• 展會新聞

    寶馬與奧迪運用了怎樣的技術來實現車體輕量化?

    寶馬:用高抗張力鋼板,增強CFRP車身骨架

    1.碳纖維增強復合增強塑料(CFRP)的強度比鋼鐵高10倍以上,重量只有鋼鐵的1/4,是理想的輕量化材料;

    2.寶馬公司通過采用CFRP材質,成功將車身單體減重40kg,并將使用CFRP材質列為今后輕量技術的核心;

    3.“寶馬7”系列新的車身結構復合使用了普通鋼板、高強度鋼板、多相鋼板、鋁合金和CFRP等輕質材料;

    4.車體中使用CFRP時,寶馬通過將粘合劑和鉚釘進行緊固,吸收了鋼板與CFRP材質之間的膨脹系數。

    如果不研發出革新性的技術,產品計劃也就無法順利進行。寶馬公司直抒高級轎車寶馬7”系列的研發思想,在車身結構中應用了最前沿的科技——通過多材料化設計,復合使用不同材料,實現前所未有的車體輕量化,令車身重心更低,行駛性能更優異。

    世界首款使用CFRP的多材料量產車,黑色部位為CFRP。兩枚鋼板構成中空結構,嵌入CFRP作為增強材質。這種車身結構中用到了碳纖維增強復合材料(CFRP),被寶馬公司稱作碳核心。CFRP比鋼(鐵)的強度高10倍以上,重量卻只有鋼(鐵)的1/4。雖然成本比傳統材質高出10倍,但性能極其卓越,是理想的輕量化材料。通過積極采用CFRP,寶馬公司成功將車身單體減重40kg。寶馬是世界第一家組合使用富含CFRP的多材質車身并投入量產的企業。此外,寶馬還將使用CFRP材質,列為今后輕量化技術的核心。

    沿用普通鋼板,兼用抗拉強度高達1000MPa的高強度鋼板,以及抗拉強度在300MPa以上的多相鋼板和鋁合金。同時,還并用CFRP等輕量化材料。

    除了一般鋼材之外,還使用了4種輕量化材料,適材、適所地利用。其中,最大的創舉,是用兩枚鋼板構成一個中空結構,然后將CFRP零件作為支架填充進去。這樣一來,就可以提高超高抗拉強度鋼和多相鋼板的比例,盡量讓車身變得更輕薄。很多汽車制造商都會采用這樣的手法。但寶馬公司的不同點是,其向中空結構內補充了CFRP材料,讓板材輕薄的地方得到增強,提高了板材的剛性。具體位置有:內車頂框架補強材、B柱補強材、C柱補強材、側梁補強材,在這些部位使用的材料均為CFRP。

    采用粘合劑和鉚釘進行粘合異種材料:在車體中使用CFRP時,粘合是一大難題。寶馬公司不使用樹脂類熔焊,而是采用粘合劑和鉚釘對板材進行緊固。使用粘合劑是為了吸收鋼板與CFRP材質之間的膨脹系數。新的車身首先采用普通的熔焊工藝(點焊工藝工序等),將鋼板材質的內板進行焊接(內車身結構)。然后在車身內表面涂覆粘合劑,再將CFRP補強結構穩固地貼在對應處。車頂框架補強材、B柱補強材以及外側框架都用到了增強材料。如果還需要進一步加固,則使用鉚釘結構將車身板材與CFRP補強材進行機械式緊固。C柱補強的方法與上述相同。

    就這樣,CFRP補強材料緊貼在車身一側,再經過一道焊接工序,將鋼結構的外車身與內車身相對接,最后進行噴漆工序。需要注意的是,B柱部分要與超高抗拉強度鋼B柱補強板進行熔接,側梁要與超高抗拉強度鋼側梁補強材進行熔接后再與外車身熔接(深拉鋼板),最后進行噴漆工藝。CFRP和超高抗拉強度鋼板的雙劍合璧,可以讓車身更牢固。除以上提到的零件外,還有很多能用到CFRP材料的地方,其中包括車頂橫梁、變速器軌道補強材、后架等。雖然這些零件不能算作車內框架和車外框架之間的中空零件,但作為補強材料,它們依然發揮著很大的作用,與車體內框架進行焊接時,通常采用粘合、鉚釘、夾扣等方式。

    奧迪:憑借適材、適所、適量,將車體減重300kg

    1.奧迪“Q7”大膽采用高抗拉強度鋼和鋁合金材質,使車體減重300kg;

    2.骨架部分采用熱壓工藝,利用冷卻效果對高溫軟化的鋼板進行淬火,在保證高級別抗拉強度的同時提高精確度;

    3.利用“MLBevo”等大眾集團的整體通用平臺,推進車身設計多材料化;

    4.奧迪公司致力于平臺通用化,使平臺適用于各種車型,兼顧輕量化和成本削減兩個目標。

    德國奧迪公司于20163月在日本發售了新款多功能運動型SUV“Q7”,與前一代產品相比,車體重量減少300kg,相當于五個成年人的體重,輕量化了一個等級。

    車身和機殼等部位大膽采用了高抗拉強度鋼和鋁合金材質,實現了300kg的輕量化目標。奧迪日本網絡開發部技術培訓推進項目組長奧山昌和認為,時刻牢記適材、適所、適量的原則,靈活使用、合理設計鋁合金、高抗拉強度鋼等多種原材料,完全可以實現大幅度的輕量化。從結果來看,我們把燃油效率提高了3成,大型SUV也完全能夠輕松駕馭。首先,從車身來看,約41%的部分采用了鋁合金材質——前端、后端、艙位外殼等,不需要特別要求強度的部位都采用了鋁合金材質。此外,前擋泥板、前艙蓋和后艙蓋也都使用了鋁合金。

    骨架部分采用熱壓工藝中立柱、以及地板工具組等艙內主要框架中對強度要求較高的零件,采用了“熱壓”鋼板。一般來說,熱壓就是將鋼板加熱到900℃,在其軟化后進行沖壓加工,同時注入模具,在與模具接觸時利用冷卻效果進行淬火的技術。在實現1500MPa級別的抗拉強度的同時,還可以做到更高的精確度。這樣一來,車身就已經減重了71kg,再通過充分利用鋁合金這件法寶,又能甩掉24kg。

    車身和外殼非常引人注目,但動力傳動系(動力傳動結構)以及座椅等各種部分的輕量化的工序也不容小覷。但是,在車體多材料化過程中有一個難題,就是如何將多種不同的原材料更好地焊接到一起。奧山昌和對奧迪的焊接工藝進行了說明:“在焊接鋁合金和高抗拉強度鋼時,我們選擇了摩擦攪拌焊接的方法和中空鉚釘的結構”。此外,還有起落架。奧迪在吊臂結構中選擇了鋁合金和高強度鋼板。同時,在樞軸軸承中采用了鋁合金鑄件。這種設計,讓車體外殼足足減輕了100kg以上。

    奧迪公司早在多年前,就開始致力于推動全鋁合金外殼的汽車面市。其在1994年發布的第一代大型四門轎車“A8”,及在1999年發售的小型乘用車“A2”,就是典型代表。不過,鋁合金比鋼的成本高。而且,隨著技術發展,由于高強度鋼板的強度在不斷增加,熱壓等制造技術在不斷精進,近年來奧迪開始向多材料化進軍。當然,這種平臺更新需要投入大量資金。奧迪公司之所以能做到大手筆做事,也是因為自己是Volkswagen(大眾集團)的一員,可以利用集團整體的平臺。

    追求技術研發和成本節約之間的平衡奧迪Q7”是第一個采用大眾集團通用平臺“MLB evo”的車型。在大眾集團的所有平臺中,奧迪公司“A3”以及大眾集團高爾夫系列沿用的“MQB”(水平引擎車用模塊矩陣),是最為大家所熟知的。“MLB evo”是垂直引擎車用系統。繼奧迪公司“Q7”車型之后,中型轎車“A4”以及大眾集團的SUV“途銳(Touareg、保時捷公司的SUV“卡宴都在考慮采用“MLB evo”系統。因為雖然車型不同,但基本設計是通用的。踏板的高度、車軸都是一樣的,只是根據不同車型改變了整體的尺寸,調整了懸置連鎖。

    MLB evo”應用車輛的生產計劃大約為大眾集團總體每年120萬~130萬臺。由于世界范圍內對環境規制的要求不斷提高,為了讓汽車油耗更低,車輛整體將不斷趨于輕量化。如果此時只投資一部分車型,就會導致效率低下,所以各家公司開始重視平臺的通用化。不過,在開發平臺時,為了使平臺適用于從高級車到中低檔的各種車型,必須讓輕量化和成本削減同時成為開發目標。所以,如何對多種原材料適材、適所地加以利用,是奧迪和大眾集團非常重視的一個課題。

    本文來源:author,SENIA編審,版權歸原創作者及其機構所有,分享僅用于學習、交流,如有侵權請告知,我們會及時處理,轉載請注明出處。

    展會新聞
    聯系我們
    • 上海市零陵路583號海洋石油大廈4樓

    • +86 138 1702 2917

    • +86 21-34241885

    • davy.chen@secma.org.vn

    Copyright ? All Rights Reserved by NEAIM2022國際新能源汽車技術及新材料、智能裝備(上海)展覽會.  滬ICP備18017199號-1 公安網備:31010402007272  技術支持:元緣網絡
    距展會開幕
    0
    1
    2

    合作伙伴: