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这个是我们爱驰汽车的LOGO

点击: 79 次  来源:http://www.freshstuff.cc 时间:2020-03-01

7月12日-13日,“2018中国汽车轻量化产业高峰论坛”在上海隆重举行,论坛以“新技术、新材料、新工艺“为主题,旨在降低汽车自身重量同时提高输出功率、降低噪声、提升操控性和安全性,并对汽车轻量化政策趋势发展、整车轻量化平台化设计方案、关键零部件轻量化技术开发及汽车轻量化多材料应用及成本控制分析等问题展开探讨。

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爱驰汽车整车材料孙黎博士

爱驰汽车整车材料孙黎博士分享了“爱驰汽车轻量化技术的开发与探索”,以下是演讲实录:

今天非常高兴有机会主办方给我这样一个机会向大家介绍一下爱驰汽车,我知道很多在座的朋友可能对我们爱驰汽车不是特别的熟悉,所以我先用一点时间介绍一下我们公司,再谈一下整个轻量化技术,大家今天谈的挺多,包括我在这想强调一个称之为轻量化核心能力的建设,最后举出一些爱驰汽车目前轻量化工作的一些实例。

这个是我们爱驰汽车的LOGO,中间的这个,可以认为是AI或者认为像一个赛车的旗帜或者一个车的俯视图,或者像一个X形状,包括基因,电子云各种各样的解释,这是爱驰的LOGO,我们的愿景是让出行更美好,战略也是顺应现在整个的智能制造的浪潮,以AI科技为技术,促进整个进化。我不愿意说我们是互联网造车,我们不这样说自己,爱驰从我们的领导到底下工程师,应该是99%以上都是从传统汽车厂出来的,另一个我们也不说是颠覆者,我们没有准备颠覆这个行业,这个行业我们是非常的敬重的,我们是愿意做一个行业的进化者,看看我们这些人出来到底能做一点什么事。

我们目前有三大平台,第一个是我们的MAS平台,第一款车等一会儿我会介绍叫U5 iON,第二台车是德国分公司的一台超跑,这是燃料电池概念的跑车,第三款是款小车,可能针对的B端市场。

这个就是U5 iON的SUV,价格现在没有定,这个是内饰,最终的情况可能跟这个不太一样,最终SOP在明年的9月。这是RG,德国分公司奥迪四驱,续航超过1200公里,这个不是锂电的概念,锂电肯定做不到的这是一个燃料电池车,而且是超级加速,百公里加速小于2.5秒,性能是非常好的一款跑车。我们现在的公司位置在上海的杨浦,在长阳创谷有我们的办公楼,现在有将近900个同事在那工作,在上海嘉定我们有一个试制中心,第一辆车在明年9月SOP,大家在紧锣密鼓的进行试制,我们有100辆试制车在嘉定试制。在江西上饶是我们的工厂,在这个工厂规划年产大约30万台,这是全新的工厂,是我们自己做的全新工厂,分两期。这个是智能制造,工厂现在的状态是整个基建已经完成了,机器正在进厂中,今年年底可以试造,也是为明年9月的SOP打下一个基础。

刚才是对我们公司的一个介绍,现在我们回到了这个话题还是轻量化的主话题,大家都知道续航历程确实是大众对购买电动车最大的顾虑之一,我们知道在电池技术没有革命性突破的情况下,汽车轻量化是提高续航历程最经济有效的方法,如果以后电池技术有了突破,比如说续航历程不再是一个问题的话,轻量化该怎么走,我个人觉得可能更多的是降本,新的技术,新的技术带来的优势不仅仅是减重,一定会带来一些其他的优势,包括现在我们提轻量化,我自己工作的一个经验,如果说只是为了轻量化而轻量化,它的优势一定比如果说你做一个新的技术,或者一个新的材料的替换,有除了轻量化以外的优势,诸多的优势集中在一起,显然这个技术是更好的。如果减重10%的话,有这么多好处,今天很多朋友都提到了就不多讲了。

