淺談奧迪車鋁車身技術(shù)

長(zhǎng)春職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車分院 梁 峰

1 奧迪車框架結(jié)構(gòu)車身發(fā)展

隨著人們環(huán)保意識(shí)和節(jié)能意識(shí)的提高，降低車身重量已經(jīng)成為汽車發(fā)展趨勢(shì)。要降低汽車排放對(duì)于生態(tài)環(huán)境的污染，就要把汽車效率提高，而提高汽車效率有3個(gè)主要途徑：降低車身重量、降低車身風(fēng)阻、提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率。這3個(gè)主要途徑中，汽車外形設(shè)計(jì)和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，可提高難度大、費(fèi)用高。所以，降低車身重量是最有效的途徑。

根據(jù)汽車研究機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得知，如果汽車整車整備重量減少5%，汽車燃油經(jīng)濟(jì)性可提高3%；汽車整車整備質(zhì)量減少50 kg，汽車每行駛100 km油耗可以減少0.3 L。

汽車使用鋁制件來代替鋼制件，能使汽車整車整備重量減少35%；如果汽車采用鋁制發(fā)動(dòng)機(jī)，能減輕25%的重量；使用鋁制冷卻液箱比使用銅制冷卻液箱重量減少35%。由此可見使用鋁材來代替鋼材減輕車輛的重量有著非常好的效果。

為了實(shí)現(xiàn)車身輕量化，奧迪車身運(yùn)用了科學(xué)輕量化設(shè)計(jì)?？茖W(xué)輕量化設(shè)計(jì)被稱作奧迪框架結(jié)構(gòu)車身，所謂框架結(jié)構(gòu)車身，就是在三維立體的空間內(nèi)，使用鑄造件和型材件搭建一個(gè)“車架”，然后再將車身覆蓋件裝配到這個(gè)“車架”上。奧迪框架結(jié)構(gòu)車身采用鋁件、塑料件和碳纖維件組成，使用輕量化生產(chǎn)工藝生產(chǎn)，從而車身降低重量，同時(shí)提高了車輛的安全性。

1995年，奧迪第一代全鋁車身奧迪A8車批量化生產(chǎn)，第一代奧迪全鋁車身使用鋁型材制造，并將車身設(shè)計(jì)成骨架式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)被稱為框架結(jié)構(gòu)車身。2002年，第二代奧迪框架結(jié)構(gòu)車身問世，奧迪第二代框架結(jié)構(gòu)車身所有零部件均采用注塑鋁件和沖壓板材制造而成，并采用膠粘鉚接連接而成，同時(shí)使用了激光焊接，這使得車身結(jié)構(gòu)變強(qiáng)。奧迪第三代框架結(jié)構(gòu)車身全部由鋁型材制造而成，在生產(chǎn)制造方面，手工加工制造更多應(yīng)用于第二代框架結(jié)構(gòu)車身，而智能自動(dòng)化制造更多應(yīng)用于第三代框架結(jié)構(gòu)車身。

2 奧迪框架結(jié)構(gòu)車身技術(shù)特點(diǎn)

2.1 奧迪框架結(jié)構(gòu)車身特點(diǎn)

奧迪框架結(jié)構(gòu)車身創(chuàng)造性地將鋁材和鋼材融為一體，使汽車的穩(wěn)定性和加速性大大改善。這種結(jié)構(gòu)使車身剛度提高50 %，焊點(diǎn)減少30 %，重量更輕的同時(shí)具有良好的碰撞安全性，并極大地減輕了車身重量。無論是安全性、平穩(wěn)性還是靈活性都表現(xiàn)得非常出色，奧迪框架結(jié)構(gòu)車身中，鋁車身梁比鋼車身梁厚度增加0.8倍?？蚣芙Y(jié)構(gòu)車身的鋁件是鑄造而成的，鑄造鋁件的強(qiáng)度更高，在板件連接和應(yīng)力集中部位使用，使用惰性氣體保護(hù)焊和鉚接連接。這種壓鑄鋁件是通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)和增加壁厚來提高強(qiáng)度的。鑄造鋁件根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，能夠做成很復(fù)雜的形狀，并保證這種結(jié)構(gòu)的車身節(jié)點(diǎn)有著較強(qiáng)的剛度。

奧迪鋁車身表面覆蓋件是沖壓制造而成的，覆蓋件使用的鋁板比鋼板厚0.2倍，這些部件的加強(qiáng)板也是采用鋁板材制造而成的。奧迪鋁車身的結(jié)構(gòu)件和覆蓋件都是采用沖壓鉚接連接，沖壓鉚接比焊接的強(qiáng)度高30%，鉚接連接占車身連接中的70%，除了鉚接連接外還采用了膠粘、折邊、鉤鉗等連接形式。

2.2 奧迪框架結(jié)構(gòu)車身輕量化技術(shù)

奧迪框架結(jié)構(gòu)車身輕量化技術(shù)采用了鑄造鋁件、鋁板材、鋁型材等材料，使得車身重量比鋼車身輕40%，更重要的原因是因?yàn)閵W迪采用了框架結(jié)構(gòu)車身設(shè)計(jì)，框架結(jié)構(gòu)車身上面，各個(gè)零部件的截面都是不同的，這取決于每個(gè)零部件的功能和作用。這就好像鳥類的骨骼，以最小的重量實(shí)現(xiàn)最大的功能。在不安裝發(fā)動(dòng)機(jī)室蓋、車門、行李箱蓋的情況下，奧迪A8L車身重量?jī)H為220 kg。

