浅谈奥迪车铝车身技术

2018-04-11长春职业技术学院汽车分院

汽车维护与修理 2018年6期

长春职业技术学院汽车分院梁峰

1 奥迪车框架结构车身发展

随着人们环保意识和节能意识的提高，降低车身重量已经成为汽车发展趋势。要降低汽车排放对于生态环境的污染，就要把汽车效率提高，而提高汽车效率有3个主要途径：降低车身重量、降低车身风阻、提高发动机效率。这3个主要途径中，汽车外形设计和汽车发动机技术已经非常成熟，可提高难度大、费用高。所以，降低车身重量是最有效的途径。

根据汽车研究机构实验数据得知，如果汽车整车整备重量减少5%，汽车燃油经济性可提高3%；汽车整车整备质量减少50 kg，汽车每行驶100 km油耗可以减少0.3 L。

汽车使用铝制件来代替钢制件，能使汽车整车整备重量减少35%；如果汽车采用铝制发动机，能减轻25%的重量；使用铝制冷却液箱比使用铜制冷却液箱重量减少35%。由此可见使用铝材来代替钢材减轻车辆的重量有着非常好的效果。

为了实现车身轻量化，奥迪车身运用了科学轻量化设计。科学轻量化设计被称作奥迪框架结构车身，所谓框架结构车身，就是在三维立体的空间内，使用铸造件和型材件搭建一个“车架”，然后再将车身覆盖件装配到这个“车架”上。奥迪框架结构车身采用铝件、塑料件和碳纤维件组成，使用轻量化生产工艺生产，从而车身降低重量，同时提高了车辆的安全性。

1995年，奥迪第一代全铝车身奥迪A8车批量化生产，第一代奥迪全铝车身使用铝型材制造，并将车身设计成骨架式结构，这种结构设计被称为框架结构车身。2002年，第二代奥迪框架结构车身问世，奥迪第二代框架结构车身所有零部件均采用注塑铝件和冲压板材制造而成，并采用胶粘铆接连接而成，同时使用了激光焊接，这使得车身结构变强。奥迪第三代框架结构车身全部由铝型材制造而成，在生产制造方面，手工加工制造更多应用于第二代框架结构车身，而智能自动化制造更多应用于第三代框架结构车身。

2 奥迪框架结构车身技术特点

2.1 奥迪框架结构车身特点

奥迪框架结构车身创造性地将铝材和钢材融为一体，使汽车的稳定性和加速性大大改善。这种结构使车身刚度提高50 %，焊点减少30 %，重量更轻的同时具有良好的碰撞安全性，并极大地减轻了车身重量。无论是安全性、平稳性还是灵活性都表现得非常出色，奥迪框架结构车身中，铝车身梁比钢车身梁厚度增加0.8倍。框架结构车身的铝件是铸造而成的，铸造铝件的强度更高，在板件连接和应力集中部位使用，使用惰性气体保护焊和铆接连接。这种压铸铝件是通过优化结构和增加壁厚来提高强度的。铸造铝件根据结构需要，能够做成很复杂的形状，并保证这种结构的车身节点有着较强的刚度。

奥迪铝车身表面覆盖件是冲压制造而成的，覆盖件使用的铝板比钢板厚0.2倍，这些部件的加强板也是采用铝板材制造而成的。奥迪铝车身的结构件和覆盖件都是采用冲压铆接连接，冲压铆接比焊接的强度高30%，铆接连接占车身连接中的70%，除了铆接连接外还采用了胶粘、折边、钩钳等连接形式。

2.2 奥迪框架结构车身轻量化技术

奥迪框架结构车身轻量化技术采用了铸造铝件、铝板材、铝型材等材料，使得车身重量比钢车身轻40%，更重要的原因是因为奥迪采用了框架结构车身设计，框架结构车身上面，各个零部件的截面都是不同的，这取决于每个零部件的功能和作用。这就好像鸟类的骨骼，以最小的重量实现最大的功能。在不安装发动机室盖、车门、行李箱盖的情况下，奥迪A8L车身重量仅为220 kg。

2.3 奥迪框架结构车身安全技术

奥迪框架结构车身使用封闭结构的铝材做防撞梁，并在车门铰链、车门内板、A柱、B柱、C柱、门槛、地板等地方使用了加强版，这样大大地加强了车身结构，从而满足车身的碰撞要求。

铝的吸能性比钢要好，铝车身能显著提高汽车的安全性能，铝车身防撞梁在碰撞过程中产生溃缩，使大量能量被吸收。除了吸能外，框架结构车身纵梁和地板设计成同一个高度，这样纵梁传递过来的能量可以通过地板和侧围传递出去，从而减少乘客在碰撞过程中所受的伤害。例如当车辆发生正面碰撞时，碰撞能量会被前保险杠吸收一部分，同时纵梁会传递一部分能量到地板、侧围和顶盖，这样地板会吸收一部分能量，侧围和顶盖会吸收一部分能量，从而更好地保护发动机和乘客室。此外铝制车身重量轻，所以车辆的动能也就小，从而减少车辆碰撞过程中产生的能量。例如在正面安全测试时，车辆速度为56 km/h，车辆正面与障碍物碰撞，碰撞后仍能开启车门。

3 奥迪框架结构车身优点

3.1 车身重量轻

与之前的钢车身重量相比较，奥迪采用框架结构铝车身可以使车身总重量减轻100 kg以上，车身重量的减轻使得车辆的燃油经济性、动力性和操纵性有了很大的提高，这就是框架结构铝车身的最大优点，也是奥迪框架结构铝车身提供给客户最明显的体验，其轻量化表现如表1所列。

表1 奥迪框架结构车身轻量化实例

3.2 车身耐腐蚀

铝与空气接触之后会被氧化生成氧化铝，氧化铝附着在铝件表面，使得铝件不能与空气和水分接触，阻止铝件的腐蚀，所以铝制车身的抗腐蚀性比钢制车身要好很多。

3.3 车身更安全

在碰撞过程中，铝车身的吸能效果更好，通常铝车身的吸能效果是钢车身的2倍，所以铝车身能够更好地减少在碰撞过程中的冲击力，从而更有效地保护车内的乘客安全。

3.4 车身更环保

奥迪框架结构铝车身，由于车身重量比钢车身轻，所以降低了车辆的燃油消耗，从而减少了汽车尾气排放对于生态环境的污染。此外，铝车身零部件的回收率非常高，所有的铝部件基本都可以回收，且回收以后再生产所需要消耗的能源少，铝部件多次循环回收性能变化不大。此外，回收铝件消耗的能源是生产铝件消耗的25%，而回收钢材的能源消耗则占到55%。这种高效回收的特点使得奥迪铝车身更具环保性。

4 奥迪框架结构车身缺点

4.1 加工难度大，成本高

铝件的加工成型难度大，由于铝的延展性不好，所以在加工成型过程中很容易产生裂纹。如形状比较复杂的车门内板，为了在加工过程中不产生裂纹，在设计时尽量保证零件结构过度光滑、平顺，让材料容易流动以避免拉裂，这样铝板的冲压成型设备、工艺要比钢板冲压成型设备、工艺精度高很多，增加了铝制车身的制造成本。此外铝件和铝件、铝件和钢件的连接难度大，成本比较高。铝车身连接工艺直接影响“全铝车身”的生产制造，现在铝车身主要应用的连接工艺有胶粘、电阻点焊、铆接、螺栓连接、激光焊等。