从国家的层面上,包括中国制造2025包括节能新能源,十三五的规划,其实很多的规划国家都在推,从发展轻量化的技术当然是节能减排的要求这个没问题,其实也是我们产业化结构调整的需求,通过轻量化这么一个窗口,提升汽车产品的竞争力,实现从低端产业化到高端产业化的升级,这是把轻量化提高到国家战略的层次。刚才有朋友说现在很多电动车公司很多,不知道一共多少。2017年统计,中国电动车企业300多家,很多是大家没有听过名字的,想法可能不太一样,做法也不一样。大家说需要一个准入证,比如说了解的朋友可能知道,工信部的27号文,现在有567号文,分四大部分对新能源汽车的准入进行了规定,其中把轻量化作为一个单独的部分提出来,把轻量化放在非常重要的位置上。

大家已经提到很多了,轻量化的结构优化,材料优化和先进制造工艺,第一个结构优化这个可能更多的是跟结构拓扑、灵敏度分析、参数设计。后两个材料优化和先进制造工艺是息息相关的,你有了高强度的钢,铝合金材料怎么用到车上,一定是通过先进的制造工艺包括成形、辊压、激光拼焊,包括异种材料的连接。只有把这些问题都解决了我们的材料才可能用到车上。这两个是分不开的。

下面我想谈到一个话题,轻量化一个核心能力的建设,刚才我们说了轻量化材料有很多种,工艺有很多种,涉及到材料与工艺的内容非常多对于主机厂来讲,哪些工作,哪些东西是我们一定要掌握的,哪些东西可能不一定非要掌握,我们的供应商向我们提供这些工艺,我们稍微懂一点就可以了,这个之间还是有点区别。比如说我们现在讲先进高强钢和热成形钢,分第一代,第二代包括第三代高强钢,谈到高强钢的时候,肯定是目前最经济有效的材料,钢比较便宜,钢有相变,从技术发展的角度讲最传统的钢其实是发展最快的,变化更多的,或者花样更多的,玩法更多的材料。新钢种的出现是层出不穷的,一直有新的东西出来。刚才有朋友谈到QP钢包括中锰钢,包括QP的概念,宝钢的QP钢现在很多其他厂家也在做了,基本上1000兆帕20%的延伸率没有问题,已经用到了很多车厂,包括通用的车上,这个也是我之前在通用做的工作。包括中锰钢,我之前也做过一些研究,强度可以达到1200甚至更高,延伸率达到30%,中锰的可研究的东西太多了,比如应力平台很长,有10%的平的一段,后面可能还有应力平台。这个机制还是需要科学界不断探讨。但是这种钢到底应该怎么用,更重要的是焊接应该怎么解决,这个是阻碍新材料应用的很重要的一点。

高强钢这个方向主机厂应该做哪些工作,解决哪些最重要的问题,第一个是成形和回弹,对一个冷成形的钢来说回弹是很麻烦的。我们先模拟调一次发现不行再调一次,目前各大主机厂用的都还是比较传统的办法。实际上我们高强钢回弹确实是很难的事,随着钢的强度越来越高,模型能不能预测准这是一个问题,后来我们发现还有一个问题我们不能忽略就是材料的稳定性,材料的强度可能只会给你一个范围,在这个范围内波动都算它的合格材料,它的一点波动会对你回弹有极其大的影响,我们在做工作的时候对一个材料模型好不好用,这个可能就是说有钢厂实际经验和汽车厂实际经验的同仁跟高校老师有点区别,很多高校的工作是做了一组工况,我们发现这个模型会更好一点,我们觉得这个就不错。实际上我们遇到了很多情况你在这个零件上是这样,下一个零件上可能就不是这样了。你可能有100零件,有50个好,50个不好,我以前的工作是做了很复杂的模型,给产品这边,产品说我发现有一半不好。不是说做工程或者做产品的人太保守不愿意用新东西,他们有自己的顾虑我们要考虑到。

