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电动汽车论坛 电动汽车论坛-电动汽车网 『 电动汽车产业动态 』 爱驰U5:坦白交代
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爱驰U5:坦白交代 精华 1  [复制链接]

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碳纤维有没有?没有。

全铝车身是不是?不是。

主要用什么?半钢半铝。

新造车企业爱驰,以展示首款量产车U5白车身的方式,坦“白”交代了车身主要材料。11月2日,U5白车身实物亮相在澳门举行的2018中国车身大会,让我们有机会一睹其裙底风光。

爱驰U5白车身亮相中国车身大会

虽然没有用风头正劲的全铝车身或者碳纤维,但U5白车身“上钢下铝”,上半身与开闭件使用强度可达2000MPa的热成型钢,极其强悍;下半身大量使用铝板、铝型材与真空铸造铝合金,尽力轻量化。

钢之强与铝之轻兼得,车身减重近50千克,同时刚性还较行业平均水平高出近60%。

爱驰怎么做到的?

1、为电动汽车打造车身

“轻量化对于车辆续航里程的提升是毋庸置疑的。每减少100kg的质量,续航里程大约可以增加5%。

爱驰汽车首席轻量化专家孙黎,在中国车身大会上介绍了U5的白车身。孙黎表示,一些传统汽车厂商,基于燃油车型基本结构进行改造开发电动车。“我们作为一家新兴造车企业,是根据电动车的特点进行正向开发,设计出适合电动车的车身结构。”

孙黎接受采访

电动汽车由于要装载大量动力电池,对车辆其他位置的轻量化需求更高。包括爱驰在内的新造车企业都倾力轻量化。

“爱驰U5是基于爱驰汽车原创的MAS(More Adaptable Structure)平台打造的首款车型,而MAS平台是全球首个采用‘上钢下铝’车身结构的量产车平台。这种‘上车身用钢,下车身用铝’的混合材料车身很好地平衡了轻量化与成本、安全性之间的矛盾。

爱驰U5白车身

轻量化的最终成绩是:U5车身重量减轻50千克,与传统汽车相比减轻了20%。孙黎说,“(U5)车身的轻量化系数达到2.28,而从去年的欧洲车身大会反馈的数据看,平均轻量化系数在2.8以上,可以看出我们的车身在轻量化方面处于行业领先。”

都知道钢强、铝轻,其他车企为什么不用这种方式?

孙黎表示,爱驰汽车对材料性能和车身结构的精确把握,以及对车身连接技术的娴熟应用,让“上钢下铝”成为了可能。

2、材料选择,各美其美

在现代汽车工业车身材料上,除了传统的钢材,随着材料工艺进步,已经出现了五花八门的种类。

在车身结构件上,主要的用料是铝合金、碳纤维和钢材。

从上表看,铝合金有很轻的重量,强度又还不错,用到汽车非常有助于轻量化。

把铝合金最早用到极致的是奥迪。1994年,全球第一款全铝车身量产车载改款奥迪A8上发布。但是,为了车身强度等安全考虑,奥迪A8不断降低铝合金的比例。最新奥迪A8 铝合金材料占比降到了58%。从这个车身来看,已经采取了多种材料混合的方式。在强度要求高的部位,钢已经回归成为主力。

新奥迪A8不再追求铝合金比例

在新造车势力当中,蔚来汽车将铝合金应用再次推向极端。蔚来ES8白车身铝材的使用比例高达96.4%,号称全球量产车最高比例的全铝车身。但是,蔚来ES8遭遇了量产爬坡难的问题,可能就与铝合金车身的连接工艺有关。

碳纤维复合材料是诸种材料当中最轻的,同时还能保持非常高的强度。

将碳纤维材料用到极致的宝马电动汽车i3。2013年,宝马i3亮相,激进材料应用和工艺令世人惊诧。特别是其上车身乘员舱模块,全由碳纤维复合材料制造,总重为151公斤。 

碳纤维非常轻,但成本昂贵

但是,碳纤维复合材料所需的碳纤维和环氧类树脂成本都非常高,制备工艺成本也高。宝马i3是量产车当中碳纤维最大程度的使用,此后几年,包括宝马在内,都很少再用碳纤维作为结构件。多数车企都将碳纤维用于覆盖件等非承重部分。在新造车势力中,前途汽车用碳纤维最多,但主要都是行李箱盖、引擎盖等覆盖件。

从车企应用不同材料的历史来看,选材的逻辑,不是追求极致,而是发挥不同材料的不同特点,还需要兼顾成本和收益。

孙黎表示,对于车身结构而言,在合适的位置用合适的材料,并优化结构设计,就可以谈得上是好车身。

具体到U5白车身,上部用钢,特别是关键位置用热成型件钢,能够保证车辆有足够强度。

热成型钢流程图

所谓热成型钢,是指钢材加热到930°C后成形的一种工艺,在质量相同的情况下,强度能达到普通钢材的3-4倍

一般汽车用钢的强度

在汽车界,积极应用高强度钢的车企,比如奔驰、奥迪、大众等,用到了抗拉伸强度1500MPa的高强度钢。但是,爱驰U5全车用的20个热成型零件——Nano 2GPa(即2000MPa)热成型钢,抗拉伸强度达到了2000MPa超高强度,比当前最高强度还提升了三分之一。

