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常常撩科技 关于白车身你了解多少呢?

  [爱卡汽车 科技频道 原创]

  对于感性者而言,关于一辆车的评价可能更多会从设计甚至是历史等角度去切入,而对于理性者而言,关于一辆车的评价可能就很模式化了,大多数人一般都会从汽车“三大件”来切入,发动机、变速箱和底盘对于一辆车的确至关重要,但是车辆的“基体”同样重要,而白车身往往会被我们忽略掉。

白车身

此车身非彼车身,你说的白是什么白?

  当我们日常谈论车身时,其实更多是在说一辆车呈现给我们的形态,车型的类别、汽车的“性格”、设计感等都可以通过车身形态来传达出来。当我们抛开表象看本质,这时候就要提到“白车身”了。

白车身

白车身

  按照专业的术语来讲,白车身是完成焊装但未涂装之前的车身,不包括各种装饰件等。通俗来说相当于一个光秃秃的车壳子。打个比方,我们可以把一辆车看作是一个人,车辆的发动机就相当于人的心脏,生命之源。车辆的各种线束就相当于人的神经系统,用来传递各种信息。车辆表面的车漆和内饰这些附加的装饰相当于我们的血肉,那白车身就相当于我们的骨骼了。

白车身

  这里多说一句,在白车身的定义上,其实一直存在着一个争论点,那就是白车身到底包不包括车辆的四门两盖(发动机盖、行李厢盖),不同车企之间内部的定义和标准并不统一。根据机械工业部推出的标准来看,白车身定义为车身结构件及覆盖件焊接总成,并包括前翼板、车门、发动机盖和行李厢盖,但不包括附件及装饰件的未涂漆的车身。

白车身

聊白车身时我们其实是在聊汽车的哪些方面?

  前面提到白车身是不亚于汽车三大件般的存在,这是因为车辆的轻量化、燃油经济性、安全性、操控性等性能都与车辆的白车身息息相关。这些性能彼此之间又相互关联、制约,白车身进化的方向便是平衡这些性能以达到最优状态,同时还要确保成本可控,同所有设计工作类似,白车身的研发设计也是一项平衡的艺术。

白车身

  从上面图表不难看出,车辆的各项性能和轻量化直接相关。比较容易理解和解释的便是燃油经济性和操控性,在其他因素保持相同的情况下,车辆的重量越轻,燃油消耗就越低,同时车辆的操控性也便越好,你可以想象自己车只坐一人和坐满人装满行李两种情况。有研究表其表明车辆每减重10%,油耗可减少约7%。

  安全性方面,在不少人的传统观念中,还是简单得认为车辆越重车辆的安全性越高,其实这种观念是非常错误的。抛开车辆的主动安全不谈,车辆的被动安全更多是与白车身的构造相关,目前市场上大多数的乘用车上都采用了相同的白车身设计思路——设置合理的“高强度座舱保护区”和“冲击变形吸能区”。乘员舱坚固牢靠,面对碰撞确保乘员舱结构完整,乘员舱前后布置溃缩结构,遭遇碰撞时可通过溃缩来吸收碰撞能量。在这样的思路下,白车身不同部分可以做到材料的差异化应用,把最合适的材料放在最合适的位置。

白车身“高强度座舱保护区”和“冲击变形吸能区”相结合的白车身设计理念是目前最为常见的汽车被动安全设计手法。

设计理念需要材料来支撑

  在基本确定的设计理念和研究方向下,白车身的进化往往取决于车身材料的应用了。一方面是材料的等级,同样是钢材,根据不同的屈服强度或抗拉强度可以分为普通钢材、高强度钢、热成型超高强度钢等。另外一方面是材料的种类,相同的设计要求下,往往会有多种材质满足要求,比如说在一定的强度要求下,某一部分可以使用钢板,或者铝合金板材,甚至是碳纤维板材。

