试论轻量化技术在汽车工程中的应用

试论轻量化技术在汽车工程中的应用

陈伟

安徽江淮汽车集团股份有限公司 技术中心 安徽 合肥 230000

摘要：随着经济和科技水平的快速发展，汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能降低汽车的整备质量，从多个方面对汽车整备质量、动力性问题进行统筹规划与合理部署，从而增强汽车的动力，减少燃料消耗及排气污染。因此，汽车行业内部应该立足于汽车轻量化发展标准，尽量在降低汽车整备质量的同时，提高汽车动力性，以满足节能降耗需求。相关数据调查显示，传统汽车整车重量每降低10%，油耗量也会随之降低6%-8%。结合2020年与2025年燃料消耗目标值来看，2020年燃料消耗目标值为0.05L/km，2025年燃料消耗目标值为0.04L/km，而我国2019年燃料消耗值为0.057L/km，距离目标仍有差距。对此，笔者建议我国汽车行业应该加速轻量化布局，充分立足于节能减排政策要求以及汽车发展趋势，全力推进汽车轻量化发展进程。

关键词：汽车车身；轻量化；连接技术

引言

能源汽车轻量化底盘悬架系统离散制造的特点，研究了适用于混流生产的智能制造技术体系。通过构建研发设计平台、信息数据集成管控一体化平台、互联网供应链商务平台以及多品种混流生产智能制造装备体系，实现从产品设计到销售、从设备控制到企业资源管理整体环节的“全面数字化”和加工、制造、装配、焊接、质量等关键工艺环节的“核心智能化”。

1汽车车身轻量化及其对连接技术的挑战问题

汽车车身轻量化发展对相关工艺技术提出了严格要求，尤其是连接技术的应用问题。结合当前情况来看，传统连接技术在汽车车辆轻量化发展中难以发挥出预期的功能作用，再加上多材料轻量化车身的生产要求，导致部分连接技术在应用过程中很容易受到不确定因素的影响而出现隐患问题。以下是笔者结合相关经验，针对汽车车辆轻量化对相关连接技术的挑战影响及问题进行具体分析，以供参考。1）电阻点焊工艺挑战问题。电阻点焊工艺凭借其效率高以及成本低的优势，长期作用于钢制汽车车身装配工艺中。结合以往的经验来看，1辆典型的钢制车身基本90%以上的装配量都由电阻点焊工艺完成。但是多材料轻量化车身在材料方面，主要以高强度钢以及铝钢混合使用为主，导致传统电阻点焊工艺难以对多材料轻量化车身进行针对性处理。2）胶接技术挑战问题。胶接技术主要是指利用胶黏剂与被连接件之间所产生的化学反应作用实现材料连接过程。虽然从客观角度上来看，胶接技术可以有效确保车身结构的安全性。但是对于多材料车身而言，由于受到铝钢热膨胀系数差异较大的影响，其在应用胶接技术的过程中会产生车身结构变形问题。3）机械连接技术挑战问题。以自冲铆接技术为例，高强钢变形较为困难，从钢铆向钢时，内部会出现空腔问题。相反，从铝铆向钢时，铆钉腿部难以抵抗下层钢板的塑形变形力影响，导致自锁问题出现。再加上高强钢延展性较差，工艺生产过程中很容易出现铆穿缺陷问题。最重要的是，铆枪一般需要承受较大的铆接力，很容易出现变形问题。长此以往，接头质量稳定性将会严重降低，不利于汽车轻量化进程的发展。

2轻量化设计方法

2.1总体布局数字化建模

智能工厂建设需充分应用成组技术、分道建造的理念，以数字样机技术为基础，以机械系统运动学、动力学和控制理论为核心，融合虚拟现实、仿真技术、三维计算机图形技术，将分散的产品设计开发和分析过程集成在一起，理顺汽车底盘悬架系统从零件机械加工、自动物流配送、自动焊接、零件自动分选、理料、自动装配、测试包装等生产全过程的每一道工序，使产品的设计者、制造者和使用者在早期就可以直观、形象地对数字化的虚拟产品原型进行设计优化、性能测试、制造仿真和使用仿真;根据确定的工序，对不同工序的物量进行分析，测算每一个工序的面积和人员需求，配置相应的生产设备;运用计算机辅助生产流程优化，打通设计与制造管理的数字化关键环节，实现设计、生产、管理一体化精益生产布置，建立汽车轻量化底盘悬架系统制造主要生产环节的数字化模型和关键工艺流程及布局模拟仿真。

