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王辉:考虑怎样使汽车轻量化以达减排效果

2018-07-22 19:39 [28365365打不开] 来源于:网络整理
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为推动科技进步,增进国际交流,引导节能减排技术趋势,“2009中国汽车工程学会年会”于2009年10月20-22日在北京举办。本届年会得到了广大科技人员的广泛支持,包括众多世界知名汽车整车及零部件企业在内,近550[综述 图片 论坛]多名汽车行业的专家学者、工程师参会讨论。

广大工程技术人员在此论坛分享我国汽车技术最新成果,争辩方向,激扬思想,以下是本特勒汽车工业亚太区车身技术总监王辉博士发言实录:

 本特勒汽车工业公司亚太地区车身技术总监 王辉博士(资料图)

主持人:下面进行今天最后一个主题演讲。下面有请本特勒汽车工业亚太区车身技术总监王辉博士。他演讲的题目是汽车安全设计及车身轻量化——本特勒热成型技术的应用。

王辉:我叫王辉,我来自德国本特勒集团。

不管现在的汽车动力是混合型的动力,还是电池的电动力,汽车车身轻量化的问题是一个主要的问题,汽车越轻,同样的动力他跑得越快,在同样的动力下他跑得远。所以我们今天的题目主要是讲一下怎么样用现代的工业技术以及新材料把车身在满足一些技术条件,比如说碰撞条件、干路条件下能满足轻量化,在节能减排方面做一些贡献。节能减排是一个大趋势,本特勒作为全球最大的汽车零部件供应商之一,我们可以说本特勒也在行动以节能减排。

我今天题目主要有几个部分,在技术报告之前,我用几分钟给大家介绍一下本特勒。另外,我再介绍一下关于二氧化碳的减排,这个题目今天我们前面的报告人都已经介绍了,我再简单介绍一下。另外,在车身上面材料的使用,为什么使用这个材料,这个材料有什么好处。我以前在国内做报告的题目就是这样:对于不同的零件我们可以使用不同的材料,满足他的技术要求,根据这个设计来满足轻量化的要求。另外,我给大家介绍我们近一两年在市场上推广的三个技术。最后,我要介绍三个例子,通过这三个例子大家可以看出来,作为节能减排,我们车的轻量化怎么能够在车的设计过程中考虑到成本的要求、轻量化的要求、技术的要求。

首先,本特勒。本特勒是一个家族企业,它已经存在了130年的历史。他以前是一个铁匠出身的,在50年代的时候,他曾经生产过五千辆最小车。60年代,本特勒集团分成三个分支,有钢管、钢材、汽车技术、贸易。我们今天主要讲的是汽车贸易,在汽车贸易里面我们有三个产品部门,第一个是底盘部门,我是来自车身部门的。另外一套,我们还有发动机和排气管道部门,另外,我们还有工程技术公司。本特勒全球在汽车行业总共在二十多家,有52个工厂16个研发中心,去年在汽车行业的销售量是46亿欧元,全球18000名员工。它的主要产品提前已经提到了,主要是底盘,底盘部门有底盘零件和底盘模块。我们还有车身件,车身件在车身里面,主要是A铸、B铸、前面保险杠这些系统。这些系统在汽车轻量化里面可以做很多的文章,因为在车身里面,碰撞是一个主要的,现在国内汽车要打开国际的碰撞门,你必须考虑到你这个车的设计,怎么样才能设计出一个车在国外欧洲碰撞的时候能够达到它的五星、四星的要求。我们这里面主要的安全零部件就拆开了热成型技术。我们主要发动机的钢管和排气管道,我们公司还有一个钢管厂,它是高强度的钢管它的抗强度能够到1600兆发左右。

这是我们公司以后要创新发展的未来,现在主要有三个:去年我们在国内搞技术展览的时候,我们已经提到这三个模块:这三个模块一个是有效合理的利用资源。有效合理的利用资源主要是考虑加工,我们通过不同的创新、改革使我们的先进工艺技术应用到生产中去,使能源消耗降低。这样我们有效的使用资源。另外,我们考虑到安全性。因为汽车的安全性是一个主要的课题,我们生产出来的车必须要安全。另外,就是环境保护,我们主要是考虑到怎样使汽车轻量化以达到减排的效果。所以我们不但在汽车零部件里面使用热成型技术,还有碳纤维材料,我们也可以提供这些产品的设计和生产。

接下来简单介绍我们公司的情况,我们公司在中国的业务也开展得很好,目前中国有四家工厂,两家在上海,一家在长春,另外一家在福州,而且我们公司是第一家把热成型技术引入中国的公司。前面介绍了我们公司。