第二个是高强钢焊接中的液态金属脆,我们刚才讲高强钢包括中锰钢,最主要的问题是焊接问题没有解决,焊接问题没解决之前你研究那么多细致的工作是高校老师的工作,对车厂来说研究那么细致用不上,核心是我们能不能解决焊接的问题。还有辊压成型刚才已经做了非常精彩的报告,包括差厚板、液压涨形、热汽涨式。还有热成形钢韧性这个在后面说,韧性非常重要,涉及到材料在破坏中吸入多少能量,在短短的变形过程当中能吸收多少能量,而且吸收能量的过程中材料不要破坏,这个性能肯定是最重要的,能量是守恒的,能量如果不被塑性变形吸收,就有可能被乘客吸收。最后是车身重点结构件总成评价方法,当我们设计一个零件的时候,最好的办法一定是把它装到车上做一个碰撞,实际上大家没有这个条件,CAE是大家广泛的使用的办法,大家都用CAE,但是不敢百分之百相信CAE。我们能不能找到一种介于CAE碰撞和整车碰撞之间的办法,我们设计一个总成,我们用一个小型的碰撞,这个实验不贵,我们可以出一个实验来,拿这个和整车碰撞做一个比较。如何模拟一个零件的碰撞和一个整车的工况是不一样的,边界条件是不一样的,这个关系怎么设,这个工作也是整车厂应该考虑的,这是一个非常有意义的工作。

对于铝合金来说大家谈到比较多了,全铝车身,这似乎是一个趋势,大家觉得好像全铝车身比钢的车身显得更加的高级。我个人不这么看,因为全铝车身奥迪A8做全铝的时候更多从技术上的极致考虑,我能不能把这个东西做到极致。后来发现可以,后来又往回退,退回到钢铝混合,对的材料用对的地方。我们说铝这一块有什么工作可做,非热处理真空压铸铝合金,我们今天GF的总监也谈到这个问题,现在大家为什么要热处理真空压铸件,为了SPR,为了连接,焊接焊不上要用自冲铆。我们不经过热处理达不到10%的延伸率就不能SPR。现在我们要经过T7态热处理,这是过时效,为了达到10%的延伸率牺牲了强度。热处理后尺寸精度的控制会有问题,如果我们采用非热处理真空压铸铝合金这个是最好的,有一些材料已经被开发出来,比如说德国莱茵铝业,上海交大很多老师已经开发出这个东西来,但是属于初级阶段,好不好用有没有问题还是需要时间来验证。

还有铝合金与异种材料的连接,铝合金和钢焊接这个肯定是永久性的话题,非常有难度,现在焊不上就用冷连接,冷连接也不容易,也会遇到各式各样的问题,包括铝合金的性能评价和CAE,我说的更多的是铸铝这一块,不同厚度的铸铝性能是不一样的,包括断裂的行为应该用什么样的准则都值得考虑,还有7系铝合金,7系铝合金挤出件用的比较多,7003我们也用了,包括很多友商也开始用。 7系铝合金板材的温热成形,福特做了很多的工作,有一些友商也开始做,但是用的还是比较少,这个其实也是一个问题,能不能用得上,这些花费值不值得,有没有一些问题。

对于镁合金7、8年前是一个非常火爆的话题,包括镁合金板,镁合金压铸,镁合金轮毂尤其镁合金板很多人在做很多工作,这几年似乎冷下来,还是遇到各式各样的问题,还是没有解决,镁合金零件有些问题我们作为主机厂要看着这个时代看怎么发展,尤其我们这么年轻的主机厂,有些东西我们要掌握,镁合金零件设计能力,工程师应该会设计这个东西,镁合金为什么轻,因为它在元素周期表靠前的位置,同样的原因,就活泼,容易腐蚀,镁合金腐蚀率的控制很值得大家注意。还有一个是失效的分析和性能的评价,这个例子是镁合金压铸的门内板,是其他的汽车公司准备应用的一个概念,但是价格肯定还是贵的,减重效果也挺明显,镁合金压铸的内板。

