劉洲,胡玉潔,付丹,郭文博

(東風(fēng)汽車(chē)集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，湖北武漢 430058)

0 引言

汽車(chē)儀表板橫梁(Cross Car Beam，CCB)是儀表板總成的重要組成部分。圖1所示為儀表板橫梁及其環(huán)境件，CCB為儀表板本體及其附件、安全氣囊、轉(zhuǎn)向管柱、空調(diào)箱體等零部件提供承載固定。它直接與車(chē)身相連接，承受并傳遞支撐和連接的零部件的載荷，直接影響著整車(chē)的工程設(shè)計(jì)、駕駛操作和安全性[1]。

乘用車(chē)常采用的CCB為鋼梁焊接金屬支架結(jié)構(gòu)，隨著整車(chē)輕量化技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)出現(xiàn)了多種新的CCB技術(shù)方案。單純從選材種類(lèi)角度可以分類(lèi)為：(1)鋼制儀表板橫梁。包括鋼沖壓焊接型和鋼管梁型，采用不銹鋼或普通鋼材焊接成型；(2)鎂鋁合金輕金屬儀表板橫梁，簡(jiǎn)稱(chēng)為輕金屬CCB。包括鋁合金型材焊接和鎂合金壓鑄成型；(3)輕金屬與非金屬?gòu)?fù)合材料混合型儀表板橫梁，簡(jiǎn)稱(chēng)為混合型CCB。采用鋁合金型材和塑料一體注塑成型后裝配鎂合金壓鑄件；(4)全塑CCB。采用玻璃纖維或碳纖維復(fù)合材料注塑成型[2-4}。

各大整車(chē)廠對(duì)CCB的輕量化進(jìn)行了不同程度的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用研究[1，5]。但是，對(duì)于乘用車(chē)CCB輕量化技術(shù)在現(xiàn)階段應(yīng)用的成熟度、發(fā)展趨勢(shì)以及輕量化與整車(chē)成本的關(guān)系等，還需要進(jìn)一步研究。

圖1 汽車(chē)儀表板橫梁及環(huán)境件示意

1 研究方法介紹

基于A2MAC1系統(tǒng)平臺(tái)，抽檢近20年來(lái)的63款量產(chǎn)車(chē)型作為分析對(duì)象，涵蓋歐系、美系、日韓系、國(guó)產(chǎn)品牌具有代表性的車(chē)型，抽樣數(shù)量分布見(jiàn)圖2。

圖2 抽樣車(chē)型數(shù)量分布

2 結(jié)果與討論

2.1 儀表板橫梁選材及質(zhì)量現(xiàn)狀

對(duì)抽檢的量產(chǎn)車(chē)型CCB按選材種類(lèi)進(jìn)行質(zhì)量統(tǒng)計(jì)，抽檢車(chē)型橫梁的質(zhì)量分布如圖3所示，可知：

(1)目前量產(chǎn)車(chē)型仍以鋼制CCB為主流，輕金屬CCB和混合型CCB的數(shù)量?jī)H約占1/4。且輕金屬CCB方案多于混合型CCB方案，抽檢車(chē)型中無(wú)全塑CCB量產(chǎn)方案；

(2)根據(jù)不同車(chē)型及CCB結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，鋼制CCB的質(zhì)量分布為5～13 kg，平均質(zhì)量約8 kg；輕金屬CCB的質(zhì)量分布為4～8 kg，平均質(zhì)量為5～6 kg；混合型CCB的平均質(zhì)量為3～4 kg；

(3)相較于鋼制CCB，輕金屬CCB和復(fù)合型CCB輕量化效果明顯，且混合型CCB具有更大的輕量化潛力，可認(rèn)為是現(xiàn)階段最先進(jìn)的輕量化技術(shù)方案。

圖3 不同方案儀表板橫梁質(zhì)量分布

2.2 儀表板橫梁輕量化技術(shù)分析

2.2.1 行業(yè)整體現(xiàn)狀

對(duì)抽檢的量產(chǎn)車(chē)型CCB按車(chē)型品牌類(lèi)別進(jìn)行質(zhì)量統(tǒng)計(jì)，抽檢車(chē)型CCB的質(zhì)量分布如圖4，可以發(fā)現(xiàn)，歐系車(chē)型的CCB平

均質(zhì)量明顯低于其他品牌車(chē)型。這是因?yàn)闅W系車(chē)型應(yīng)用輕量化方案比例較高，由圖5可見(jiàn)歐系車(chē)型CCB輕量化方案應(yīng)用比例超過(guò)50%，且輕金屬和混合型方案均有量產(chǎn)車(chē)型應(yīng)用。反觀其他車(chē)型，美系和自主車(chē)型僅有少量輕金屬CCB應(yīng)用，日韓車(chē)型則基本均為鋼制CCB。

