ARCFOX的輕量化密碼,到底是什麼?

2020-12-06 autocarweekly

文|Piero

鋁,英文單詞Aluminum

能讓你想到什麼?

想到幼時民間匠人風箱旁,即將凝固的刀劍;

想到上學路上,躺在書包裡的飯盒;

而我想到的是,機械叢林中,其與周邊金屬奮力的融合。

鋁,銀白色輕金屬,來源於礦山;

燒結於粉末,伴隨高溫的洗禮;

融化時與異族元素,分子間粒粒相擁,鬥志昂揚;

只待爐膛敞開,如萬馬奔騰,形成一道道火光;

均質後伴隨冷凝結晶的歷練,終成板材;

經受落料機刀鋒的磨練,驚惶間與凹凸兩模擁吻,鋁合金車身件至此誕生。

汽車車身結構的演變

鋁合金車身件自打問世之後,一時間憑藉其輕盈的小身板與白皙的皮膚,紅遍大江南北,不知迷倒了多少汽車界男神。

但鋁卻並非男神們的初戀。

事實上,早在我國古代,就有木質結構的戰車。但那時的戰車由馬牽拉,不能算作汽車;時光飛逝到1886年1月29日,一個叫卡爾·本茨的德國科學家獲得了以汽油機為動力的三輪車專利,該三輪車沿用了三輪馬車傳統的木質結構。而這輛木質結構的三輪車,就是世界上第一輛汽車。

就這樣,早期的轎車車身基本沿用了馬車車身結構,整個車身以木材為主。木材是大家熟知的材料,它的重量較輕;由於汽車發展的開始階段,動力性能並不優越,所以受到動力和續航能力的限制,木質車身結構存在了相當長的一段時間。就比如Standard公司在1929年製造的Fulham系列車型,使用的就是經典的木質車身。

但隨著時間的演變,人們發現木質材料的車身並不能滿足人類對安全性的要求。儘管其擁有重量輕的優點,但木質車身強度很低,因而碰撞安全性很糟糕。另外,由於木材本身屬於易燃材質,這直接提高了木質車身結構的起火隱患。

為了提高車身結構強度以及安全性,當時的工程師們決定嘗試使用承載能力較好的鋼材。而歷史的車轍也良好地證明了當時這一選擇的正確性。在經過多次試驗之後,1925年美國福特公司創造出了世界上第一輛使用鋼結構車身的汽車,也就是被後人傳為汽車神話的福特T型車。

從此之後,汽車界正式踏上鋼結構車身之旅。

隨著時間的演變,重量大、重心高、空間利用率低、舒適性差的非承載式車身,逐漸被承載式車身取代。1925年由文森卓·蘭西亞發明的承載式車身結構的出現,真正實現了車身與車架的融合。而承載式車身結構憑藉其良好的承載能力與強度一直延續至今,並得到不斷完善和發展。

但在這一時期,得到完善和發展的可不僅僅是承載式車身結構本身,還有車身結構所選用的材料。隨著世界性能源問題與環境危機的加劇,汽車輕量化逐漸進入人們的視野。而所謂汽車輕量化,指的是在不影響整車操控和安全性的前提下,做到車身質量最優。

而汽車輕量化的主要方式就是針對汽車結構與材料進行優化和改進。

在汽車輕量化方面,最先取得巨大進步的要數奧迪汽車了。1994年,由奧迪汽車公司和Alcoa鋁業公司聯合開發的全鋁空間框架車身誕生;這種框架車身由擠壓成型的中空構件組成,每個元件都是承載的實體,在拐角和焊接處則採用壓鑄件結點連接。這種全新的車身結構使得車身重量降低了約40%,但車身強度和剛度卻反而增加了。

奧迪全鋁車身的研發成功,大大提高了其他整車廠對鋁這一輕金屬的研發興趣。

為了實現汽車輕量化與製造經濟性的雙重目標,人們開始將視野轉向鋼鋁混合車身的開發。而在純電動鋼鋁混合車身領域,有著較強技術能力的品牌,國外要數特斯拉,而自主品牌領域裡面,要數北汽集團旗下的ARCFOX了。

ARCFOX與特斯拉的江湖

說起ARCFOX也許你有些陌生。

但說起其品牌的締造者:北汽新能源與麥格納,在江湖上可謂是名滿天下:北汽新能源全球研發中心,布局六國八地,並有三電核心技術加持;麥格納是全球排名前三的零部件供應商,擁有百年整車研發和製造經驗,還是全球唯一可以在同一個工廠共線生產不同驅動車型的汽車供應商。

