用于新能源客车，并进行相应的专利布局。据统计，在整车轻量化的专利申请中，国内关于新材料、新工艺的专利申请共计48件，占比相对较小。其中比较有代表性的是扬子江汽车集团公司提交的申请号为201410124055.3的专利申请，以及郑州宇通客车股份有限公司提交的申请号为201420110459.2的专利申请，该专利申请将以往用于飞机上的蜂窝结构安置于新能源客车，解决了传统客车直接采用金属底板带来的重量大、隔音差的问题。此外，国内申请人也试图将多种新工艺应用在车身制造中，扬子江汽车集团公司提交的申请号为201410507699.0的专利申请，该申请提出了一种车架结构制造方式，通过在车架主体框架之间设置特定结构的连接件，结合粘结工艺，实现了车架的高效连接。而由于采用粘结工艺替代了传统的铝型材铆接工艺，使得车身重量有效降低。可见，新材料、新工艺在车身轻量化方面的应用研究仍需努力。在应用新工艺、新材料的同时，其可靠性、经济性也是整车企业需要解决的主要问题之一，应用新材料、新工艺时的试验方法也将成为专利布局的要点。
笔者通过检索发现，目前在车身结构优化方面，国内相关专利申请量已达到78件，为车身轻量化技术中的研究热点，这主要是由于在已有的车身结构上，通过优化改进能够快速实现减重，因而更多的申请人选择采用这种方式实现车身轻量化。吉林大学提交的申请号为201410620044.4的专利申请，公开了一种客车车身骨架高刚度与轻量化灵敏度分析方法，其采用对整车质量的导数获得静动态刚度灵敏度，在提高刚度的同时，减轻车身质量。郑州宇通客车股份有限公司提交的申请号为201610309850.9的专利申请，公开了一种汽车车身骨架轻量化方法，通过建立车身骨架参数化有限元模型，参考汽车实际工况，计算车身骨架力学性能，得到薄壁构件梁的应力承载情况，从而对薄壁构件梁进行优化，实现轻量化设计。可见，寻找何种数学方法和模型对结构进行分析优化是结构优化的重点发展方向之一。
综上所述，得益于有关政府部门对新能源客车的大力支持，有效推动了新能源客车整车行业的发展，也激发了国内申请人对于新能源客车轻量化技术的保护意识，更推动了该领域相关专利申请迅猛增长。相信在巨大的市场潜力下，研发更加高效的轻量化技术才能使产品更具竞争力。笔者建议，未来国内整车企业和科研机构应加强合作，抓住重点方向，展开重点专利布局，加快产业发展步伐。（马瑞峰）
（编辑：蒋朔）
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