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用强度说话——车身轻量化的比拼
转载 :  zaoche168.com   2013年08月19日

  大众在车体结构中持续增加高强度钢的应用,使车身重量下降并满足了严苛的环保法规要求。这与之前关于铝或成为轻量化首选的预测大相径庭。这个德国老牌汽车制造商使用了更轻更薄的高强度钢来使最新的高尔夫车型减少了100公斤。

高强度钢的应用使最新款高尔夫减轻100公斤

  “我们在使用越来越多的高强度钢,这是一项非常划算的方式让汽车减重,”大众材料研发与制造负责人Armin Plath说道,“在钢材工程领域创新,可以避开那些昂贵的新材料比如铝或碳纤维,而同样取得减重的效果。”

  在2009年北美先进高强度钢(AHSS)每辆车的平均应用量猛增至150磅,是2005年的两倍;而且有望在2025年再次翻番到365磅每辆车。美国福特非常热衷于应用高强度钢,并在嘉年华车型中使用了占其车身结构一半以上的硼与高强度钢的合金材料。同时,日产也计划在今年的众多车型中使用一种新的超高强度钢,每辆车降低15千克的体重。

在轻量大潮中永争第一

  作为自乘式结构的全铝车身豪华车的先锋,轻型设计一直是奥迪的最重要指标。

   “持续的创新策略会使奥迪不断改写轻量化的里程碑,”奥迪研发负责人Wolfgang Dürheimer承诺道,“每一款奥迪新贵都会比前辈更轻。”

  “在超轻量化工程领域,我们调研的不是一种材料,而是众多材料的组合”,他补充说道,“我们的目标是在合适的地方以合适的比例应用合适的材料”。这就是为什么我们同时在使用诸如铝、镁、以及纤维增强塑料(FRP)等多种高端新材料的原因。”

  奥迪在众多车型,从A1一直到A8,中使用的热轧型钢在减重的同时提供了高强度。许多热轧型钢的配件——包括大部分的B柱——都是在奥迪自己的生产线上锻造的。

  在德国的因戈尔施塔特的冲压工厂,两个庞大的天然气熔炉,每个23米长,赫然醒目。一个机械臂夹钳把钢板放在熔炉旁的托架上,由陶瓷辊把钢板输送到熔炉内不超过4分钟,熔炉温度在920摄氏度以上。

  在熔炉出口,一个机械臂夹钳迅速将白热化的钢板放入闭合力超过600吨的液压机。  冷水注入冲压机的钢模中使钢材冷却到180度左右。

  由此而形成的马氏体相变结构可以使钢材承载1500兆帕的应力,相当于一架悬索桥钢缆的应力规模。它每立方毫米横截面的钢丝都能承受150公斤的应力。强度如此高的特质使它只能用激光或钻石才能切割。

  “B柱的不同段位是需要不同强度的,因为要协调碰撞变形的整体平衡。也就是说,B柱柱体的底部需要被削弱而着重加固顶部。这样在侧撞中,柱体底部首先变形并吸收大部分碰撞能量,而更接近乘员的顶部得以保全。”

  一些热轧型材使用的是特殊配比的材料,Dürheimer补充道,“这些定制化的配件使用了不同种类的钢材(硼合金以及微合金工艺),这样它们可以满足不同位置的强度需求。”

  Dürheimer继续道,“在同一个配件上高精度地配比强度指数,并通过不同组合的新材料实现它,是奥迪首创了这个原则,并且研制成功。刚才提到的B柱侧撞变形,就是奥迪的发明。它既使乘客的安全有了更大的保障,同时使车顶在小型事故中免于昂贵的变形受损。”

  “至于定制化的型材,我们根据不同要求把钢板轧制成不同的厚度。奥迪同样在这个领域是全球的领先者。我们的工程师们计划把两种科技混合在一起,他们在减重车身的同时挖掘更更高强度的潜力。新一轮的热轧工艺也提供了创新思路。智能化的工具及工艺流程设计使同一块钢板的不同部位以不同温度冷轧或热轧,由此赋予同一个板材上不同的强度。”

减重的关注

  尽管丰田混合动力驱动作为发动机发展的先驱者引领了新能源经济,许多丰田车型在轻量化的角逐中也毫不示弱。2013版Avalon(亚洲龙)就是其中的一例。亚洲龙车型总工Randy Stephens以及他的开发团队在美国密歇根州安阿伯市的丰田技术中心尽力使亚洲龙更轻,同时更硬,以有助于提升车的总体驾驶性能。2013版比2012款轻了110磅(约50千克),使总重保持在3461磅。

  “在柱体和rocker panels增加更多高强度钢材,我们能在保持碰撞强度的前提下使车身更轻,” 车身外壳及外部装饰总工Rob McConnell 说道。

轻量级——高品质

  通用集团的卡迪拉克CTS轿车比原先的款式更长更轻,强度也提高了,且提供了更为精准的操控微调系统,使车内更加舒适、安静。“车身的新结构使这款车素来已久的高品质有了新的提升,平衡与操控性有所加强,同时又感觉非常稳定和舒适。” CTS项目工程经理John Plonka说道。“新款车型的所有性能的提升都是源于轻车身结构的策略,高强度材料提供了更流畅更宁静的高品质驾驶体验。”

  轻型新材料的创新使用——包括在通用历来的生产线上第一次使用铝质车门,使2014版CTS的车体重量只有3600磅,比2013版的宝马528i轻了200磅,比2013版的同款车型轻了近7%。

  最前沿的新材料,包括镁、轻型高强度低合金钢以及烘烤硬化钢等多种选择,使工程师们把CTS的结构可以细化研究到每一克,使车身在增加强度和舒适度的同时不必增加体重。

  后悬吊架主体为钢结构,以减震减噪并平衡车头发动机部分的重量,这样的设计使CTS车型前部与后部的重量相差无几。同时,前所未有的低置的前桥为车身的稳定性提供强劲的支持,也使驾驶更为舒适安静。

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