汽车轻量化与安全难题的最优解——钢铝混合车身

2020-5-13 13:27 463 0 来自: 互联网
简介
【汽车轻量化在线】随着汽车工业的发展,造车的新材料以及新工艺不断涌现,尤其是铝合金越来越多的运用,相比五、六十年前,如今的汽车平均重量下降了50%,同时安全系数得到了大幅提升,因此,整车轻量化已经成为趋 ...
汽车轻量化在线】随着汽车工业的发展,造车的新材料以及新工艺不断涌现,尤其是铝合金越来越多的运用,相比五、六十年前,如今的汽车平均重量下降了50%,同时安全系数得到了大幅提升,因此,整车轻量化已经成为趋势。随着汽车工业的发展,造车的新材料以及新工艺不断涌现,尤其是铝合金越来越多的运用,相比五、六十年前,如今的汽车平均重量下降了50%,同时安全系数得到了大幅提升,因此,整车轻量化已经成为趋势。

  为什么车身重量更轻的同时安全性能又得到提升呢?这是因为铝合金的材质特性所致。铝合金虽然密度更轻,但是比强度和比刚度都要比钢铁的更高,以前更多运用在航空航天等尖端科技领域。

  铝合金性能这么优秀为何"全铝车身"普及率并不高呢?首先是加工、焊接以及连接难度高,造成成本过高。二是如果发生事故,铝合金车身覆盖件很难钣金修复,造成后期维保成本过高。三是同体积下,铝的强度小于钢。车身上有"重点"部位的形状是大体固定的,所以安全性能上也略逊于钢。那么如何找到车身材料使用的最优解呢?

汽车轻量化与安全难题的最优解——钢铝混合车身

  如今已经有很多高端车型开始采用结合"钢""铝"两种材料优点于一身的——钢铝混合车身结构。例如奔驰G-class、全新奥迪A8、保时捷Macan以及特斯拉Model 3等豪华新能源车型都采用了这种车身结构。从众多豪车可以窥探出,钢铝混合车身不仅是未来的大趋势,并且成为了高级感的象征。国内新能源市场新星ARCFOX推出的首款量产车ARCFOX αT就采用了钢铝混合车身结构,那么它是怎样做到的呢?

  钢铁臂膀 炼就不败之身

  作为一款破界而出的车型,ARCFOX αT的车身采用了多材料混合的"上钢下铝"创新概念,以"合适的材料应用于合适的位置"充分发挥钢和铝优势。

汽车轻量化与安全难题的最优解——钢铝混合车身

  车身作为乘员舱,最重要的一点就是如何在发生碰撞时吸收冲击能量,保证乘员生存空间,基于此点,车身结构设计并不是整体越牢固越好。所以一副安全的车身需要同时兼顾"降低乘员受到的冲击"以及"保护座舱空间",才能使事故中避免或降低伤亡,所以要做到刚柔并济。要做到刚柔并济,那么必定要将车身加以分区,该硬的地方硬,该软的地方软。

汽车轻量化与安全难题的最优解——钢铝混合车身

  ARCFOX αT的上车身为乘客提供了安全舱,由高强钢围成的笼式框架结构显著提升了车身安全性能,其中在笼式结构最关键的A柱、B柱、中通道等部分均采用了强度高达1500MPa以上的热成型钢,这种热成型钢大多被用在坦克、潜艇和航天飞机上,它的强度是一般超高强度钢的2倍,是普通高强度钢材的4倍,每平方厘米能承受15吨以上的压力。在发生撞击时,尤其在正面和侧面撞击时,可有效减少驾驶舱变形,保护驾乘人员的安全。

汽车轻量化与安全难题的最优解——钢铝混合车身

  热成型钢密度较大,这也意味着大量使用高强度钢会导致车身重量增加,那是不是意味着热成型钢不利于车身轻量化目标呢?答案是否定的,针对上述的性能敏感区域来讲,如果单纯的考虑使用轻质材料或者普通钢材,如果想要达到碰撞性能需求,那么势必就要增加板材厚度,这会导致车身重量增长,反过来,如果在这些区域采用强度高的热成型钢,则不需要料厚值很大就能满足性能需求,反而会降低用料重量,从而有利于车身轻量化。

  安全减重两不误 ARCFOX αT用铝有玄机

  ARCFOX αT的车身基于ARCFOX全新IMC架构打造,其下车身铝制用材达到了80%以上。ARCFOX αT的下车身作为底盘电池的依托,为了更好的平衡车身重量,让车更轻盈、更安全、更匀称,其下车身采用了全铝结构。高强铝型材、高压铝铸件和高等级铝合金板材的配合使用,在保证安全的前提下让车身实现了极致轻量化,并让上下车身的重量完美地分配。此外,针对行人保护,前舱机罩和后背门也使用了极轻的铝合金材料。

汽车轻量化与安全难题的最优解——钢铝混合车身

  值得一提的是,车身铝合金后纵梁结构,实现多件集成一体式结构设计,是目前全世界量产车型中尺寸最大的铝合金铸件,单件尺寸达到了1.3 米。给予车身结构更高的刚度和强度。同时减少了关键位置的连接点,提升了整车的安全性能。

  为了进一步保证车身强度,ARCFOX αT针对不同位置首次开发出强度更高、碰撞溃缩弯曲角120°以上的挤压材料,远超国标要求,在满足高强度的情况下,又拥有极佳的碰撞溃缩性能。针对集成多个零件的铝压铸件,ARCFOX αT开发二次抽真空高压压铸工艺及专项热处理工艺,将压铸铝延伸率提升至12%,弯曲角至60°,强度远远高出标准。

  稳定抗氧化、耐用也是铝车身的一大优点。虽然铝本身并不稳定,很容易氧化。不过铝氧化会在表面形成一层致密的氧化层,并且与基体牢固结合,稳定性很高能对铝基体形成严密的保护。并且在湿润大气环境下,这个保护层能够增厚。所以大量铝制零部件的使用也有效地提升了车身的防腐性能,延长了车辆的使用寿命,可以实现10年无任何造成功能损失的腐蚀破坏。

汽车轻量化与安全难题的最优解——钢铝混合车身

  像ARCFOX αT这种下车身采用更轻质的铝合金,上车身采用高强度钢的车身,可以更好实现整车上下重量的完美配比,从安全性、操控性、舒适性等多个方面为消费者带来价值。可以说,钢铝混合车身很好地延续全铝车身轻量化特点的同时,又平衡了全铝车身的生产成本以及日后的维修成本,同时让车身结构也更加安全,这也是为何豪车都选用钢铝混合车身的终极秘密。


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