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2019車身新材料新工藝

汽車輕量化——豐田卡羅拉的輕量化之路

2019-6-28 10:05 107 0 來自: 易車號
簡介
【汽車輕量化在線】從1885年戴姆勒和卡爾本茨發明第一輛以內燃機驅動的汽車起,人類始終沒有放棄過對速度的追求。想要一輛汽車速度快,要么給它安裝一個強勁的發動機,要么幫它減重到極致。進入新世紀,節能減排成了 ...

【汽車輕量化在線】從1885年戴姆勒和卡爾本茨發明第一輛以內燃機驅動的汽車起,人類始終沒有放棄過對速度的追求。想要一輛速度快,要么給它安裝一個強勁的發動機,要么幫它減重到極致。進入新世紀,節能減排成了主流,費油的大排量不再被接受,想要速度快又不費油,那汽車輕量化就越發顯得重要。


如果可以不計成本地打造一件人類工業的巔峰之作,那么就為它裝上昂貴的碳纖維單體殼,賦予它輕盈的車身;為它裝上熱效率最高的1.6TV6,賦予它野獸一般的馬力;再嚴苛規則所允許的范圍內將每一處的空氣動力學設計打磨到極致,賦予它盡可能低的阻力和不可思議的氣動下壓力;為它精心調校從懸掛到引擎的每一處微小細節;裝上幾乎不計壽命只為能讓它更快一點的熱熔胎,再為它配上世界頂尖的車手和工程師團隊,于是你便得到了一輛——F1賽車。

汽車輕量化——豐田卡羅拉的輕量化之路


這也使得成為了世界上最昂貴的運動之一,無數人被它無與倫比的速度和匪夷所思的操控所吸引,它當然代表了工業的巔峰水平,賽車僅650kg的重量絕對是將做到了極致水平,然而它采用的輕量化技術不是一輛普通家用車可以承擔得起的。如何將一臺普通家用代步車做到在成本最低情況下的整車輕量化依然困擾著許多車企的研發部門。


汽車輕量化——豐田卡羅拉的輕量化之路


有著“成本殺手”之稱的日本豐田汽車一直是的領先者,它的明星車型卡羅拉就很能體現對輕量化所作出的努力。

豐田史上不得不提的一個傳奇。經過了十二代的發展,它現在穩居全球銷量榜首的位置,是名副其實的平民之車。工程師在它身上為輕量化付出的努力可謂確確實實飛入尋常百姓家。


汽車輕量化——豐田卡羅拉的輕量化之路


擁有著輝煌的歷史:1966年的初代以普通人可以負擔得起的價格開啟了日本的“家用車元年“。1985年的第五代則是《頭文字D》中藤原拓海的傳奇座駕。它傳奇的操控性能正是得益于它的輕量化,它的車身重量僅有940kg。它的設計思路頗得堀越二郎設計的零式戰機的真傳——得益于前置后驅的布局和超輕的,用一臺并不太過分強力的引擎就獲得了相當敏捷的操控性。到了1995年,經濟實用在那個年代成為了市場賣點。第八代通過車體結構的優化和高強度鋼的使用成功減重50kg,又寫下了濃墨重彩的一筆。而最新款的第十二代仍然續寫著這一名字的傳奇。


汽車輕量化——豐田卡羅拉的輕量化之路


或是其他昂貴的跑車不計成本的使用碳纖和全鋁來減重相比,第12代仍然使用了傳統的鋼制,只不過采用了全新的TGNA架構來優化設計。


汽車輕量化——豐田卡羅拉的輕量化之路


新款的2.0L引擎有高達40%的熱效率,在量產車中屬于頂尖水平。同時通過優化結構后輕量化的變速箱減重7kg。活塞上用激光刻出十字形的槽,再用樹脂涂層覆蓋。在保證強度并減重的同時減小摩擦。

渦輪部分在葉片中采用多孔設計,大大減輕了渦輪整體的重量,同時減小渦輪的轉動慣量,使渦輪轉速提升更快,減小渦輪遲滯,使得動力響應更快。通過使用更高集成度的混動系統將動力總成的重量減少了10%。新研發的電池在更輕的同時容量更大,進一步提高了燃油經濟性


汽車輕量化——豐田卡羅拉的輕量化之路


TNGA架構大量運用了激光焊接技術、新一代更加優化的環狀框架結構、結構專用粘合劑、高強度鋼使用比例從3%大幅提升至19%,不僅僅降低了重量,更讓整車的抗扭剛度提升了60%。拉伸強度高達1500MPa高強度熱沖壓鋼板在保證輕量化的同時實現了世界頂級的碰撞安全性能。


汽車輕量化——豐田卡羅拉的輕量化之路


紅色部分采用了熱沖壓成形鋼(PH鋼),PH鋼是先將坯料加熱至一定溫度,使其組織轉變為奧氏體以獲得優異的延展性,然后用沖壓機在相應的模具內進行沖壓并快速冷卻,保壓淬火,使組織轉變為具有超高強度的馬氏體組織,在得到所需外形同時實現金屬材料相變的一種鋼材。在熱加工前它塑性極限低,成形性好,延伸率高。熱加工后鋼材強度大幅上升,使其兼具高鋼材性能、良好的加工性能、較低的成本于一身。適合加工零件形狀復雜,尺寸精度高的安全結構件。其超高強度有效提高了碰撞安全性。

鋁合金被推廣運用到車頂覆蓋件和后車門框。而擁有這一切的,中國市場的售價僅僅是剛剛超過十萬人民幣,正如一如既往的那樣是一輛平民之車。


汽車輕量化——豐田卡羅拉的輕量化之路


近年來由于環保法規的日趨嚴格,所有車企都在大規模、大幅度進行整車輕量化。如果我們有機會看到一臺車的白車身,我們很容易發現很多我們日常生活中常見的減重元素——如在構件上打孔可以在保證強度的同時大幅減輕重量、工字鋼和空心軸將絕大部分材料使用在遠離中性軸的地方用更少的材料實現相同的抗彎/抗剪/抗扭能力,以此大幅減重。在上也是同理:在保證強度的情況下進行打孔、銑槽等來更高效地利用這些材料;使用更高強度的材料便可在保證強度的前提下減少材料用量,減輕零件重量。

總體來說輕量化是發展的趨勢,但是輕量化不等于降低性能和減少配置或安全要求,而是在上述前提下通過優化結構設計和材料選擇達到(例如金屬變為塑料,低強度厚鋼板變為高強度鋼板)降低重量的目的。


汽車輕量化——豐田卡羅拉的輕量化之路


小編總結:目前致力于做到在成本最優下的重量最小化、性能最優下的成本和重量的協調。不過要做到這點并不容易,比較大眾的手段是使用鋁合金和使用更高性能的鋼材或是新材料,但這樣也不可避免的帶來高成本的問題。全新能在安全減重的同時控制好成本支出,這其中的原理值得我們自主車企好好學習。

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