在高档轿车车架结构方面,德国的汽车生产厂家不断地推出新的方案。奥迪A8轿车铝合金材料的空间桁架方案,以及梅赛德斯-奔驰公司老款CL系列轿车的塑料翼子板,就是两个很好的实例。
而中档轿车中的情况则完全不同:大批量生产,每年的产量在几十万辆,而且不断增加的成本压力使得汽车生产厂家逐渐失去了做试验的兴趣,因此,最受欢迎的是价廉物美的材料和工艺技术。就连在奥迪A4和A5系列轿车中采用了传统的钢结构车架的奥迪公司也声称:混合材料结构的车架有着独特的优点。
因此,奥迪公司在A6系列的轿车车架中另辟蹊径:钢结构车架局部采用了铝合金材料,在奥迪A4的保险杠横梁和A5轿车的前翼子板等处都采用了铝合金材料,而且,还在材料的强度上搞了不少新花样,如“软”冲压钢材、高强度钢材、超高强度钢材和最高强度钢材以及变形硬化的钢材。
奥迪A4的车架主要是由强度很高的钢材制造而成的
车头和车尾的材料
大多数情况下,轿车的车头和车尾使用的都是钢材料,大多数驾驶室使用的是高强度和超高强度的钢材。变形硬化的材料主要用于允许塑性变形很小的部位,它的主要任务是“载荷分配器”,即将外力引导到能够吸能的区域,其抗拉强度可达1 500N/mm2,在加热到950℃时再通过压力加工、急剧冷却而成形。奥迪公司率先使用了这种材料,他们利用激光将不同厚度的材料焊接在一起。其优点是,与原来设计的奥迪A4不同,新型奥迪A4的生产由原来的11个焊接机器人缩减到5个,主要的连接工艺技术是点焊(约5 000个焊点)和粘接(粘接长度约95m),此外还有部分MAG惰性气体保护焊、等离子焊和远程激光焊接等。
据奔驰公司C级轿车的主任设计师Klaus-Peter Claar先生介绍,梅赛德斯-奔驰公司T型C级轿车设计的宗旨是“在正确的部位使用正确的材料”。其车架中70%的板材使用的是超高强度钢材,或者高强度钢材;20%的零部件(如B立柱)则是由强度特别高的变形硬化合金钢制造的,其抗拉强度是传统钢材的3~4倍,在原C级轿车中,这种钢材的用量仅有1%;其余25%的车架材料使用的是传统的钢材,原C级轿车中传统钢材的比例占56%;铝合金材料的比例为3%;塑料材料的比例在新型C级轿车的车架中所占比例较少,仅为2%。
奥迪A4轿车的车架与梅赛德斯C级轿车车架通常都含有铝合金材料。例如前翼子板、前保险杠弯梁和碰撞吸能盒,以及汽车仪表盘下的横梁和车门等。梅赛德斯-奔驰公司首次试验成功了铝合金材料的刮水器总成。这一发明又使车辆减轻了300g的重量,同时,仪表盘下方的横梁成功地减轻了2kg的重量。
据Claar先生介绍:与原车架相比较,新型车架总成的抗扭性能提高了约12%,尤其是底盘中的横向支撑架对纵梁连接更加稳定。与变形硬化钢材和变截面钢材一起,即使是在很高的碰撞速度冲击下也能保证驾驶室不变形。在车架的外部,设计了多个支撑,这些支撑杆的壁厚在特殊轧制工艺的轧制下是不断变化的,保证了横梁外侧强度大于内侧强度。
粘接工艺技术的应用
宝马 M3轿车的前翼子板由塑料材料制成,每一个塑料翼子板可以减轻重量1.5kg
在车架的生产制造过程中,也使用了粘接工艺。不同材料粘接的粘接缝的总长度约60m,其他重要的连接工艺技术当属点焊和激光焊接。它们的增加使得钎焊和MAG惰性气体保护焊逐渐成为历史。梅赛德斯C级轿车车架的激光焊接部件种类很多,例如车门、侧壁和后货箱盖等,共有640条激光焊缝,约占车架连接总量的15%。未来,梅赛德斯-奔驰公司将会更多地采用激光焊接工艺技术制造车架。
宝马3系列轿车的车架主要使用的也是钢材。在宝马3系列Cabriolet型轿车中,甚至首次在传统的纺织敞篷中也使用了金属结构件。宝马公司的这款敞篷车的重量增加了大约200kg。为了尽可能少地增加重量,轿车的前翼子板采用了塑料材料,其重量只有钢材翼子板的一半。当然,这一轿车的车架也在容易接触到碰撞能量的地方使用了多相钢和轧制的变截面钢材,以便在受到碰撞时能承受碰撞的冲击力。
塑料材料制造的前翼子板也是新型宝马M3轿车的标志。这种热塑性塑料的耐热性能很好,使它能够整体进入喷漆室进行喷漆,无需特殊的装配工位和喷漆设备。每一个塑料翼子板就可以减轻重量1.5kg,同时也改善了车桥的载荷分布。
宝马M3轿车车架的其他部分共有700个板材构件和5 500多个焊点。M3车架95%以上的装配工作都是自动化完成的。在车架生产的同时也在制造CFK材料的车顶,在车架喷漆之后将两者组装到一起。
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