“这台车白车身的技术水平不简单啊。”
前几天,我们把领克首款纯电动车ZERO concept白车身下线的新闻分享到了读者群后,群里一位在一汽-大众任职的焊接工程师小陈不禁发出上述的感叹。他这一句话也激发了《新车新技术》编辑部和不少读者的兴趣。领克ZERO concept白车身到底不简单在哪儿呢?在我们的邀请下,小陈决定写篇文章给大家解惑。以下就是他对领克Zero Concept车身技术的一些专业解读:
大家好,我是一名一汽-大众的焊接工程师,负责大众、奥迪两大品牌车型的车身焊接规划和质量管理。相对于市场销售,生产制造属于幕后工作,但我们也需要经常关注市场上的新技术,不断提升制造和工艺水平。最近,我看到
领克Zero Concept(参数|图片)白车身下线的新闻,有不少技术亮点让我觉得非常惊叹,借此机会,和大家分享下我的见解。
钢铝车身牛在哪里?
捷豹XE的全铝车身
上世纪90年代,奥迪和捷豹开始量产全铝车身,作为能够参与到奥迪车身制造的人员,全铝车身一度是我和同事们非常骄傲的一项技术。
全铝车身最大的特点是质量轻、强度高,铝合金密度是钢的1/3-1/4,但抗拉强度可以达到540MPa,而普通钢材为400-450MPa左右,这就意味着我们可以用极少的铝合金实现和钢材一样的强度。
因此,“轻”一直是汽车车身设计的核心发展方向。有数据显示,整车质量降低10%可以让燃油效率提高6-8%左右。如果车身重量减小20-30%重量,可以减少10%的能量消耗,让燃油车百公里油耗降低0.5升。纯电动车的能耗和续航关乎着用户的用车体验,轻量化更是车身开发中极为重要的一环。
不过,随着碰撞要求的不断提高,全铝车身的强度已经无法满足当下车身强度的要求。另外,由于铝合金熔点低,难以焊接,全铝车身的制造成本、维修成本一直非常高,对消费者的钱包非常不友好。因此,全铝车身一直没有普及到普通车型上,只有豪华车才用得起。
全新奥迪A8的钢铝混合车身
近年来,随着新材料及制造能力的发展,原本用在军事领域的高强度钢、热成型钢开始成为车身材料的新宠,领克在CMA平台产品上就开始使用热成型钢。高强度钢和热成型钢的抗拉强度达1000MPa以上,超高强度热成型钢甚至可以达到2000Mpa,几乎是铝合金的2-4倍。
在我看来,这对全铝车身造成了一定的影响。我们买东西都说性价比,车身材料的选择也有类似的情况。过去普通钢材强度、重量皆不如铝合金,所以铝合金的“性价比”更高,但在热成型钢投入使用后,它碾压式的强度,可以在相对更少的重量下实现更高的强度,这让钢材又有了一些反超铝合金的趋势。
铝合金的轻加上热成型钢材的强度,强强结合催生出全新的钢铝混合车身形式。新一代的奥迪
Q7(参数|图片)、A8(参数|图片)都开始采用钢铝混合车身,而领克Zero Concept也采用了这一尚未大面积普及的技术。
此外,钢铝混合车身是一种可以“因地用材”的完美设计。大家都知道,车身并非越硬越好,而是要该硬的地方硬,该软的地方软。像前舱、后备箱这些在碰撞时要溃缩吸能的位置,车身材料就应该软;而座舱位置的车身则需要硬,尽可能地保证乘员舱不变形,保护乘员安全。
领克Zero Concept就采用了镁铝材料作为外围吸能件,内部乘员舱则采用高强度钢。既保证了外围可以充分吸能,内舱也拥有优异的防护性能,这一设计思路和奥迪A8、Q7完全一致。
值得一提的是,钢铝混合车身设计尤其适合领克Zero Concept这种纯电动车,因为在SEA浩瀚架构中,电池安置在座舱下方,使用采用高强度钢材打造的座舱框架可以更好地保护电池的安全,更好避免电池包变形、穿刺。
尽管高强度钢的强度优势减弱了铝合金的低重量优势,但钢铝混合车身想要实现和全铝车身相似的重量,也不是一件容易的事情。。根据领克公布的资料,Zero concept保持着全铝一样的车身重量。这一轻量化成果还离不开领克的一项先进技术,那就是拓扑优化。
