为什么高端汽车都在用钢铝混合车身
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%,安全系数得到了大幅提升,整车轻量化已经成为趋势。
为什么车身重量更轻的安全性能又得到提升呢?这是因为铝合金的材质特性所致。铝合金密度更轻,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科技领域。
铝合金性能这么为何"全铝车身"普及率并不高呢,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,安全性能上也略逊于钢。那么如何找到车身材料使用的优解呢?
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Model3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,并且成为了感的象征。国内新能源市场新星ARCFOX推出的量产车ARCFOXαT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,ARCFOXαT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。
车身作为乘员舱,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。一副安全的车身需要兼顾"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,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。
ARCFOXαT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。
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。ARCFOXαT的下车身作为底盘和电池的依托,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轻量化,并让上下车身的重量完美地分配。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。
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。减少了关键位置的连接点,提升了整车的安全性能。
为了保证车身强度,ARCFOXαT针对不同位置开发出强度更高、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,又拥有的碰撞溃缩性能。针对集成多个零件的铝压铸件,ARCFOXαT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。铝本身并不稳定,很容易氧化。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。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。
像ARCFOXαT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又平衡了全铝车身的生产成本以及日后的维修成本,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秘密。