就在去年的1月15日,北汽新能源與麥格納在鎮江府興師動眾的拜了把子,並成立了一家叫做麥格納衛藍的新公司;各自磨拳擦掌,立志要幹一番大事。

也許是因為受上汽、廣汽等諸多車企都有旗下高端電動品牌的激勵,麥格納衛藍成立伊始,就吃了秤砣,鐵了心;決意集「衛藍達摩院」眾匠之力,打造一個全新的高端品牌。就這樣,承擔著北汽高端品牌、高端產業落地重任的ARCFOX品牌,得以誕生。

眾所周知,瑞士日內瓦車展是世界範圍內公認的「五大」國際車展之一,在汽車業的地位可謂舉足輕重。但無奈的是今年的該車展,受疫情的影響而取消;但去年的日內瓦車展,可謂熱鬧非凡。各家車企猶如八仙過海,各顯其能,紛紛亮出自家絕活。

正所謂,天下武功唯快不破,剛剛成立的麥格納衛藍,攜ARCFOX GT賽道版、ARCFOX GT街道版和ARCFOX ECF Concept概念車等3位秘密培養的大內高手,在該車展上與其他門派同時亮相,比武招親;三位武俠不僅武功高強,而且樣貌俊朗,引來眾人駐足;一時間,消息傳遍大江南北,可謂風光無限。

回去之後,那位叫做ARCFOX N60 的武俠,就帶領徒弟們閉關修煉。寒來暑往,9個月後,他的第一位徒弟正式出山(北汽麥格納以9個月時間,完成首輛鋼鋁混合車型下線,書寫行業最快歷史),儘管套路與師父稍有不同,但那套鋼鋁混合拳,著實深得師父真傳。

鋼鋁混合拳可謂江湖絕學,練就此功者自然鳳毛麟角。

但中年肥臀元帥,馬斯克的麾下大將特斯拉,確是其中響噹噹的一位。

2017年,誕生在美國加利福尼亞州的Model 3, 白車身主要由四種材料組成:鋁材(灰)、低碳鋼(藍)、高強度鋼(黃)、超高強度鋼(紅)。

為了避免後軸電動機引起車身前後不平衡,Model 3 在車尾處集中了大量鋁製結構,用以減輕後端車身重量,將超高強度鋼集中於乘客艙,以此布下數個 H 形防撞方陣,以禦敵人騎兵衝擊。

為應對諸如 25%偏置類的重疊面碰撞事故,車頭縱向防撞梁兩側,加裝一段弧形超高強度鋼結構;考慮到在騎兵日常行進之時,不免出現戰馬瞬間耳鬢廝磨,為促進傷口癒合,在車側和後翼子板,使用了強度較低、硬度較軟低的低碳鋼。

如此一來,引得眾人疑慮。ARCFOX和特斯拉放著武林中防禦能力相當強的全鋼鐵布衫不練,為何偏要練就這鋼鋁混合拳呢?答案還得從鋼鋁混合拳的優勢談起。

鋼鋁混合車身的獨門絕技

生活中女孩們經常說:一輕百樣好;

在賽車界也有句話廣為流傳:多一馬力不如輕10斤;

道理也很簡單,讓飛簷走壁的時遷換成魯智深的體型,自然無法實現探囊取物。

有資料顯示,汽車整車重量降低10%,燃油效率可提高6%至8%;這樣一來,我們可以計算出:汽車整車質量每減少100公斤,百公裡油耗就可降低0.3至0.6升。

隨著全球各國陸續發布燃油車禁售時間表,電動汽車的發展早已成為趨勢。燃油車的油耗隨著車身重量的減少而大幅降低;對於電動汽車同樣如此,唯一的區別在於油耗之名被電耗取代。

目前,電動汽車廠商為了降低駕駛員的裡程焦慮,紛紛大幅提升續航裡程。而提升續航裡程的訣竅,無非就是三點:車身輕量化、三電效率提升、風阻係數降低。

決定三電效率和風阻係數的因素,主要為電池密度和車身造型,此處暫且不論。

前文已經提到,車身輕量化,指的是在不影響整車操控和安全性的前提下,做到車身質量最優。

目前隨著汽車續航裡程的增加,電池包的重量無疑已基本超過了300kg。如果想進一步提升續航裡程,辦法只有兩點:其一、提高電池能量密度;其二、降低車身重量。目前諸多廠家拋棄了磷酸鐵鋰電池,而選用了能量密度更高的三元鋰電池。但隨著電池密度的提升,自燃的風險也顯著增加。