拓扑优化是一种以材料分布为优化对象,通过拓扑法,找到最合理的材料分布的设计方式。对于大多数人来说,这是一个陌生的名词,但它并不是一个“新东西”,在航空、建筑等领域,拓扑优化是惯用的设计手段。但值得注意的是,尽管不是全新的技术,但拓扑优化的技术门槛相当高。
以建筑为例,我们想象中牢靠的房子可能就是结结实实的钢筋混泥土结构,或者说建筑材料越好、越厚重就越牢靠。但实际上,当下很多优秀建筑并没有厚重的结构、材料,而是通过拓扑优化,在不同区域采用不同的设计和材料,达到最终的强度目标。
譬如上海的喜马拉雅艺术中心,看似粗糙、充满空洞的结构下依旧有着极高的强度,孔洞中的钢结构不仅能够减少建材的使用,还保证了结构的强度。
在汽车领域,拓扑优化是当下车身设计领域最前沿的设计方法。领克Zero Concept底盘上的蜂窝钢板结构就是拓扑优化的一大体现,通过蜂窝状的设计,在减少材料和重量的同时,满足了结构强度的设计目标,在产生碰撞时,蜂窝钢板还有着更好的吸能效果,进一步提升对于车内乘员、关键部件的保护。
不输豪华品牌的造车工艺
相比全铝车身,钢铝混合的制造难度和成本有所降低,但对制造工艺提出了更高的要求。传统钢制车身主要是通过点焊、MIG/MAG焊来进行连接,但钢、铝的物理、化学特性大相径庭,所使用的冲压、焊接、铆接、喷涂工艺各不相同。就拿焊接来说,钢材和铝合金的熔点差异很大,传统焊接工艺无法将二者焊接在一起,这就需要采用更先进的铆接、焊接工艺。
领克ZERO concept使用了SPR自冲铆接工艺、FDS热融自攻丝连接工艺、CMT微光钎焊工艺三种创新工艺。这三种工艺一汽-大众也有使用,但只有奥迪品牌的车型才会全部使用到这三种工艺,大众品牌只会用到其中一种或两种,尤其像FDS工艺,大众所有车型都还没有使用。
FDS工艺之所以没有大规模应用,一方面是因为FDS工艺主要用来铆接较厚的部件,普通车型的零件厚度还没有到这一步;另一方面,FDS铆接设备也十分昂贵,我们车间的两台Weber的FDS铆接设备,仅购买成本就达到160万。所以,FDS工艺目前有BBA、路虎、保时捷等这些豪华品牌使用。
还有CMT微光钎焊工艺,这是一种多用于薄材、钢铝异种焊的焊接工艺。传统的MIG/MAG焊接存在热输入量大、变形量大、无法避免飞溅等缺点,而且焊接厚度必须大于1mm。CMT微光钎焊工艺不光解决了这些问题,而且焊接速度更快,厚度要求也降低至1mm以内,同时还能实现刚和铝的异种焊接。这些优势让CMT工艺非常适合钢铝混合车身,大众高端车型和奥迪车型都有采用这一工艺。
领克ZERO concept还有一大亮点是高压铸造成型技术,其后备箱底板仅用了1个铸造件,就代替了原来13个结构零部件。据我所知,大众集团尚未使用这种一体化铸造成型技术,但我看到特斯拉已经开始在
Model Y(参数|图片)上使用。
一体化高压铸造成型技术技术能够将多个零部件进行了集成化设计,并进行一体化铸造。大幅减少零件数量,更有利于自动化装配,提升生产效率。尤其对特斯拉来说,一体化铸造的工艺流程更简单,可以显著降低成本。而对于将安全作为品牌核心价值的领克来说,将此前需要铆接、焊接的零件整合在一起,大大提高了整个零件的强度,以及整个车身的安全防护能力。
在我看来,在车身设计和制造方面,领克ZERO concept已经走在了汽车制造业的前列,先进的钢铝混合车身、冲压、焊接、铆接工艺等一系列的轻量化、高安全技术,完全达到了豪华品牌的水准,和大众品牌比,更是有着明显的优势。
虽然我一直在合资主机厂工作,但近年来,我发现自主品牌的设计和制造能力有着飞速的提升。而领克ZERO concept的白车身下线,又再次刷新了我的认知。另外,据我了解,在电子电气架构方面,领克ZERO concept所使用的SEA浩瀚架构也不输特斯拉和VW.OS,这些技术亮点让我十分期待它的量产车型,未来有机会一定要去好好体验一番。