对复合材料这一块我们现在讲的比较多的比如塑料尾门肯定有尺寸精度的问题,包括大的塑料尾门现在能做的不太多,塑料尾门减重其实没有那么多,价格也不便宜,要不要上塑料尾门值得思考。塑料尾门有一个好处是可以整个供件,现场很多东西可以不用做了。这个看不同OEM的想法。包括钢和碳纤维的混合使用,宝马7系已经用上了,B柱里面一个补丁板。我们作为OEM复合材料所有的工艺都搞的特别清楚这很重要,对于很多工程师来说我们要有一个零件设计能力,第二要有CAE的性能评价,对性能评价这一块其实很多工作做的还是很不够,比如说CAE的工程师把碳纤看成是异性的材料还是同性的材料,要不要把不同铺层的细节考虑到CAE的里面,碰撞的时候是什么样的准则,很多车厂不论是CAE工程师还是产品工程师都不了解。这是OEM对整个能力的提升很重要的一部分。

刚才讲轻量化不是单一材料的替换,我们认为混合车身肯定是未来方向,虽然不同的材料现在处于的周期不一样,传统钢材可能在衰退的期间,衰退不代表不再做了,只是说它的研发的这一块可能比较少了,更多是应用,或者说大家降成本,或者把成本做的比较低,利润空间比较小了,比如说像以塑代钢,镁合金、铝合金、高强钢处于生长的不同时期,不是说全铝比做全钢的牛,全碳纤维就比全铝的牛,不是这样的故事,合适的材料用在合适的地方,大家都在这么说,我们需要找到一个平衡点。这两个例子很多朋友举了,奥迪A8,宝马I3的例子,他们的想法是我把我的工程技术通过项目推到极致。然后我再回来做一个平衡点,我觉得这个思路挺好,我是可以做的,但我可以选择做与不做,但你从来没做过,你没有上这个项目,你就永远不知道是不是可以做一个全铝或者全碳的车。

这个介绍一下我们叫MAS861,我们这款车是明年9月SOP,今天讲的东西不是很多,我们这款车基本的思路是下铝上钢,我们下车身都是铝的,包括5、6系的铝板,6系和7系的挤出,包括我们说的铝的高压铸造的件,上车身用了很多的高强钢和热成形钢。白车身铝的比例大概在40%左右。

这个也是我们五环的结构,达到一个很高的车身刚度,连接工艺刚刚说了,铝和钢连接起来是挺困难的,我们用了SPR,包括FDS。后面我们介绍一下热成形钢,热成形钢用了20个左右零件。介绍热成形钢之前,我说一个题外话,我本来放了一页关于轻量化系数的东西,后来删掉了。大家特别愿意听这个,我做到多少了,你做到多少,大家比一比,我觉得尤其在新能源车这一块,我觉得这个问题我愿意在这一块跟大家探讨一下。轻量化系数是挺好,首先不同车型不同的尺寸比的话没有意义。轻量化是宝马提出来的,大家看每年的欧洲车身会议都会出一个会刊,2017年的会议说的很清楚,传统燃油车怎么算,投影面积、白车身质量这都没太多说的,很多车厂的差异在于扭转刚度怎么做。作为一个传统燃油车包括白车身、前挡风、前副车驾算一个扭转刚度,基本上都是CAE模拟的。在新能源车上这一块比较复杂,到底要不要算电池盒,要把电池盒算上去你的扭转刚度非常高,但是你要不算的话其实刚度并不太高。友商在计算的扭转刚度的时候,把电池盒算进去了,它的扭转刚度非常高,算出来的轻量化系数极其低,低到让你觉得轻量化水平非常高。我不是说这么做不好,我是说如果大家都按照这个思路往下走的话,有点玩文字游戏,会真正的忽略轻量化的事,既然我已经把轻量化系数做到如此之低了,我们是不是还有必要做轻量化,我的轻量化达到什么样的水平,只是算法的问题。这个话题留给大家探讨,因为有的朋友这么算以后,给所有新能源汽车做轻量化的一个难题,你到底算还是不算,你要是不算人家那么低你那么高,差距那么大。很多朋友不了解,人家是2.0你是2.5你就不如人家,差太多了,不一定,还是看怎么算。

