展会新闻

宝马与奥迪运用了怎样的技术来实现车体轻量化?

宝马:用高抗张力钢板,增强CFRP车身骨架

1.碳纤维增强复合增强塑料(CFRP)的强度比钢铁高10倍以上,重量只有钢铁的1/4,是理想的轻量化材料;

2.宝马公司通过采用CFRP材质,成功将车身单体减重40kg,并将使用CFRP材质列为今后轻量技术的核心;

3.“宝马7”系列新的车身结构复合使用了普通钢板、高强度钢板、多相钢板、铝合金和CFRP等轻质材料;

4.车体中使用CFRP时,宝马通过将粘合剂和铆钉进行紧固,吸收了钢板与CFRP材质之间的膨胀系数。

如果不研发出革新性的技术,产品计划也就无法顺利进行。宝马公司直抒高级轿车宝马7”系列的研发思想,在车身结构中应用了最前沿的科技——通过多材料化设计,复合使用不同材料,实现前所未有的车体轻量化,令车身重心更低,行驶性能更优异。

世界首款使用CFRP的多材料量产车,黑色部位为CFRP。两枚钢板构成中空结构,嵌入CFRP作为增强材质。这种车身结构中用到了碳纤维增强复合材料(CFRP),被宝马公司称作碳核心CFRP比钢(铁)的强度高10倍以上,重量却只有钢(铁)的1/4。虽然成本比传统材质高出10倍,但性能极其卓越,是理想的轻量化材料。通过积极采用CFRP,宝马公司成功将车身单体减重40kg。宝马是世界第一家组合使用富含CFRP的多材质车身并投入量产的企业。此外,宝马还将使用CFRP材质,列为今后轻量化技术的核心。

沿用普通钢板,兼用抗拉强度高达1000MPa的高强度钢板,以及抗拉强度在300MPa以上的多相钢板和铝合金。同时,还并用CFRP等轻量化材料。

除了一般钢材之外,还使用了4种轻量化材料,适材、适所地利用。其中,最大的创举,是用两枚钢板构成一个中空结构,然后将CFRP零件作为支架填充进去。这样一来,就可以提高超高抗拉强度钢和多相钢板的比例,尽量让车身变得更轻薄。很多汽车制造商都会采用这样的手法。但宝马公司的不同点是,其向中空结构内补充了CFRP材料,让板材轻薄的地方得到增强,提高了板材的刚性。具体位置有:内车顶框架补强材、B柱补强材、C柱补强材、侧梁补强材,在这些部位使用的材料均为CFRP

采用粘合剂和铆钉进行粘合异种材料:在车体中使用CFRP时,粘合是一大难题。宝马公司不使用树脂类熔焊,而是采用粘合剂和铆钉对板材进行紧固。使用粘合剂是为了吸收钢板与CFRP材质之间的膨胀系数。新的车身首先采用普通的熔焊工艺(点焊工艺工序等),将钢板材质的内板进行焊接(内车身结构)。然后在车身内表面涂覆粘合剂,再将CFRP补强结构稳固地贴在对应处。车顶框架补强材、B柱补强材以及外侧框架都用到了增强材料。如果还需要进一步加固,则使用铆钉结构将车身板材与CFRP补强材进行机械式紧固。C柱补强的方法与上述相同。

就这样,CFRP补强材料紧贴在车身一侧,再经过一道焊接工序,将钢结构的外车身与内车身相对接,最后进行喷漆工序。需要注意的是,B柱部分要与超高抗拉强度钢B柱补强板进行熔接,侧梁要与超高抗拉强度钢侧梁补强材进行熔接后再与外车身熔接(深拉钢板),最后进行喷漆工艺。CFRP和超高抗拉强度钢板的双剑合璧,可以让车身更牢固。除以上提到的零件外,还有很多能用到CFRP材料的地方,其中包括车顶横梁、变速器轨道补强材、后架等。虽然这些零件不能算作车内框架和车外框架之间的中空零件,但作为补强材料,它们依然发挥着很大的作用,与车体内框架进行焊接时,通常采用粘合、铆钉、夹扣等方式。

奥迪:凭借适材、适所、适量,将车体减重300kg

1.奥迪“Q7”大胆采用高抗拉强度钢和铝合金材质,使车体减重300kg

2.骨架部分采用热压工艺,利用冷却效果对高温软化的钢板进行淬火,在保证高级别抗拉强度的同时提高精确度;

3.利用“MLBevo”等大众集团的整体通用平台,推进车身设计多材料化;