2.3 奧迪框架結(jié)構(gòu)車身安全技術(shù)

奧迪框架結(jié)構(gòu)車身使用封閉結(jié)構(gòu)的鋁材做防撞梁，并在車門鉸鏈、車門內(nèi)板、A柱、B柱、C柱、門檻、地板等地方使用了加強(qiáng)版，這樣大大地加強(qiáng)了車身結(jié)構(gòu)，從而滿足車身的碰撞要求。

鋁的吸能性比鋼要好，鋁車身能顯著提高汽車的安全性能，鋁車身防撞梁在碰撞過程中產(chǎn)生潰縮，使大量能量被吸收。除了吸能外，框架結(jié)構(gòu)車身縱梁和地板設(shè)計(jì)成同一個(gè)高度，這樣縱梁傳遞過來的能量可以通過地板和側(cè)圍傳遞出去，從而減少乘客在碰撞過程中所受的傷害。例如當(dāng)車輛發(fā)生正面碰撞時(shí)，碰撞能量會(huì)被前保險(xiǎn)杠吸收一部分，同時(shí)縱梁會(huì)傳遞一部分能量到地板、側(cè)圍和頂蓋，這樣地板會(huì)吸收一部分能量，側(cè)圍和頂蓋會(huì)吸收一部分能量，從而更好地保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)和乘客室。此外鋁制車身重量輕，所以車輛的動(dòng)能也就小，從而減少車輛碰撞過程中產(chǎn)生的能量。例如在正面安全測(cè)試時(shí)，車輛速度為56 km/h，車輛正面與障礙物碰撞，碰撞后仍能開啟車門。

3 奧迪框架結(jié)構(gòu)車身優(yōu)點(diǎn)

3.1 車身重量輕

與之前的鋼車身重量相比較，奧迪采用框架結(jié)構(gòu)鋁車身可以使車身總重量減輕100 kg以上，車身重量的減輕使得車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和操縱性有了很大的提高，這就是框架結(jié)構(gòu)鋁車身的最大優(yōu)點(diǎn)，也是奧迪框架結(jié)構(gòu)鋁車身提供給客戶最明顯的體驗(yàn)，其輕量化表現(xiàn)如表1所列。

表1 奧迪框架結(jié)構(gòu)車身輕量化實(shí)例

3.2 車身耐腐蝕

鋁與空氣接觸之后會(huì)被氧化生成氧化鋁，氧化鋁附著在鋁件表面，使得鋁件不能與空氣和水分接觸，阻止鋁件的腐蝕，所以鋁制車身的抗腐蝕性比鋼制車身要好很多。

3.3 車身更安全

在碰撞過程中，鋁車身的吸能效果更好，通常鋁車身的吸能效果是鋼車身的2倍，所以鋁車身能夠更好地減少在碰撞過程中的沖擊力，從而更有效地保護(hù)車內(nèi)的乘客安全。

3.4 車身更環(huán)保

奧迪框架結(jié)構(gòu)鋁車身，由于車身重量比鋼車身輕，所以降低了車輛的燃油消耗，從而減少了汽車尾氣排放對(duì)于生態(tài)環(huán)境的污染。此外，鋁車身零部件的回收率非常高，所有的鋁部件基本都可以回收，且回收以后再生產(chǎn)所需要消耗的能源少，鋁部件多次循環(huán)回收性能變化不大。此外，回收鋁件消耗的能源是生產(chǎn)鋁件消耗的25%，而回收鋼材的能源消耗則占到55%。這種高效回收的特點(diǎn)使得奧迪鋁車身更具環(huán)保性。

4 奧迪框架結(jié)構(gòu)車身缺點(diǎn)

4.1 加工難度大，成本高

鋁件的加工成型難度大，由于鋁的延展性不好，所以在加工成型過程中很容易產(chǎn)生裂紋。如形狀比較復(fù)雜的車門內(nèi)板，為了在加工過程中不產(chǎn)生裂紋，在設(shè)計(jì)時(shí)盡量保證零件結(jié)構(gòu)過度光滑、平順，讓材料容易流動(dòng)以避免拉裂，這樣鋁板的沖壓成型設(shè)備、工藝要比鋼板沖壓成型設(shè)備、工藝精度高很多，增加了鋁制車身的制造成本。此外鋁件和鋁件、鋁件和鋼件的連接難度大，成本比較高。鋁車身連接工藝直接影響“全鋁車身”的生產(chǎn)制造，現(xiàn)在鋁車身主要應(yīng)用的連接工藝有膠粘、電阻點(diǎn)焊、鉚接、螺栓連接、激光焊等。

4.2 維修困難，維修費(fèi)用高

發(fā)生交通事故后，鋁板件變形大，應(yīng)力比較集中，鋁件的硬度大，加上鋁的延展性不好，容易產(chǎn)生裂紋，所以鋁板件變形以后很難修復(fù)，鋁件變形后只能更換，使得鋁件的維修費(fèi)用高昂。

5 奧迪框架結(jié)構(gòu)車身的未來

奧迪框架結(jié)構(gòu)車身對(duì)于車身重量的減輕具有革命性的意義，雖然奧迪框架結(jié)構(gòu)鋁車身的生產(chǎn)成本比較高，但是卻極大地減輕了車身重量，并且提高了車身的強(qiáng)度、整車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。此外，鋁材基本可以完全回收利用，具有非常重要的環(huán)保意義，由此我們相信奧迪框架結(jié)構(gòu)鋁車身有著更美好的明天！