最后分享一下关于热成形钢的工作,热成形大家很了解了,我们讲冷成形和热成形,我们发现冷成形随着强度不断升高,确实回弹的事越来越不好做,热成形天然的回弹特别小。现在市场上有980级别的冷成形钢, 1200级别的冷成形钢,日本企业就愿意用1200级别的冷成形。目前鞍钢、宝钢已经开发出1400-1500兆帕的冷成形的材料。和热成形相比成本可以省,但是热成形的成本现在下降也挺快,这个之间怎么做平衡,怎么选择,这个在不同主机厂有不同的想法。实际上热成形的增长非常快,这10年来甚至这5、6年来从热成形的技术本来掌握在德国企业手里,到现在热成形能做的厂家遍地开花,没有用多长时间,这个技术非常真的吸引人。

工艺我们就不讲了,传统材料22MnB5,面对冷冲压的竞争,热成形钢这一块进步到底应该是什么样呢?我们说更高的强度,你做的更高的强度才能做轻量化,还有一个叫更高的韧性,零件在碰撞中不容易开裂。我们举一个例子,某日资品牌准备用更高强度的热成形钢,他们装车撞了以后还不如1500的好,它也有很好的延伸率,也有很高的强度,但是没有效果。对1500兆帕以上的热成形钢有一个断裂韧性控制的问题。看着是在破坏的过程中吸收的能量吸收了多少,你单向拉伸的延伸率的指标代替不了侧碰的时候吸收多少能量才破坏,这两点是不一样的。这个是三点弯的实验,不同的材料的吸能的曲线,22MnB5用的材料,还有是2GPa新开发的材料。VD238-100也是一个测量断裂韧性的方法。但是VDA方法跟脱碳层有关,三点弯的实验看位移曲线,这个实验还是比较靠谱的,我建议大家有感兴趣或者有精力的把这些市面上大家说能做2000兆帕的都拿过来,自己做一下,通用之前做过类似的工作,只是通用自己做,很多朋友觉得不一定可靠,大家拿出来自己做一遍,1800和1800还是不一样的,虽然都是6%的延伸率还是不一样的。这个材料回火后屈服强度1500,抗拉强度1900。回火前延伸率可以达到6-7%左右,这个很重要,回火前的延伸率很高的话,比如说在焊接的时候你需要在电泳前对它进行操作的时候,它不容易被破坏,回火前和回火后的强度和延伸率都很重要,今天给大家分享到这,谢谢大家。

大家有没有什么问题?

赵岩:你的回火工艺是什么?

主持人:回火是因为汽车工艺有这个需求,汽车要过电泳。 170度20分钟,过了170度20分钟,你去测量VDA238/100。到底是在回火前做的还是回火后做断裂韧性测试,我们建议还是在回火后做,这个零件的性能,性能是碰撞时候的性能,就应该是回火后的性能,回火前和回火性的性能还是有区别的,尤其是热成形钢还是有区别的,回火后的延伸率会好一点。

赵岩:回火前和回火后的屈服差多少?

主持人:回火后的屈服比回火前的屈服高100MPa,回火后的屈服比较稳定,这个值更加稳定。刚才我说了回火的问题包括B柱里加碳纤维,如果说你有钢的方案一定要经过电泳,你的碳纤维树脂能不能过170度20分钟,就算能过碳纤维的性能也会下降,这都是要考虑的问题。谢谢。

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