冲压与模具工艺:汽车上有哪些看似简单但技术含量特别高的零部件?

行业动态     |     2020-06-01
摘要:白车身虽看似简单,想要做好它确实很不容易,因为它是整车设计中最重要的一个零件,也是最先开始的零件,所以在开发过程中,需要经历非常多次的迭代优化。为了给车上所有零件提供安装点,白车身上需要设计很多螺柱或开孔。

  如果说汽车上有啥看着不起眼的零件,我觉得最不起眼的反而是整车最大的零件——白车身。很多人都会认为,白车身不就是一个铁壳子,拿几个铁皮焊在一起就完事了。了解得多一些的,可能会考虑冲压工艺的影响,对于侧围或类似大零件有一些技术限制。但是以上都是比较简单的想法,白车身作为全车最大的零件,起到的是承载其他所有零件的作用。就像著名的悖论特修斯之船那样,当把一台车上的所有零件都换掉以后,这台汽车还是原来的汽车么?在我看来,白车身就是一台车的本体和灵魂所在,如果把发动机比作心脏,那白车身就是躯体。这也是为什么车管所非常车架号,这可以算得上是类似汽车身份证的东西了。关注微信公众号,冲压帮 如今的平台化造车理念逐渐普及,通过共用设计和零件,主机厂可以达到节约成本提升性能的双重功效,同时,白车身在很大程度上决定了一款车型的安全性。可以说,一辆汽车的性能都是从白车身而起,比如安全性,NVH,轻量化,操控性,舒适性等等。
 
  白车身虽看似简单,想要做好它确实很不容易,因为它是整车设计中最重要的一个零件,也是最先开始的零件,所以在开发过程中,需要经历非常多次的迭代优化。为了给车上所有零件提供安装点,白车身上需要设计很多螺柱或开孔。为了提供更好的整车碰撞成绩,需要对结构强度进行多次CAE计算,确保最终在碰撞测试中获得期望的成绩。
 
  不仅碰撞需要进行计算,对NVH而言至关重要的模态和刚度也是需要不断被优化的。通过不同的结构设计,可以从根源上提升整车的NVH表现水平。
 
  所以,唯有通过各种手段的优化,关注微信公众号,冲压帮 配合多轮计算和论证,才能拥有一款优异的车身。技术含量也就随之水涨船高了,有时候通过利用一些巧妙的结构设计,可以达到事半功倍的效果。
 
  正好手里有一些丰田新卡罗拉的宣传数据,我也就借此来说一下几个对于提升车身性能非常有帮助的小技巧,但不要小看这些看似简单的零件,这可都是经历多次研发和调整后的最优化解决方案,和如今市场上的副厂改装件不可同日而语,技术含量高了一个数量级。
 
  卡罗拉使用的是丰田最新的TNGA架构,丰田如今的新车几乎全都是基于这个架构而来。TNGA的主要特点就是安全性较强,同时具有很强的扩展性,车内空间也尽可能做到最大。丰田之所以能够让TNGA架构拥有较为优秀的碰撞成绩,主要有一下几个特殊设计:
 
  首先登场的是通贯式车底纵梁。纵梁的重要性就类似于人的骨骼,在发生碰撞的时候,提供关键车身强度就要靠这些梁。关注微信公众号,冲压帮 通常考虑到成本和碰撞性能而言,配备一根从防火墙到B柱位置的加强梁就已经足以应对如今的C-NCAP了(不排除某些车型由于车身强度实在不够因此需要做其他额外加强的)。但是TNGA考虑到众多车型需要应对更严苛的IIHS或C-IASI等需要考虑25%偏置碰的情形,因此加强了两侧底部的纵梁,让其一直延伸至车尾。这样做的好处就是可以提供更大的X向碰撞强度,在关键时刻保证乘员舱尽可能不被挤压变形。
 
  接着,是横向固定器,其实这种结构在有些车上也有应用,通过对通道部分的横向加强,达到提升Y向强度的目的。之所以这样做,主要是为了应对侧碰的测试要求。和纵向的梁一样,TNGA在横向加入的这三条梁,除了提升侧碰性能,这几根连杆还能帮助抑制整车在行驶过程中的车身变形,提升车身刚度。另外不同于其他车型的是,新卡罗拉使用的是铝制零件,在提供足够强度的同时,还能大幅减轻车身重量,在如今轻量化概念下,尽可能提升燃油经济性。
 
  在前轮上方,所有TNGA车型都使用了半包围式的塔顶加强梁,在这一点上卡罗拉也没有例外。关注微信公众号,冲压帮 在汽车改装界,顶巴也是一个重点改装项目,然而后市场上那些通过螺接的顶巴相比于一体成型且通过多个固定点安装的原厂顶巴相比,性能自然要逊色不少。卡罗拉这款原厂顶巴,也是为了整车的车身刚性服务的。
 