2.2热成型工艺技术

目前，热成型工艺技术已经是汽车轻量化发展过程中必不可少的连接技术。所谓的热成型工艺技术，主要是指将特定钢材原料加热到奥氏体温度区间之后，将其输送到液压机设备上。当钢板具有延展性功能时，对其进行冲压处理并迅速冷却。结合工艺反馈情况来看，通过合理利用热成型工艺，基本上可以大幅度提高钢材抗拉强度，一般可以达到普通高强度钢的3倍左右，有利于提高材料的强度以及机械安全性。在安全性应用方面，热成型高强度钢制成的车身具备良好的抗撞能力，不仅可以减少碰撞期间所产生的驾驶舱形变问题，还可以为乘客驾驶过程提供安全保障。根据相关测试反馈情况来看，纵然汽车发动机舱处于全部溃缩的情况，采取热成型工艺制成的结构件仍旧可以保持原始状态，有利于确保乘客的人身安全。在轻量化应用方面，高强度钢可以凭借较小的厚度优势满足设计强度要求。一般来说，生产人员不需要对关键部位进行加固处理，就可以达到减少零部件重量的目的，进而实现轻量化目标。

2.3结构轻量化

轻量化结构设计，是采用综合优化设计的方法，通过对结构的优化来减重，现阶段主要采取数字三维设计方法，通过建立模型、利用有限元分析、碰撞测试等方法调整结构，用最少的材料实现最理想的结构，进而降低汽车自重又不影响汽车安全性。目前绝大多数车企都在采用车身结构优化，因为它可以用少量的成本实现比较理想的效果，一般在设计中会利用到CAD等三维数字设计软件，对汽车的结构布局进行设计，并在软件上进行碰撞测试，从整车的角度去分析车的结构，进而明确零部件的安装位置以及材料，在轻量化结构设计完成以后，通过软件测试分析整车的性能指标，保证轻量化后，整车性能满足要求。例如奥迪RB的ASF车身结构，这个结构利用铝材，通过先进的制造工艺将铝材挤压为型材，制造成各种截面的部件，然后按照骨架+蒙皮的方式来进行组合，形成一体式的铝制蒙皮结构，铝型材骨架勾勒出车身的线条。这种结构设计要比一体化钢制车体轻40%左右，而且刚度提升40%左右。国内汽车工程研究院，则将板梁和型材进行结合，打造出全铝车身的12m公交车，强度与钢制车相当，但车身自重降低了50%，整备质量降低30%，满载质量降低20%，在国内是比较先进的水平。

2.4元件旋转点焊技术

元件旋转点焊技术是目前正在开发的一种新技术，结合了RES和点焊技术的部分特点。前程与RES相似，即通过轴向压力和旋转，元件穿越铝合金板材；后期采用传统电阻点焊的方式，实现螺钉与热成形板材的焊接。该焊接方法的优点是既可以实现异种材料的连接，也可以部分消除RES后期顶锻压力所造成的焊点变形，适用于对变形要求较高的场合。

结语

制造过程现场数据采集与可视化:集成底阀无损智能检测系统、智能化焊接管理系统、装配过程智能测量系统、产品条形码扫码追溯系统、零部件电子标签与追溯系统等，实现每个工件在每个工位的操作和技术参数信息的实时在线收集、建档和分析、利用。通过生产过程可视化、物流配送可视化、故障智能报警等提升生产管控水平，达到国内领先水平。

参考文献:

［1］岳博，徐晶才．汽车轻量化技术的进步与展望［J］．产品与技术，2015(5):100-102．

［2］李振宇，任文坡，黄格省，等．论如何提升汽车的市场竞争力［J］．化工进展，2017，36(7):2337-2343．

［3］秦洪艳，刘京静，江发．基于Cruise的纯电动客车动力传动系统优化匹配研究［J］．机械制造与自动化，2019，48(6):174-177．