白车身

  而影响材料选择的最直接因素便是价格,在成本的约束下,很多时候需要退而求其次。同汽车领域其他高新技术类似,成本高昂、性能优良的的新式材料往往会最先应用在赛车领域,随后开始在对成本约束不太严格的超跑或豪华车型上普及,随着材料成本的降低,这些材料才有机会被逐步下放应用在普通车型上。

  除了目前已经广泛应用的铝合金,碳纤维材质正成为车身材料领域的新宠,其优异的机械性能和超轻的重量让其大有取代铝合金材质的趋势。碳纤维复合材料的机械性能优于常规金属材料,其抗拉强度是普通钢材的4-5倍,刚度是普通钢材的3-4倍。这些数据太抽象,不好理解,让我们通过2016赛季F1赛场上的一场事故来了解一下碳纤维复合材料的坚固程度。2016赛季F1揭幕战在澳大利亚阿尔伯特公园赛道打响,比赛过程中迈凯伦车队车手阿隆索发生了严重撞车事故,自己的赛车被撞的仅剩下了驾驶舱,但是阿隆索本人却并无大碍。

阿隆索撞车事故

白车身

  在乘用车领域,宝马集团对碳纤维材质的兴趣最为浓厚,也是将碳纤维材质最先大规模应用在量产车上的车企,早在2009年德国西格里集团与宝马集团就宣布共同成立合资公司,生产用于汽车工业的碳纤维和碳纤维织物。2014年5月9日,两集团又在位于美国华盛顿州的西格里汽车碳纤维公司摩西湖工厂举办扩产奠基仪式,宣布继续扩大这家合资企业的产能,在2017年其碳纤维的年产能达9000吨,摩西湖工厂也成为世界上最大的碳纤维生产基地。在提高产能的同时,宝马也建立了目标,计划到2020年,将碳纤维车架的造价降低到与铝合金车架同一水平,不过从目前来看,要想实现这一目标难度很大。

白车身

  在成本限制的背景下,通过精细化设计还是可以不断完善白车身的结构和性能的,用优异的设计能力来弥补成本控制带来的缺憾。

白车身

  可以看到上图奥迪A8的整个B柱采用了热成型超高强度钢打造,这种材质的制作方法是将钢材加热到超过1000℃的高温,然后迅速放入200℃左右的水冷压模中快速成型。在此基础上更加精细化的设计可以创造出更多价值,我们可以看到上图B柱上下分为深色和浅色,这是因为B柱上下部分冷却温度和冷却时长不同。深色部分强度更高一些,浅色部分强度稍弱。B柱设计上下部分不仅采用了不同的强度,整个B柱横截面的厚度也不一样,从上到下,B柱的厚度分别为1.7mm、2.0mm、1.7mm和1.5mm,不同的厚度通过轧制和热成型工艺制成。B柱不同的厚度分布情况和上下部分不同冷却时长让B柱上部强度高,下部强度稍弱。当车辆发生侧面碰撞时,B柱上半部分确保车厢完整性,下半部分可以减缓碰撞冲击力,让车内乘员更加安全。

多种材质应用带来焊装工艺的挑战

  由冲压车间或供应商提供的各种车身零部件通过焊装车间拼装成完整的白车身,多种不同属性的车身材质意味着单一的焊接手法肯定无法满足整个白车身的拼装要求。例如,新一代奥迪A8白车身的连接方式就达到了14种,其中包括MIG焊、远程激光焊等8种热连接技术和冲铆连接、卷边连接等6种冷连接技术。另外,由于车身复杂程度的不断提升,以及对车辆防水、防锈等要求的提升,胶接等工艺也在不断应用和升级,折边胶和结构胶等连接强度甚至要优于焊接强度。

白车身

  编辑点评:作为世界上最复杂的工业产品,汽车上的每一项技术应用背后都有着非常多可深究的点,这些技术点又共同构建了整车的产品力,车身作为汽车最直观的展现,其实没有引起我们的格外关注。白车身作为车辆的基体,其涵盖了材料应用、成本控制、焊装工艺、整车轻量化等诸多方面,其设计制造水平体现着车企的硬实力,我们最为关注的整车NVH性能、安全性能和操控性能等也和白车身息息相关。

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