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1.3.3 奥迪钢铝混合车身及铝合金电池壳体

奥迪在铝制车身设计和制造方面一直处于比较领先的位置。早在1982年,奥迪就与美国的铝合金厂合作研发铝合金车身来降低车身重量,并在之后奥迪A8的几代车型上都进行了应用。一方面,奥迪整体框架技术的进一步发展使得白车身零件数量不断减少,同时也减少了车身连接点的数量,D2(第二代)使用了334个零件,D3(第三代)使用了267个零件,D4(第四代)使用了243个零件。另一方面,奥迪所应用的铝合金种类数量及屈服强度不断增加,D2使用了7种合金,屈服强度为100~200MPa;D3使用了10种合金,屈服强度为120~240MPa;D4使用了13种合金,屈服强度为120~280MPa。

奥迪e-tron是奥迪首款纯电动量产车型,基于纵置模块化平台MLB Evo打造。MLB Evo平台是MLB平台的升级产品,相较于后者,它的最大变化是通过轻量化技术的运用,使整车重量约降低了50kg。平台轻量化技术的优势非常多,轻盈的车身能够提高操控稳定性,也将大大提高汽车的续驶里程。针对日益提高的安全碰撞测试要求,为了更有效地保护碰撞时乘员的安全,奥迪e-tron在A柱、B柱、雪橇板及座椅横梁等驾驶舱框架部位采用了超强热成形钢,占比为22%。覆盖件、后地板面板等非碰撞安全结构件部位采用了铝板;前、后防撞梁和吸能盒等部位采用了铝挤压件;减震塔属于结构复杂的重要承载部位,为铸造铝合金件;白车身的其余部分则采用传统钢板,保证车身的刚度、强度,降低维修成本,占比57%;车身材料占比如图1-6所示。

图1-6 奥迪e-tron车身材料占比
注:该图片来自ECB。

奥迪e-tron的高压锂电池采用了铝合金外壳,铝挤压框架的结构。该电池壳体的结构不仅能够在碰撞时有效地保护电池,而且相较于其他车型还增加了27%的扭转刚度,为车身轻量化提供了更多的优化空间。图1-7a所示为奥迪e-tron电池壳体结构,依次是内部的铝型材吸能结构、铝合金外壳的下层、电池组外的壳体架构与电池框架、置于底部的冷却系统及防碎石冲击的底部防护板。电池壳体的载荷路径如图1-7b所示。

钢板和铝合金有着不同的材料特性,因此奥迪e-tron采用了多种不同的车身连接工艺。除了较为常用的SPR、FDS、电阻点焊、激光拼焊和激光钎焊外,还采用了无铆钉连接(Clinching)、摩擦塞铆焊(Friction Element Welding,FEW)等先进的连接工艺,如图1-8所示。

图1-7 奥迪e-tron电池壳体结构及载荷路径
注:该图片来自ECB。

图1-8 奥迪e-tron车身连接工艺
注:该图片来自ECB。

其中,无铆钉连接是可塑性薄板的不可拆卸式冲压点连接技术的国际注册名称。它利用专业的冲压设备和连接模具,在外力作用下,使被连接的两个板件挤压塑性变形,在挤压处互相镶嵌,形成一个圆形的连接点,将板件点连接起来。这是一种过程简单、成本低且效率高的点连接方法,通常用于非承载部位的异种材料连接。

摩擦塞铆焊(FEW)是一种先进的连接技术,它通过“紧固件”的高速旋转及适当的压力穿透上层板料,这时“紧固件”暂停压入,保持旋转产生热量并熔化下层板料,在压力的作用下,完成“紧固件”与下层板料的焊接。摩擦塞铆焊是一种FDS与电阻点焊(Resistance Spot Welding,RSW)结合的工艺,常用于超高强度钢、热成形钢与铝合金的连接。 XTl+1pDvDUPX/RTUF24GZKUkD81QQrIDfDmOJISUiZArfsbNoZCoK+ce9O2BYfHo

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