下面讲一下我们下一个课题,这个课题主要是二氧化碳的规则。这个规则主要是欧共体定的规则。02年65%的车二氧化碳的排放量必须不能超过130克,05年,55%的车必须达到这个要求,如果不能达到这个要求,有一个惩罚,就是惩罚我们汽车厂,如果汽车厂超过一克,罚款五欧元,如果超过四克,每一克要付费95欧元。从2019年以后,所有的车生产,如果超出了这个标准,每一克都要罚款95欧元。这对汽车轻量化起到了很大的作用。这里面我们做了一个市场调查,如果车身或者整车的总量减轻一公斤,它的油耗可以节省多少升每公里,但是二氧化碳的排放量减少0.06克。这个0.06克是一个很小的数字,我们可以忽略不计,但是如果你从北京开到上海,来回跑一趟,二氧化碳的排放量就是很大的数字。而且如果你超过一克,从2012年开始,如果减轻重量一公斤,我就可以节省成本5.7欧元。这5.7欧元人民币就是57块钱。我们通过这个可以看出来,汽车的轻量化是非常关键的。在满足节能减排的大趋势下,作为一个汽车工程技术人员,必须要考虑到汽车的轻量化。我们做过一个调查,车身重量占整个车的40%,如果我们把车身减轻,整个车的重量就能够减轻。现在一般的设计都是单一的车型,我可以用全钢板车身结构,豪华车或者是奥迪车,全部是铝合金材料。在将来我们要考虑的肯定是车身的多样化,或者是材料的多样化。你要用不同的材料到不同的零部件上面去。以满足他的技术要求。这些材料比如说我们这里面说的有超高强度钢,一般抗拉强度在800以上的我们叫它是超高强度钢。比如说热成型技术,它的抗拉程度可以到1500、1600。铝合金、碳纤维复合材料,镁合金,这些技术在我们公司里面都可以进行设计以及进行生产。而且我们有一些产品已经在用这些方面的技术。

这是在德国汽车学会,由大众汽车公司牵头进行的研究。它是超级轻量化的车。这个车身的设计是有180公斤。这个车型是一个高尔夫[综述 图片 论坛]的车型,这个高尔夫车型现在是180公斤,跟高尔夫3、高尔夫4对比,它的材料减轻30%多。铝合金占了53%,有96公斤左右。钢板、钢材66公斤,镁合金11公斤,还有一些塑料件,这里面可能还有碳纤维复合材料。大家如果看一看的话,这里面的技术用了很多,比如说灰色的是热成型零部件,这里面表示,前面中央通道及以及底盘,底部通道,都是用高强度钢。为了满足侧面碰撞,A如和门底下的踏板,都是用热成型技术。再看这个车,这个车在欧洲碰撞已经拿到五个星,如果我们对它进行分析,看看哪些零部件我们可以改。看看在大的零部件能不能减轻它的重量。通过我们对前后保热成型材料,对顶部、底部,我们整个可以做一下估算。在满足这个技术要求情况下,碰撞要求、钢度要求等等要求情况下,我们可以减轻重量66公斤,这个66公斤是什么概念?成本我们现在不要考虑。因为铝合金和镁合金的材料成本肯定是很高的。我们现在根据技术进一步的创新,我估计成本肯定会降下来。我们考虑到二氧化碳的排放。这个排放我们可以考虑它在生产中,比如说复合材料或者是铝合金,它在生产中产生的二氧化碳提高了。但是,如果在使用期间它就降低了。而且在回收方面,因为复合材料等等的回收产生的二氧化碳也提高了。所以我们把整个考虑一下,如果一个车的使用寿命是20万公里,我们可以计算一下,它的二氧化碳的排放量可以减排670公斤。这670公斤我们除20万公里,等于是我们每公里减排4克二氧化碳。你一公斤,或者是一克,如果没有达标,你必须罚款95欧元,4克相当于400欧元左右,通过我们的分析,我们认为有可能根据我们的技术,尤其是热成型技术,我们能满足节能减排的要求。

前面谈到了很多的热成型技术,热成型到底是什么样的技术?热成型其实是很简单的一个技术。大家可以看出来,这个工艺过程很简单,首先是开点、下料,进行炉子的加温,这个温度一般是在950度左右加温。加温以后,一次冲压成形,然后再进行冷却。这个技术和一般的冲压技术的区别多了一个模子。模具里面有一套冷却系统。它减轻重量,因为它强度提高了,所以重量可以减轻。而且可以减少它里面加强板的数量,比如说我们可以看出来,这里面的中央通道是大众车的一个通道,我们可以通过热成型技术可以用到中央通道里面去,加强板等一些零部件就可以省掉了。因为我们是一次成型,所以我们就需要一套模具。同时,它的成型的精度非常高。另外,它的碰撞的能力非常优秀。

