梁峰

摘 要：隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，人們對于汽車的安全性、操縱性要求不斷提高，車身重量也隨之不斷增長。為了打破這種上升趨勢，提高汽車的安全性、舒適性和燃油經(jīng)濟(jì)性，對車身輕量化的研究尤為重要，本文以奧迪鋁車身為例，對鋁車身發(fā)展、鋁車身結(jié)構(gòu)、鋁車身材料進(jìn)行研究分析，提出鋁車身的發(fā)展趨勢既要輕更要強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：奧迪 鋁車身 技術(shù)

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）08（b）-0085-02

1 奧迪框架結(jié)構(gòu)車身發(fā)展

隨著人們環(huán)保意識和節(jié)能意識的提高，降低車身重量已經(jīng)成為汽車發(fā)展重要趨勢。汽車行業(yè)專家認(rèn)為，要降低汽車排放對于生態(tài)環(huán)境的污染，就要把汽車的效率提高，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，降低車身重量是最為有效的途徑。

根據(jù)汽車研究機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，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%；汽車整車整備重量每減少50kg，汽車百公里油耗可以減少0.3L。

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%；如果汽車發(fā)動機(jī)使用鋁來制造，能減輕25%的重量；使用鋁制水箱比使用銅制水箱重量減少35%。由此可見一輛汽車使用鋁材來代替鋼材對于車輛的減重有著非常好的效果。

為了實(shí)現(xiàn)車身輕量化，奧迪車身研發(fā)出一項(xiàng)革命性的技術(shù)-科學(xué)輕量化設(shè)計(jì)。這一科學(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)，從而使車身重量降低到難以想象的程度，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批量化生產(chǎn)。第一代奧迪全鋁車身使用型材鋁制造并將車身設(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，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)變的更強(qiáng)。奧迪第三代框架結(jié)構(gòu)車身全部由型材鋁制造而成，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)造性地使鋁和鋼融為一體，從而提高了汽車的驅(qū)動性，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，而且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，縱梁和橫梁可以設(shè)計(jì)成彎曲的，也可以設(shè)計(jì)成直的，鋁車身的梁比鋼車身的梁厚度增加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)力集中位置使用，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)有著最佳的剛度。

奧迪鋁車身表面覆蓋件是沖壓制造而成的，這些覆蓋件使用的鋁板比鋼板要厚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連接、折邊連接、鉤鉗連接等連接形式。

2.2 奧迪框架結(jié)構(gòu)車身輕量化技術(shù)

奧迪成功的車身輕量化技術(shù)，一方面是因?yàn)椴捎昧髓T造鋁件、鋁板材、鋁型材等材料，這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，這取決有每個(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)動機(jī)艙蓋、4個(gè)車門、行李箱蓋的情況下，奧迪A8L車身重量僅為220kg，毫無疑義地獲得了同一級別車型中的冠軍。

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”根據(jù)仿生物原理設(shè)計(jì)，車身結(jié)構(gòu)像鳥類的骨骼一樣，根據(jù)需要不同位置應(yīng)用不同材料，材料應(yīng)用在必要的結(jié)構(gòu)上。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是使車身達(dá)到最優(yōu)的輕量化設(shè)計(jì)。當(dāng)然，車身絕不是越輕越好，而應(yīng)是“即要輕更要安全”，這就是奧迪框架結(jié)構(gòu)車身——不止于輕，更要強(qiáng)。

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)生潰變，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)，碰撞能量會被保險(xiǎn)杠吸收一部分，同時(shí)縱梁會傳遞出去一部分能量到地板、側(cè)圍和頂蓋，這樣地板會吸收一部分能量，另一部分能量會被側(cè)圍和頂蓋吸收，從而更好地保護(hù)發(fā)動機(jī)和乘客室。此外鋁制車身重量小，所以車輛的動能也就小，從而減少車輛碰撞過程中的能量。例如在正面安全測試時(shí)，車輛速度為56km/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)鋁車身優(yōu)點(diǎn)

3.1 車身重量輕

奧迪采用框架結(jié)構(gòu)鋁車身與之前的鋼車身重量相比較，可以使車身總重量減輕100kg以上，車身重量的減輕使得車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性、動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)（見表1）。endprint

3.2 車身耐腐蝕

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

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兩倍，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，使得乘客更安全。

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，進(jìn)而減少了汽車尾氣的排放，從而減輕了汽車尾氣排放對于生態(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鋁很容易產(chǎn)生裂紋。如形狀比較復(fù)雜的車門內(nèi)板，為了加工過程中不產(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，提高了鋁車身的制造成本。此外鋁和鋁、鋁和鋼的連接難度大，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)用高昂

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)，這樣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，但是它極大地減輕了車身重量，提高了車身的強(qiáng)度，同時(shí)提高了整車的動力性和燃油經(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，相信奧迪框架結(jié)構(gòu)鋁車身有著更為美好的明天。

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