因此,最根本的辦法依然是,直接降低車身重量;就這樣鋼鋁混合車身體現出了其巨大優勢。

資料顯示,鋁的相對密度為2.7,鐵的相對密度為7.87;從重量角度看,單位密度的鋁要比鐵輕65.69%。因此,以鋁部分代替傳統的鋼用於製造汽車,可使整車重量大幅降低。

當你的愛車因為使用鋼鋁混合車身而成功瘦身後,你會驚奇的發現,自己的座騎竟然有如此澎湃的動力表現。綠燈起步時,引來的那些豔羨眼神,會讓你突然意識到:原來生活還可以如此美好!

當然,使用鋼鋁混合車身後,收穫的將不僅僅是澎湃的動力,還有非凡的耐力。它將大幅降低你的裡程焦慮,如果再能搭配一套牛逼的動力電池,你將從此走向人生巔峰!

這時有人會說:既然鋼鋁混合車身,能帶我走向人生巔峰,索性直接給我上一盤「全鋁車身」,讓我得以君臨天下。

沒錯,全鋁車身能夠讓座駕變得更輕,且在行業中已經有部分車型使用,例如路虎攬勝、奧迪A8、特斯拉Model S、捷豹XFL等。

但目前全鋁車身的價格比較高昂,因此如果你希望自己的愛車,有很高的品價比的話,那麼鋼鋁混合車身,一定是你的不二選擇。

鋼鋁混合車身,安全嗎?

也許你會擔心,用鋼部分代替鋁是否安全?

確實,如大家所擔心的一樣。在福特推出鋁質F-150卡車的時候,眾車企都對它使用高強度鋁材這一做法進行了大量抨擊,稱其性能不如鋼。

而倔犟的福特表示不服,因為在福特眼裡,自家苦心打造的鋁製車身,才是汽車界新的霸主;於是其邀請IIHS進行了一次碰撞測試,結果顯示:鋁製的F-150猛禽的安全評級超過了諸多出色的鋼材車身的皮卡。於是在此事之後,鋁部分代替鋼不安全的神話直接被打破,人們也開始加強了對鋁這一原子序數為13的輕金屬的了解。

事實上,大量使用鋁合金,已經是豪華品牌的標誌,而且用鋁部分代替傳統的鋼來製造汽車,能夠使得汽車整體強度和韌性大幅提升,對車身穩定性,碰撞安全性起到明顯作用。

而鋼鋁混合車身碰撞安全性的提高,源於鋁材優良的吸能特性;該特性在汽車碰撞中展現了明顯的優勢:當鋼鋁混合車身發生碰撞時,汽車前部的變形區會瞬加產生皺摺,並吸收大量的衝擊力,以此實現對駕乘人員的保護;另外,隨著鋼鋁混合車身自身重量的減輕,其在碰撞時產生的動能會相應減小,由此碰撞衝擊力也會大幅降低。

另外,鋁金屬自身具有鈍化特性,因此鋁合金表面很容易生成一層極薄的氧化鋁膜(0.01-0.02um),這大幅度提升了鋼鋁混合車身的抗腐蝕性。

鋼鋁混合車身唯一的問題在於:鋁材和鋼材的熔點相差很大,因此將鋼鋁很好的焊接在一起的工藝難度較高。但是ARCFOX通過使用CAE技術,進行車身結構優化,並針對車身下鋁上鋼的材質結構,採用283個機器人,協同控制下的SPR和FDS(自衝鉚接/自攻螺釘) 等世界領先的鉚接工藝,完美地解決了這個難題。同時,ARCFOX鋼鋁混合車身的生產節拍達到30JPH,即一小時可以生產30輛工藝難度較高的新車,先進性和效率超越豪華合資品牌,在國內可謂首屈一指。

目前使用了鋼鋁混合車身的Model 3已經量產,而ARCFOX N60 預計今年下半年才能正式上市;憑藉他那鋼鋁混合鎧甲下,高端、極致的內在品質,定會有相當搶眼的表現。

最後,我想說的是:如果說汽車是件藝術品,那麼包含了車身造型和結構美學的車身藝術,就是這件藝術品的靈魂;顯然,鋼鋁混合車身符合最新潮的結構美學,在藝術的道路上也定將走的更遠。

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