為什么高端汽車都在用鋼鋁混合車身

隨著汽車工業的發展,造車的新材料以及新工藝不斷涌現,尤其是鋁合金越來越多的運用,相比五、六十年前,如今的汽車平均重量下降了50%,同時安全系數得到了大幅提升,因此,整車輕量化已經成為趨勢。

為什么車身重量更輕的同時安全性能又得到提升呢?這是因為鋁合金的材質特性所致。鋁合金雖然密度更輕,但是比強度和比剛度都要比鋼鐵的更高,以前更多運用在航空航天等尖端科技領域。

鋁合金性能這么優秀為何“全鋁車身”普及率并不高呢,首先是加工、焊接以及連接難度高,造成成本過高。二是如果發生事故,鋁合金車身覆蓋件很難鈑金修復,造成后期維保成本過高。三是同體積下,鋁的強度小于鋼。車身上有“重點”部位的形狀是大體固定的,所以安全性能上也略遜于鋼。那么如何找到車身材料使用的最優解呢?

如今已經有很多高端車型開始采用結合“鋼”“鋁”兩種材料優點于一身的——鋼鋁混合車身結構。例如奔馳G-class、全新奧迪A8、保時捷Macan以及特斯拉Model 3等豪華新能源車型都采用了這種車身結構。從眾多豪車可以窺探出,鋼鋁混合車身不僅是未來的大趨勢,并且成為了高級感的象征。國內新能源市場新星ARCFOX推出的首款量產車ARCFOX αT就采用了鋼鋁混合車身結構,那么它是怎樣做到的呢?

鋼鐵臂膀 煉就不敗之身

作為一款破界而出的車型,ARCFOX αT的車身采用了多材料混合的“上鋼下鋁”創新概念,以“合適的材料應用于合適的位置”充分發揮鋼和鋁優勢。

車身作為乘員艙,最重要的一點就是如何在發生碰撞時吸收沖擊能量,保證乘員生存空間,基于此點,車身結構設計并不是整體越牢固越好。所以一副安全的車身需要同時兼顧“降低乘員受到的沖擊”以及“保護座艙空間”,才能使事故中避免或降低傷亡,所以要做到剛柔并濟。要做到剛柔并濟,那么必定要將車身加以分區,該硬的地方硬,該軟的地方軟。

ARCFOX αT的上車身為乘客提供了安全艙,由高強鋼圍成的籠式框架結構顯著提升了車身安全性能,其中在籠式結構最關鍵的A柱、B柱、中通道等部分均采用了強度高達1500MPa以上的熱成型鋼,這種熱成型鋼大多被用在坦克、潛艇和航天飛機上,它的強度是一般超高強度鋼的2倍,是普通高強度鋼材的4倍,每平方厘米能承受15噸以上的壓力。在發生撞擊時,尤其在正面和側面撞擊時,可有效減少駕駛艙變形,保護駕乘人員的安全。

熱成型鋼密度較大,這也意味著大量使用高強度鋼會導致車身重量增加,那是不是意味著熱成型鋼不利于車身輕量化目標呢?答案是否定的,針對上述的性能敏感區域來講,如果單純的考慮使用輕質材料或者普通鋼材,如果想要達到碰撞性能需求,那么勢必就要增加板材厚度,這會導致車身重量增長,反過來,如果在這些區域采用強度高的熱成型鋼,則不需要料厚值很大就能滿足性能需求,反而會降低用料重量,從而有利于車身輕量化。

安全減重兩不誤 ARCFOX αT用鋁有玄機

ARCFOX αT的車身基于ARCFOX全新IMC架構打造,其下車身鋁制用材達到了80%以上。ARCFOX αT的下車身作為底盤和電池的依托,為了更好的平衡車身重量,讓車更輕盈、更安全、更勻稱,其下車身采用了全鋁結構。高強鋁型材、高壓鋁鑄件和高等級鋁合金板材的配合使用,在保證安全的前提下讓車身實現了極致輕量化,并讓上下車身的重量完美地分配。此外,針對行人保護,前艙機罩和后背門也使用了極輕的鋁合金材料。

值得一提的是,車身鋁合金后縱梁結構,實現多件集成一體式結構設計,是目前全世界量產車型中尺寸最大的鋁合金鑄件,單件尺寸達到了1.3 米。給予車身結構更高的剛度和強度。同時減少了關鍵位置的連接點,提升了整車的安全性能。

為了進一步保證車身強度,ARCFOX αT針對不同位置首次開發出強度更高、碰撞潰縮彎曲角120°以上的擠壓材料,遠超國標要求,在滿足高強度的情況下,又擁有極佳的碰撞潰縮性能。針對集成多個零件的鋁壓鑄件,ARCFOX αT開發二次抽真空高壓壓鑄工藝及專項熱處理工藝,將壓鑄鋁延伸率提升至12%,彎曲角至60°,強度遠遠高出標準。

穩定抗氧化、耐用也是鋁車身的一大優點。雖然鋁本身并不穩定,很容易氧化。不過鋁氧化會在表面形成一層致密的氧化層,并且與基體牢固結合,穩定性很高能對鋁基體形成嚴密的保護。并且在濕潤大氣環境下,這個保護層能夠增厚。所以大量鋁制零部件的使用也有效地提升了車身的防腐性能,延長了車輛的使用壽命,可以實現10年無任何造成功能損失的腐蝕破壞。

像ARCFOX αT這種下車身采用更輕質的鋁合金,上車身采用高強度鋼的車身,可以更好實現整車上下重量的完美配比,從安全性、操控性、舒適性等多個方面為消費者帶來價值。可以說,鋼鋁混合車身很好地延續全鋁車身輕量化特點的同時,又平衡了全鋁車身的生產成本以及日后的維修成本,同時讓車身結構也更加安全,這也是為何豪車都選用鋼鋁混合車身的終極秘密。