这是我们一般用在汽车材料上面的图,我们也称它为香蕉图,因为它的形状像香蕉。一般我们国内在车身的材料是在这个范围之内,它的强度是200兆帕,它的强度是40%,因为它比较软,比较容易成型。它的原始材料没有加温之前强度已经很高了,延伸率15%。通过加热,它的材料里面,晶体发生变化,然后变到这个程度情况下,我们进行冲压成形,这个材料一加热950度以后,钢板肯定还是软的,在这个情况下加热成型。成型的同时进行冷却。冷却是轧果处理了,它的强度就提高了。热成型技术和我们老祖宗以前造剑的技术是一样的。王麻子菜刀很快,它的刀的成型也是经过炉子里面烧,进行锤打,到炉子里面冷却。这个工艺的好处是它的成型在25秒到30秒这么很短的时间内来完成。这个技术是很关键的。这个材料是1600兆帕,跟200兆帕相比,我们强了8倍。国内的这些厂家经常提这个问题,你这个材料技术好,哪个零部件我是第一优选,比如说要热成型技术。这里面是我们在市场调查,上面这些图形,所有这些零部件标志,在06年以前都可以采用热车型技术进行生产的。现在我们已经拓宽了,比如说这个中央通道,在06年如果这个曲线进行对比,本特勒每年可以生产八百万件,而且BERU是在汽车零部件里面首选的零部件。

热成型我们公司是全球领先的,我们不光停留在以前的热成型技术上面,我们这几年在热成型技术开发获得了很大的成功。比如说我们最里面一个技术,这个技术我们通过分析计算,我们发现这些零部件BERU的厚度,到底不部不要那么厚,中间厚一点,根据不同的厚度,我们可以在材料开展的过程中进行汞压,使得板的厚度根据我们的要求来调整轧汞的参数来满足他不同的厚度。冲压以后下料,下料以后进行热成型,最后冲压成形。这里面的好处,我哪个地方厚就可以进行热成型加工,一套模具就可以满足他的要求。这个技术我们已经成功的用到了宝马X5[综述 图片 论坛]上面去。

另外一个,打补丁技术,在碰撞的时候,有机的部位会加强,加强需要加强板和加强金。我们在BERU的技术里面,两个料同时进行下,下完了以后点焊连接起来,一起送到炉子里面加温,一次成形,这个技术解决了:第一,省一套工序费用。第二,如果你单独进行加工,最后技术组装焊接的话,它的强度很高,焊接不在一起。这种技术它解决了撞碰带来的困难。这里面大家要问了,你在加温之前焊在一起了,再加热以后再成型,这两个点会不会脱落?我们可以解决这个问题。另外,局部进行加热,尤其在侧面碰撞,它里面的要求特别高,最高的要求你顶部材料强一点,底部弱一点,所以碰撞的时候,底部吸收能量多一点。我们这个技术现在已经成功的运用到了奥迪Q5[综述 图片 论坛]的技术上面去了,奥迪Q5去年在欧洲获得车身展的最优秀奖。一般碰撞的时候顶部变形小一点,底部变形大一点。如果我们以热成型,不同材料局部加热,底部变形很小,顶部变形很大,可以满足碰撞的要求,使得底部能量吸收多一点,因为底部的空间比较大。在优化的过程中我们发现,这里面有一个轻量化的对比。如果用冷成型,它的重量是8.7公斤,如果我们用这个技术,4.5公斤。整车的重量减轻4.3公斤。我们不断的提高,还可以把重量减轻。

下面讲三个例子。我们经过分析、计算,完全可以做到把外面这个板热成型,如果我们采用热成型技术,连成的三件我们可以连件进行组成,重量可以减轻八公斤,性能可以提高,成本上面少了一个零件,总量减轻了,装配成本减少了。所以我们这个零件在葡萄牙进行量产。另外,我们这里面做了一个例子,这个车已经碰撞无形,但是由于车底很重,我们通过进行比较可以看出来,这里面有五层板连接起来的,大家看这个照片,这个照片是这个车子的切割照片,这个车子是帕萨车车子的切面,这里面就是用热成型技术,我们可以在保证它的性能的情况下,减轻车底的重量7%,这个7%的数字很小,但是这个车420公斤,7%的概念相当于是30公斤左右。最后一个例子,我们把20年以前的车进行分析,看这个车能不能满足现在的欧洲碰撞要求。大家可以看出来,如果20年前的车与我们在做碰撞,全面的碰和侧面的碰,整个车压缩得很大,我们对它进行分析,以前用的车身材料没有用高强度钢,用600兆帕的钢也是占8%左右。我们进行优化、分析,采用高强度钢,我们可以发现,最里面优化前和优化后,我们可以减少它的变形将近800毫米,800毫米可以把里面的驾驶员的生命进行保护,碰撞以后他没有进行压缩。车内碰撞可以减少500毫米。

这就是我今天要做的报告,谢谢大家!

(来源:凤凰网汽车)

(编辑:www.adminbuy.cn)

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