在这样热成型钢的保护下,U5可以在1400Kg AEMDB侧面碰撞(用1400kg的侧面碰撞试验用可变形壁障)时,侧面侵入非常小。

孙黎介绍,爱驰U5是全球首个应用2GPa热成型钢的量产SUV。这让爱驰U5的乘员舱有非常高的强度,这是铝合金和普通钢材所不拥有优势。

除了上车身,爱驰U5的覆盖件很多也还是用了传统的钢材。“不可否认的是,铝制覆盖件要更轻一下,但价格也更贵;同时,在发生一些剐蹭事故时,钢制结构更容易修复,而铝制件则很可能需要直接更换。”孙黎说,对于消费者而言,钢制的结构件和覆盖件,意味着更低的维修成本,甚至更低的保险费用。

爱驰U5下车体选用铝合金材料,也是物尽其用的理念。孙黎介绍,选用铝合金,除了轻量化的好处,在前期设计开发中也可以省一些模具费用。同时,爱驰汽车在下车身这种关键力学路径上使用铝合金材料,并结合不同制造工艺的特点,能更好的发挥铝合金材料的长处。

 3、奥迪供应商提供铸铝零件

车身材料选定之后,下一步是解决成形工艺和连接工艺。

对于钢而言,成形工艺和连接工艺都已经相当成熟了。由于用到了前所未有高强度的钢材,以及和铝合金创新组合,在铝合金零部件成形,以及铝合金和钢材连接方面,爱驰也需要克服挑战。

在铝合金成形工艺上,爱驰U5下车身用铝合金,采用冲压成形铝材、挤压成型铝材、高压铸铝成形三种材料制造。

对于承力部件,要有较高的强度,比如车身框架的铝合金连接件,主要用铸造方式成形。爱驰的高压铸铝零部件,最薄处仅3毫米,断裂延伸率超过10%。孙黎称,全球只有不超过三家企业可以做到如此高水平。

这自然是高手之作。爱驰汽车找到了全球轻量化铸件专家乔治费歇尔公司(GF)。GF是奥迪A8全铝铸件供应商。爱驰和GF,在先进超高真空铝压铸技术、汽车铸造零部件强度优化提升、汽车铸造零部件轻量化解决方案等领域进行了全面的技术探究与储备。

钢铝各自成形还不够。爱驰采用“上钢下铝”布局,要求上车身和下车身能够很好的连接在一起。对于汽车生产最常用的焊接方式,由于铝合金与钢物理性质相差太大,熔点区别大,导致很难用熔焊的方式焊接。对于1系、3系等焊接性良好的铝合金,还可以用钎焊的方法进行连接。但是,对于承载部位的铝合金,比如压铸铝,钎焊无能为力。此时,一般采取铆接、粘接和螺栓连接。

爱驰采取两种方式解决钢铝连接问题。

首先是,爱驰全球首次实现了同种厚度热成型钢与铝板的自冲铆连接,这才使得“上钢下铝”成为可能。

所谓自冲铆连接(Self-Piercing Riveting,SPR),是利用冲击力,将铆钉刺穿板材,并在模具内形成一个反锁机构的连接方式。这种方式在连接过程不破坏板材的镀层。

自冲铆连接工艺

其次是,流钻自攻螺接(Flow Drill Screw,FDS)工艺。这种将螺丝钻进板材打孔,一边摩擦发热,还一边攻丝,兼有铆接、螺接甚至焊接的妙处。

流钻自攻螺接工艺

爱驰公司介绍,他们的异种材料连接工艺,超越凯迪拉克CT6及其他豪华车厂。

4、设计:多重安全防护

材料搞得定、工艺搞得定,设计师心里有谱,就可以大胆设计结构了。

买车都想买安全的。坐在车里的时候,遇到碰撞,车身结构设计才能保安全。爱驰的目标是打造CN-CAP五星安全标准的电动车。

首先对于乘员保护,爱驰U5使用了创新的车身结构,由前后连续的纵向截面梁形成“五环”形坚实的笼形超高刚度车身。白车身扭转刚度超出同行业标准40%。热成型钢当然帮助很大。

其次,在行人碰撞防护方面,爱驰的设计包括,前大灯可压溃式支架,以降低头部伤害;前保吸能及行人防卷入结构,在人车碰撞时可防止行人卷入车下,同时降低对行人小腿的伤害等等。

对于电动汽车的安全设计来讲,传统的乘员安全设计、行人安全设计之外,还要加上动力电池包安全设计。

爱驰U5设计了增强型电池包骨架结构,360度无死角保护电池包。孙黎介绍,“在电池的前端,我们加了一个热成型钢材料的防护板,在车辆底盘遇到一些极端碰撞时,能够对电池起到很好的保护作用。”

爱驰U5动力电池包下线

对于车辆可能遇到的追尾碰撞,爱驰U5的下车身有合理的载荷传递路径,通过真空压铸件传递到门槛梁,分散冲击力。“我们对于关键结构保证足够高的强度,同时在结构设计上又很注重撞击能量的吸收,最大限度地保证电池的安全性。”

钢铝混合,再加上工艺创新和设计创新,爱驰U5设计了这样一个白车身。爱驰U5这样坦白交代的方式,会不会让消费者对车辆更有信心呢?(完)

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