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从奥迪A8“逆势增重”看汽车轻量化设计

2017-6-2 09:07 533 0 来自: 盖世汽车
简介
作为奥迪旗下的豪华旗舰轿车,奥迪A8自1994年诞生之日起,就以全铝空间框架式车身结构(ASF)、永久全时四驱quattro的独门绝技和低调奢华的外观不断给世人带来惊喜。奥迪A8现款车型于2009年上市,在竞争对手奔驰S级 ...
      作为奥迪旗下的豪华旗舰轿车,奥迪A8自1994年诞生之日起,就以全铝空间框架式车身结构(ASF)、永久全时四驱quattro的独门绝技和低调奢华的外观不断给世人带来惊喜。奥迪A8现款车型于2009年上市,在竞争对手奔驰S级及宝马7系纷纷推出了换代车型后,奥迪官方近日宣布,新一代奥迪A8将在7月11日在西班牙巴塞罗那举行的奥迪第一届峰会上正式发布,将配备全新自动驾驶辅助系统。全新A8预计也将在9月举行的法兰克福车展上亮相,并于年底上市发售。新一代奥迪A8这次将带来怎样的惊喜? 
       而奥迪方面近日透露的信息,给我们带来的意外和惊讶远多于惊喜。据了解,全新奥迪A8对奥迪的全铝空间框架式车身结构(ASF)技术进行了革新和升级,舍弃了奥迪向来引以为傲的全铝车身,铝合金占比降至58%,车身却比现款车型增重近51公斤,由现款A8车型的236kg增加到了282kg。据了解,全新的奥迪A8更注重轻量化材料的混合应用,其研发核心不再只关注铝型材的比例,而是关心如何将多种材料正确混合使用。在当前汽车轻量化的发展趋势下,奥迪A8“逆势增重”给汽车轻量化设计带来了哪些启示?
车身结构中多种轻量化材料的仿生学组合
       奥迪全铝空间框架式车身结构(ASF)技术遵循了仿生学的原理,灵感来自于自然界的动物,通过对车架结构的优化,在关键部位应用超高强度材质、非承重部位应用轻量化材质,来达到整车轻量化的目的。奥迪作为车身轻量化领域的先驱,自上世纪80年代末就开始轻量化技术的研究,当时推出的奥迪V8就是奥迪车身轻量化应用的原型车。随着对车身刚性和碰撞安全方面要求进一步提高,奥迪A8系列在车身材料方面,已经从1994年第一代奥迪A8的全铝车身发展为现款混入8%钢材的设计。此次,新一代奥迪A8铝合金的应用进一步降至58%,除了高强钢以外,在车身材料中加入了更多的复合材料
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新一代奥迪A8车身结构材料示意图
      全新奥迪A8采用铝合金材料对车身整体框架进行了搭建,为确保结构强度,在关键联接部位采用铝制铸件,车身表面采用了铝制钣金件。在车身座舱笼形结构中,大量采用热成型超高强度合金钢,远多于现款A8高强钢仅在B柱上的应用,该高强钢材料和20年前的钢材相比,刚度增强了5倍,重量降低了40%。车身结构中加入了镁合金,车厢后部采用了CFRP碳纤维复合材料,从后壁板等细节降低了车身的重量。
       值得一提的是,在宝马i3和宝马7系中,碳纤维复合材料主要用于车架单体或者车架核心,而新一代奥迪A8将碳纤维复合材料主要用在车辆的后排与尾箱的隔板。该碳纤维隔板由6到19层碳纤维布依照碳纤维的纹路纵横交错的堆叠在一起,用来分别对应车身后部不同方向上的应力,其先进之处在于不需将碳纤维布用环氧树脂浸透,可让成品碳纤维件在几分钟之内就固化。奥迪方面表示,仅这块很轻的碳纤维部件就已给A8在提高车身抗扭刚性上贡献了33%的份额,其重要性不言而喻。另一个亮点是镁合金的使用。镁合金用在了发动机舱内连接悬架顶端的三角加强架上,用铝合金螺栓固定在支柱塔顶上,起到了“顶吧”的作用。奥迪工程师表示,该镁合金的支撑杆可降低28%的重量,减重效果也是非常神奇。
       整体来看,新一代奥迪A8车身重量达到了282Kg,相比第四代车型的231Kg车身增重了不少,但车身进行了很多加强,关键结构部位中高强钢含量也进一步增加,使车身抗扭强度要比现款A8提升24%,满足了更严苛的排放法规、电气化、舒适性、噪音以及碰撞测试的要求,车辆的安全性和操控性都有了大幅提高。铝合金材料含量达到了58%,和加入了碳纤维材料的宝马7系相比,在轻量化方面依然胜出。综合比较而言,全新奥迪A8的轻量化水平其实是有了实质性的提升。
铝合金主导的车身结构成为轻量化技术趋势
       与奥迪A8铝合金车辆架构相似,全球瞩目的美国纯电动汽车生产公司特斯拉研发制造的ModelS也采用全铝车身。除了车身外,特斯拉前后悬架大部分材料也采用铝材。因为电动车的电池容量和重量近乎成正比,为保证续航,电池重量占了整车重量的很大一部分,所以有效地给车身减重显得至关重要。特斯拉的电池非常笨重,必须通过降低车身的重量来弥补笨重电池的不足,而全铝车身兼具轻量化与高强度的特性,很好的弥补了这一需求。由此也可见,探寻减重技术在电动车领域的应用也是未来汽车轻量化发展的重要方向。
 
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全铝车身的特斯拉电动汽车
       类似的全铝车身结构设计,还出现在今年年底即将亮相的全新一代劳斯莱斯幻影车型中,该车型基于宝马集团全新的铝制车身平台打造,整备质量将大幅下降。将于今年第三季度上市的路虎揽胜新成员星脉,新车车身含铝量高达81%。而近期推出的林肯领航员也采用了全铝车身,整车的刚度得到提升的同时,大幅降低了车辆的总重,车辆的动力性和燃油经济性得到有效提升。
       全铝技术由于成本较高,主要应用于豪华品牌,在合资品牌和自主品牌当中较少见到。除了上文提到的奥迪A8、特斯拉、路虎揽胜等车型,目前从全球范围内来看,能将全铝技术应用得最彻底的当属来自英国的捷豹品牌,其技术最成熟,铝合金车的产量也最大。2016年4月位于江苏常熟的奇瑞捷豹路虎全铝车身生产线正式投产,成为国内汽车行业第一家能够成熟地制造全铝车身的工厂,以75%铝合金材料应用比率而闻名的首款国产车全新捷豹XFL就从这里下线。
       和只对车身覆盖件进行全铝化的车型相比,采用全铝白车身的减重效果更明显,但是由于其制造难度以及成本更高,所以目前市面上大部分中大型豪华轿车的白车身材质主要采用以钢材为主的钢铝合金,而捷豹XFL一直坚持选用铝合金作为主要材料。
据了解,捷豹XFL全铝车身解决方案出自本土供应商诺贝丽斯常州工厂。诺贝丽斯开发的RC5754高强度铝合金,屈服度达到105-145 Mpa,抗拉强度达220 Mpa,在强度、耐腐蚀性、连接性及成型性率等方面性能优异,应用在捷豹XFL的多处车身结构件上。如AC600铝合金应用于车身加强件、AC300铝合金应用于防撞梁结构、AC170铝合金应用于外板包边和侧围覆盖件等,助力捷豹XFL实现了高强度、高抗扭性及轻量化的优异性能。
       与传统车身相比,全铝车身结构更加轻巧和坚固,方便进行模块化设计,车身有更大的空间来配置复杂科技,产品更加多样化。除了捷豹XFL,上汽通用生产的凯迪拉克CT6的白车身用铝比例也达到了62%。同时,上汽、北汽及比亚迪等不少自主品牌也在越来越多的使用铝材覆盖件。可以推测,随着国内汽车制造业的发展,未来车辆结构以铝合金为主,高强钢、镁合金及碳纤维复合材料为辅将成为汽车轻量化最重要的解决方案。

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