4.奥迪公司致力于平台通用化,使平台适用于各种车型,兼顾轻量化和成本削减两个目标。

德国奥迪公司于20163月在日本发售了新款多功能运动型SUV“Q7”,与前一代产品相比,车体重量减少300kg,相当于五个成年人的体重,轻量化了一个等级。

车身和机壳等部位大胆采用了高抗拉强度钢和铝合金材质,实现了300kg的轻量化目标。奥迪日本网络开发部技术培训推进项目组长奥山昌和认为,时刻牢记适材、适所、适量的原则,灵活使用、合理设计铝合金、高抗拉强度钢等多种原材料,完全可以实现大幅度的轻量化。从结果来看,我们把燃油效率提高了3成,大型SUV也完全能够轻松驾驭。首先,从车身来看,约41%的部分采用了铝合金材质——前端、后端、舱位外壳等,不需要特别要求强度的部位都采用了铝合金材质。此外,前挡泥板、前舱盖和后舱盖也都使用了铝合金。

骨架部分采用热压工艺中立柱、以及地板工具组等舱内主要框架中对强度要求较高的零件,采用了“热压”钢板。一般来说,热压就是将钢板加热到900℃,在其软化后进行冲压加工,同时注入模具,在与模具接触时利用冷却效果进行淬火的技术。在实现1500MPa级别的抗拉强度的同时,还可以做到更高的精确度。这样一来,车身就已经减重了71kg,再通过充分利用铝合金这件法宝,又能甩掉24kg

车身和外壳非常引人注目,但动力传动系(动力传动结构)以及座椅等各种部分的轻量化的工序也不容小觑。但是,在车体多材料化过程中有一个难题,就是如何将多种不同的原材料更好地焊接到一起。奥山昌和对奥迪的焊接工艺进行了说明:“在焊接铝合金和高抗拉强度钢时,我们选择了摩擦搅拌焊接的方法和中空铆钉的结构”。此外,还有起落架。奥迪在吊臂结构中选择了铝合金和高强度钢板。同时,在枢轴轴承中采用了铝合金铸件。这种设计,让车体外壳足足减轻了100kg以上。

奥迪公司早在多年前,就开始致力于推动全铝合金外壳的汽车面市。其在1994年发布的第一代大型四门轿车“A8”,及在1999年发售的小型乘用车“A2”,就是典型代表。不过,铝合金比钢的成本高。而且,随着技术发展,由于高强度钢板的强度在不断增加,热压等制造技术在不断精进,近年来奥迪开始向多材料化进军。当然,这种平台更新需要投入大量资金。奥迪公司之所以能做到大手笔做事,也是因为自己是Volkswagen(大众集团)的一员,可以利用集团整体的平台。

追求技术研发和成本节约之间的平衡奥迪Q7”是第一个采用大众集团通用平台“MLB evo”的车型。在大众集团的所有平台中,奥迪公司“A3”以及大众集团高尔夫系列沿用的“MQB”(水平引擎车用模块矩阵),是最为大家所熟知的。“MLB evo”是垂直引擎车用系统。继奥迪公司“Q7”车型之后,中型轿车“A4”以及大众集团的SUV“途锐(Touareg、保时捷公司的SUV“卡宴都在考虑采用“MLB evo”系统。因为虽然车型不同,但基本设计是通用的。踏板的高度、车轴都是一样的,只是根据不同车型改变了整体的尺寸,调整了悬置连锁。

MLB evo”应用车辆的生产计划大约为大众集团总体每年120万~130万台。由于世界范围内对环境规制的要求不断提高,为了让汽车油耗更低,车辆整体将不断趋于轻量化。如果此时只投资一部分车型,就会导致效率低下,所以各家公司开始重视平台的通用化。不过,在开发平台时,为了使平台适用于从高级车到中低档的各种车型,必须让轻量化和成本削减同时成为开发目标。所以,如何对多种原材料适材、适所地加以利用,是奥迪和大众集团非常重视的一个课题。

本文来源:authorSENIA编审,版权归原创作者及其机构所有,分享仅用于学习、交流,如有侵权请告知,我们会及时处理,转载请注明出处。

展会新闻
联系我们
  • 上海市零陵路583号海洋石油大厦4楼

  • +86 138 1702 2917

  • +86 21-34241885

  • davy.chen@secma.org.vn

Copyright © All Rights Reserved by 国际汽车轻量化绿色科技联盟@IALTA@SENIA版权所有 | International GREEN Auto Lightweight Technology Alliance(IALTA) |Sino-EU New Energy Intelligent Automobile Industry Association(SENIA) | Copyright(C)2024.All right Reserved.  沪ICP备18017199号-2 公安网备:31010402007272  技术支持:元缘网络
距展会开幕
0
1
2

合作伙伴: