ARCFOX-αT轻量化技术应用解析

2020-5-6 09:48 984 0 来自: 知乎ARCFOX
简介
【汽车轻量化在线】今天的新能源汽车较10年前已经发生了质的飞跃,单从用户最关心的续航里程来看,已经从十年前的不足100km到今天的普遍500km,大大缓解了用户的里程焦虑。而如何通过技术升级来提升整车续航里程,已 ...

汽车轻量化在线】今天的新能源汽车较10年前已经发生了质的飞跃,单从用户最关心的续航里程来看,已经从十年前的不足100km到今天的普遍500km,大大缓解了用户的里程焦虑。而如何通过技术升级来提升整车续航里程,已成为摆在新能源车企面前的首要问题。

整车轻量化是整车降能耗提续航的必经之路,且新能源汽车对轻量化的需求更加显著。因为高续航里程带来的大容量电池需求,再加上动力总成较传统变速箱较重,致使纯电动汽车较同级别燃油车重200-300kg。在追求高续航里程的道路上,如何消除这近300kg的增重,实现车辆安全“瘦身”,是工程师们日夜追求的目标。

新能源汽车和同级别传统汽车重量对比

新能源汽车的轻量化可分为两个方向,一是持续提升电池、电机等增量部件的能量密度和功率密度;二是对传统车身底盘内外饰等存量部件开展轻量化工作。就轻量化技术路线而言,可分为三个主要方面:材料、结构设计、制造工艺;可以说“设计是龙头、材料是基础、工艺是手段”。

结构轻量化设计从轻量化设计理念出发,围绕小型化、薄壁化、精简化、中空化和冗余度处理五个轻量化设计方法对整车各系统各专业进行轻量化设计;同时,引进诸如参数化快速建模技术(SFE)等设计工具,实现整车精益化设计,优化零件结构、减少零件数量,最体现汽车设计工程师的功力。

高强度和轻质材料的应用,体现的是汽车企业对新材料应用技术的掌握和集成水平,比如高强度钢材、热成型钢、铝合金镁合金、工程塑料及纤维增强复合材料,“合适的材料应用于合适的位置”才能实现真正的安全轻量。

轻质材料示例

再者,采用先进的制造工艺技术,则在轻量化的同时,体现了制造技术能力和产品品质。如激光拼焊、辊压成形、高强度钢热成形、高压铸造成形等先进制造技术,结构胶粘接和异种材料铆接等先进连接技术的应用。

自攻螺钉-左,自冲铆接-右

ARCFOX首款量产车ARCFOX αT作为一辆低能耗高续航的纯电动SUV,续航里程高达653km,离不开其精准的重量控制、轻量化技术的系统性应用,是高技术水平的电池、电机系统、新型轻质高强材料的应用和高超的精益设计技术的集大成者。

高超的精益设计技术

“合适的材料用在合适的位置”一直是车身工程师的至高追求,高超的精益设计技术最终形成了产品的核心竞争力。当前车身的技术路线主要有三项:全铝车身、全钢车身和钢铝混合车身,其中钢铝混合车身是未来发展方向。

ARCFOX αT的多材料轻量化车身便是由北汽新能源与麦格纳联合正向开发,采用了铝合金下车体和超高强钢上车体的钢铝混合路线,实现了“减肥增肌”。其下车体考虑平台拓展,满足车型拓展和车型配置变化要求及性能、系统间协同要求,从而可以匹配最佳的轻量化策略。整个车身系统则综合考虑成本、生产节拍、以及整车性能,优化车身用材比例,进行正向开发,从而达到多维度的平衡,提高了平台的实用性。

新型轻质高强材料的应用

汽车底盘包括副车架、悬架、制动、转向、车轮、传动、悬置系统。各系统结构、作用、受力情况等存在较大差异,轻量化技术应用也大有不同。近年来,新型的轻质高强材料在底盘系统应用颇多,底盘系统也向着多材料的方向发展。铝合金的应用范围扩大,由控制臂、转向节向副车架扩展,复合材料也开始应用。

ARCFOX αT采用了铝合金副车架和复合材料悬置支架,在轻量化的同时,提升了整车性能。铝合金框架式前/后副车架可设计成多种结构形式,与车身实现软连接,提升NVH性能;功能上满足动力总成、转向机、控制臂等部件的连接和搭载,满载强度、刚度和模态要求,较钢制副车架减重20%以上。

轻量化车身示意图

悬置支架可采用复合材料制成,材料选用PA66+35%玻纤,能有效提升NVH性能,耐腐蚀性好,较铝合金悬置减重20%以上。

高能量密度电池

动力电池是整车最重的零件,占新能源汽车重量的20%以上。各车企和电池厂商使出浑身解数,只为提升电池能量密度,实现小重量、大电量的目标。动力电池由上箱盖、下箱体、电芯、电气件及热管理系统等组成。通过采用高能量密度电芯单体、优化截面的挤压铝合金型材电池壳体、优化加强特征进而减薄电池上箱盖厚度、优化电气件选型及实现电气集成,综合实现动力电池减重,进而提升系统能量密度。

动力电池示意图

ARCFOX αT的动力电池采用SK的三元锂电池,效率更高,重量更轻,处于行业领先水平。

高性能动力总成

动力总成由驱动电机、减速器、动力分配单元(PDU)、高压系统部件(包括电机控制器(MCU)、充电机(OBC)等)组成,可通过提升动力总成集成度,来降低重量,进而提升功率密度。对于高压系统集成来说,主要面临两大挑战,一是多个高电压、大电流模块深度集成面临的电路布局、散热的难题,二是狭小空间内多模块集成面临的装配工艺及下线检测低效的难题。万能的工程师是怎么解决的呢?在设计端,通过一体化电气拓扑技术,减少器件数目23%;通过三明治式立体布局技术,统一热管理,合理解决散热问题的,实现MCU、OBC、DC/DC、高压配电等集成,减小体积46%。高压系统集成重量减少近40%。在制造端,采用电子积木式模块重组技术,大大缩短总装时间;采用多功能同步检测技术,缩短检测时间。这样,从设计和制造同时入手,实现高压系统集成,并且与驱动电机、减速器共同组成新一代高性能动力总成系统。

动力总成系统图

每一个零件都要极致精益

除了前面提到的各大系统外,ARCFOX αT汽车电子器件、内外饰等其他部件均开展轻量化设计工作。例如:电器部分,升级整车电子电气架构,在实现α-Pilot超级自动驾驶多项功能下,通过线束布置优化、控制器集成,减少线束长度,实现轻量化;内外饰部分,应用全塑前端模块,通过集成设计、减少零件数量、优化结构设计,实现减重。

工程师“克克计较”的精神、精益求精的态度在ARCFOX αT身上发扬得淋漓尽致,使ARCFOX αT在“瘦身”后,取得了653km续航里程的好成绩,一辆高端好车由此诞生。


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