北京现代:对车身轻量化的研究及成功应用

文章来源:AI《汽车制造业》 点击数:545 发布时间:2018-10-24
随着国家环保法规加严,消费者对驾乘感受要求提高以及整车价格持续下探的压力下,车身轻量化已成为众多车企的重点发展方向。
北京现代:对车身轻量化的研究及成功应用

项目名称:对车身轻量化的研究及成功应用

主要完成人:杨人杰,朱珍厚(韩籍),朴泳君(韩籍)

企业名称:北京现代汽车有限公司


技术创新点、优势和特点

通过研究前沿技术并大量对标概念车型和先进量产车型得出,车身轻量化可通过三种途径实现,即:应用新型材料、优化车身设计结构和革新生产工艺。

新材料应用方面主要采用低密度材料和高强度材料两大类,在目前技术条件和成本考量下,高强度钢、铝合金和工程塑料已得到广泛应用,镁合金、碳纤维及其他复合材料目前尚处于概念或研发阶段。其中,高强度钢因为价格相对较低,且具有较高的结构强度、优越的碰撞吸能性和抗疲劳强度,且冲压成形性、焊接性和可涂装性优良,能够利用现有设备生产,所以在现阶段高强度钢是车身减重的首选材料。例如北京现代YC车型,高强度钢应用比例已达到37%。

高强度钢在北京现代YC车型上的应用(材料)

高强度钢在北京现代YC车型上的应用(材料)     

车身结构优化是通过提高结构强度来减少零部件数量从而实现减重目的,主要有布局优化、尺寸优化、形状优化和拓扑优化四个方向;在具体设计时可以细化到通道界面改进、传力路径优化、断面优化、减重孔优化和修边线优化等。随着结构设计软件的发展,一般利用CAD、CAE技术进行车身布局设计和室体结构优化,对各构件的形状、配置、板厚进行强度、刚性的计算和分析,在保证车辆性能的前提下,寻求汽车零部件的整体化、集成化和精简化。

一体式门框及热成型B柱在北京现代YC车型上的应用(结构&工艺)

一体式门框及热成型B柱在北京现代YC车型上的应用(结构&工艺)

新工艺革新方面,为应对新型材料和新的设计结构需要对生产工艺进行优化革新,目前热成形、激光拼焊板、铆接、胶接以及液压成形已经实现了规模化量产应用。其中激光拼焊板(Tailor Welding Blanks, TWB)可将不同材质、不同厚度、不同强度和不同表面镀层的板坯拼合后整体进行压型,满足了车身不同部位、不同板材之间的连接,但由于设备费用高昂,故现阶段主要应用于较高端车型,如大众第5代Golf车身激光焊长度达到了70m。

应用价值

随着国家环保法规加严,消费者对驾乘感受要求提高以及整车价格持续下探的压力下,车身轻量化已成为众多车企的重点发展方向。通过在材料、设计、工艺三个方向的研究,并大量对标概念车型和先进量产车型,探讨在目前技术条件下,综合考量车身安全性能和量产成本,实现安全、低成本轻量化车身的可行性。对整车厂研发人员有较大的指导意义和借鉴价值。

市场表现:

由于轻量化车身对降低油耗、提高汽车操控性方面作用显著,而且随着国家环保法规的加严以及对低排量汽车税费优惠政策的出台,采用轻量化车身的车型往往更具有产品竞争力,更容易获得市场认可和追捧,如朗逸、卡罗拉、悦纳等。

未来发展趋势

西方国家已全面步入欧Ⅴ、欧Ⅵ时代,我国也即将于2019年在9省市率先实行国Ⅵ标准,同时,新能源汽车在续航里程的倒逼下,轻量化需求亦迫在眉睫。根据中国汽车工程学年会发布的的轻量化技术发展思路,主要分三个阶段实现汽车的逐年减重。

第一阶段为到2020年,实现整车减重10%。重点发展超高强度钢和先进高强度钢技术,包括材料性能开发、轻量化结构设计、革新成型和焊接工艺等;实现高强度钢在汽车应用比例达到50%以上,开展铝合金板材冲压技术研究、研究不同材料的连接技术。

第二阶段为2021年-2025年,实现整车减重20%。以第三代汽车钢和铝合金技术为主线,实现钢铝等多种材料混合车身,开展铝合金覆盖件和铝合金零部件的批量生产和产业化应用,加大对镁合金和碳纤维复合材料零部件制造技术的开发,增加镁合金和碳纤维零部件的应用比例,单车用铝量达到350kg。

第三阶段为2026年-2030年,实现整车减重35%。重点发展镁合金和碳纤维复合材料技术,解决镁合金及复合材料循环再利用问题,实现碳纤维复合材料混合车身及碳纤维零部件的大范围应用,突破复杂零件成型技术和异种零件连接技术。单车用镁合金达到45kg,碳纤维使用量占车重5%。

综上所述,车身轻量化已经从分散化、高端化、单一化的 1.0 时代逐步走向集约化、普及化、多元化的 2.0时代。同时,轻量化的发展受到节能减排、新能源续航里程、安全及操控性提升等多重需求牵引,通过全产业上下游深度合作,在轻量化材料应用、结构设计优化和先进制造工艺多领域发力,实现安全、低成本的轻量化车身。