圖4 不同車(chē)型品牌儀表板橫梁質(zhì)量分布統(tǒng)計(jì)

圖5 不同車(chē)系儀表板橫梁技術(shù)方案統(tǒng)計(jì)

由分析可知，相較于美系、日韓和自主品牌車(chē)型，在現(xiàn)階段歐系車(chē)型的CCB輕量化技術(shù)處于領(lǐng)先地位，且存在輕金屬和混合型CCB 2種輕量化方案。

2.2.2 歐系車(chē)型輕量化路徑

以歐系中有代表性的4家車(chē)企近20年來(lái)的車(chē)型為統(tǒng)計(jì)對(duì)象，在數(shù)次改款的過(guò)程中，各家車(chē)型的CCB方案的變化趨勢(shì)如圖6所示。奔馳部分車(chē)型總體上經(jīng)歷了從鋼制CCB到輕金屬CCB，最后到混合型CCB的技術(shù)發(fā)展路徑，混合型CCB為其現(xiàn)階段的主流輕量化方案；而寶馬、奧迪和大眾現(xiàn)階段主流輕量化技術(shù)是輕金屬方案；與此同時(shí)，出于成本考慮，歐系仍有部分車(chē)型采用鋼制CCB方案。

圖6 歐系車(chē)型CCB輕量化技術(shù)趨勢(shì)

2.3 輕量化技術(shù)與整車(chē)價(jià)位關(guān)系分析

零件輕量化技術(shù)的應(yīng)用，往往不可避免地帶來(lái)成本的增加，各主機(jī)廠一般會(huì)制定車(chē)價(jià)定位與輕量化方案策略。圖7列舉了部分搭載輕量化CCB方案的車(chē)型價(jià)位分布情況，可見(jiàn)搭載輕量化CCB的車(chē)型定價(jià)一般大于30萬(wàn)元，但同時(shí)也可以看到低價(jià)位車(chē)型采用輕量化方案的可行性。

圖7 搭載輕量化CCB方案的車(chē)型價(jià)位(最低配置)分布

2.4 混合型CCB關(guān)鍵技術(shù)分析

2.4.1 關(guān)鍵技術(shù)分析

以圖8所示的某車(chē)型混合型CCB為例，該CCB采用鋁合金管材作為嵌件，注塑塑料后采用FSD工藝裝配鎂合金壓鑄件。成型工藝流程如圖9所示，成型核心技術(shù)在于將表面處理后的鋁合金主管梁在注塑模具內(nèi)通過(guò)高壓水進(jìn)行漲型，解決了鋁合金管梁與模具的貼合問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)塑料材料的注塑成型。另外，通過(guò)鋁合金的表面處理及與塑料的咬合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)鋁合金與塑料支架的高強(qiáng)度連接。

圖8 某車(chē)型混合型儀表板橫梁

圖9 混合型儀表板橫梁成型工藝流程

2.4.2 低成本技術(shù)分析

作為現(xiàn)階段最先進(jìn)的輕量化技術(shù)方案，混合型CCB成本較高是阻礙其廣泛應(yīng)用的主要原因。據(jù)調(diào)研，相比于鋼制CCB約100元/件的價(jià)格，混合型CCB成本約400元/件以上。根據(jù)現(xiàn)有混合型CCB方案，對(duì)其低成本化提出以下建議：

(1)材料成本角度。使材料國(guó)產(chǎn)化或者用低價(jià)格材料替代，如采用長(zhǎng)玻纖聚丙烯材料替代玻纖增強(qiáng)尼龍材料；

(2)模具、設(shè)備成本角度。研究用鋁管材精加工替代鋁管

高壓水漲型的可行性，以降低設(shè)備成本；同時(shí)結(jié)合塑料支架分塊注塑的方式，降低模具成本；

(3)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。避免主管梁彎梁設(shè)計(jì)，降低成型工藝難度；

(4)實(shí)現(xiàn)儀表板橫梁開(kāi)發(fā)平臺(tái)化，降低零件開(kāi)發(fā)費(fèi)用均攤成本。

3 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)階段儀表板橫梁仍以鋼制橫梁為主，已量產(chǎn)車(chē)型的輕量化方案有輕金屬CCB和輕金屬與復(fù)合材料混合型CCB，其中混合型CCB具有更大的輕量化潛力，是現(xiàn)階段最先進(jìn)的輕量化技術(shù)方案。在CCB輕量化技術(shù)應(yīng)用方面，歐系車(chē)型處于領(lǐng)先地位，但不同車(chē)企采取了不同的輕量化方案。搭載輕量化CCB的車(chē)型定價(jià)一般大于30萬(wàn)元，但是隨著低成本技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)CCB的輕量化技術(shù)會(huì)得到廣泛應(yīng)用。