  另外在车头部分,最影响碰撞性能的就属前防撞梁了。防撞梁的位置以及刚度都会直接影响最终的安全性。为了更好的保护车内外人员,卡罗拉使用了两根不同材质的防撞梁,通过上部铝制挤出成型的主梁和下部钢制冲压成型的副梁,尽可能将更多的正碰能量均匀传递给车身。这种结构同样可以在TNGA的其他车型上看到,是一种比较统一化的解决方案,不过其背后,却是大量工程师辛勤劳动的结果。铝质的前防撞梁,主要也是考虑到减重这个大需求,在这种需要高强度和大尺寸的结构件上,通过更换铝质零件,可以大幅降低重量,但代价自然就是成本的上升。
 
  在结构设计方面,得益于丰田最新的TNGA平台,整个底盘相对平整,全车还有大面积的隔音处理,可以有效抑制风噪路噪和胎噪,提供更静谧的驾乘体验。另外,全新的GOA座舱设计也是看不见的亮点,侧围外板与里板的连接加强,借此提升了车架的强度。
 
  材料运用也是看着没啥区别但实际技术含量差距特别大的零件。在卡罗拉身上,前纵梁,A柱内板,通道,座椅横梁以及后排纵梁等零件使用传统的590Mpa高强度钢。在天窗加强梁,侧围下板以及B柱位置的座椅横梁位置,关乎碰撞安全的零件,都使用了1180MPa的高强度钢。在最关键的几处位置,如前保下纵梁,A柱内板,B柱内板,纵梁等位置,使用的是1620Mpa的超高强度钢。关注微信公众号,冲压帮 虽然看似都是一样的车身结构,通过使用不同的材料,可以拥有完全不同的结构性能。想要把高强度的钢板制作成需要的形状,需要的就是热成型工艺了,通过高温和高压的冲压,才能保证在冲压过程中零件的成形性,无论是对工艺还是对成本控制,都是非常大的挑战。
 
  在查阅资料的时候,我还发现了一个非常创意的点,那就是卡罗拉使用了副驾驶坐垫气囊。气囊相信大家都不陌生,如今已经很难找到一款不带气囊的车型了。卡罗拉全系标配8个气囊,不同于一些车型在副驾驶膝部布置气囊,卡罗拉这次将气囊布在了副驾驶的大腿位置,大致如图:
 
  在发生碰撞时,此处会爆出一个气囊,将副驾的大腿抬高,同时可以避免臀部向前滑出,起到辅助固定乘客的作用。同时,被抬起的双腿可以在碰撞中更好得起到支撑作用,缓解一部分原本需要由安全带约束的力,对于碰撞测试成绩也会有一定程度的帮助。较为有效地保护了个头娇小的儿童和女性乘客的安全。此类气囊我还是第一次见到,让我眼前一亮。除了这个特殊设计的气囊外,另外7个气囊分别是:方向盘气囊,副驾驶正面气囊,驾驶位膝部气囊,前排左右侧腰部气囊以及侧向气帘。这些气囊通过气囊控制器的管理,在合适的情况下以此点爆,可以在碰撞中最大程度保证驾乘人员的生命安全。在系上安全带的情况下,有气囊的车型在事故伤亡率方面相较没有气囊的车型有所下降,足以可见气囊作为一项不算太新的科技,对于安全性的重要帮助。通过减小碰撞时的加速度,无论是面部,头部,还是肩部,胯部等等关键部位,都用气囊进行缓冲。比如值得一提副驾驶面部气囊,因有对面部贴合有特殊设计,可以较好地缓解汽车事故带来的冲击。在汽车碰撞后,为了避免副驾驶乘客与车内结构件发生“二次碰撞”,副驾面部气囊会在极短的时间内打开并充气,使副驾驶乘客“扑在”气垫上,从而减轻车辆碰撞对乘客的伤害程度。随着整车被动安全重要性深入人心,越来越多的车主在选购时更关注气囊的数量。当然,车内的气囊是需要与安全带配合使用的,所以在任何情况下,都要系紧安全带,包括停车休息的时候。
 
  最后还有一点,最新的TNGA架构下,将混动模式的动力电池布置于后排坐垫下方,实现了混动版本和传统汽油版本相同的行李箱容积。另外,通过A面修改,尽可能降低车身高度,达到节油和提升驾驶性的目的。
 
  总结:车身作为整台车上看似最没有技术含量的零件,实则包含了大量的设计元素和工艺难度。一款好的车身在最终整车性能的层面会占据很大主动权,无论是安全,性能,操控,NVH,乃至空间,舒适等等层面,都起着决定性的作用。
 
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