不少人有个固有印象:车身要安全就得做重,重了才结实。可车重上去,操控变钝、油耗升高、制动距离拉长,安全反而被拖累。车身开发本就是一场平衡,难在既守刚性又减重量。行业里靠加厚钢板换安全的做法并不少见,真正用材料、结构与工艺系统减重的才是功夫。全新奥迪A6L依托PPC豪华燃油智能平台,开展系统化车身轻量化工程,在保证堡垒级刚性与碰撞防护的前提下实现减重,让安全与轻量不再对立。
分级材料布局,不同区域选用适配材料
全新奥迪A6L采用分级式材料布局理念,车身不同受力区域匹配不同特性材料,做到该强则强,该轻则轻。座舱核心生存舱区域,大量使用热成型钢与超高强度钢,整车高强度钢比例达到77%,热成型钢比例23%,A/B柱、门槛、中央通道等关键乘员保护区域,使用超高强度热成型钢,碰撞发生时维持座舱完整空间,保障驾乘人员生存空间。对于发动机舱盖、翼子板等非核心乘员舱部件,选用轻量化材质,在满足刚性、抗形变要求的同时降低重量。这种差异化选材策略,摒弃全车统一钢材的传统设计,把高强度材料集中在保护驾乘人员的核心区域,非关键区域选用轻量化材料,实现重量的精准削减。材料选型过程中,研发团队反复测算碰撞载荷传递路径,模拟正面碰撞、侧面撞击、柱撞等多种碰撞工况,确认每一处材料选用方案,保证减重的同时,碰撞防护性能不会缩水,实现安全与轻量化的双向兼顾。
拓扑结构优化,优化力的传递路径
轻量化不等于简单减少材料,全新奥迪A6L借助计算机拓扑仿真技术,对车身框架结构进行大量优化设计。通过仿真计算找出车身受力的核心区域与冗余材料位置,在受力集中位置强化结构,在受力较小的区域优化开孔、减薄材料,在不降低结构强度的前提下剔除多余重量。车身框架的梁体截面、加强筋布局经过反复迭代,优化碰撞能量传导路径。发生碰撞时,车头、车尾的溃缩区按照预设顺序逐级变形,吸收碰撞产生的巨大动能,减少冲击传递至乘员舱;乘员舱保持高强度不变形,保护车内人员安全。优化后的车身结构,惯性更小,车辆转向响应更加灵敏,起步、加速时不需要克服巨大车重,有效改善动力响应,同时降低车辆行驶阻力,优化油耗表现。轻量化车身还可以减轻制动系统负荷,缩短制动距离,提升制动响应,进一步提升行车安全上限。
先进连接工艺,保障车身整体刚性
多种不同材质混合使用,对车身连接工艺提出极高的挑战,不同材料的焊接难度、热膨胀系数存在差异,如果连接工艺不到位,会出现车身刚性下降、长期使用产生异响等问题。全新奥迪A6L采用多种先进车身连接技术,激光焊接、结构胶、铆接等多种工艺组合使用,将不同材质部件牢固结合在一起。激光焊接技术可以实现钢板之间连续一体化连接,焊缝强度高,提升车身整体一体性,减少车身拼接缝隙,提升车身扭转刚度;结构胶在不同材质之间形成缓冲连接,降低不同材料形变差异带来的应力,同时起到密封、减震降噪的效果;自冲铆接工艺,用于异种材料连接,无需高温加热,保留材料本身的力学性能,保证连接点长期稳定可靠。多种工艺协同,让混合材料车身形成一个稳固整体,长期行驶在颠簸路面,车身连接位置不易松动,减少内饰异响,提升整车耐久质感。
多轮仿真与实车试验,验证轻量化车身可靠性
整套轻量化车身方案,需要经过海量仿真模拟与实车碰撞、耐久试验验证。研发阶段,计算机完成上万次碰撞仿真,模拟各类碰撞工况,不断迭代材料与结构方案。随后投入实车碰撞试验,完成正面刚性墙碰撞、侧面碰撞、柱撞等多项严苛碰撞测试,验证车身防护能力。同时整车开展长里程耐久路试,在颠簸路面、扭曲路面持续测试,验证车身抗疲劳性能,确认轻量化后的车身不会出现变形、开裂等隐患。在高低温环境测试中,验证异种材料连接位置在温差变化下的稳定性,避免温度变化带来连接失效。经过大量试验筛选,最终落地的车身方案,在减重、刚性、安全、NVH之间找到最优平衡点。
轻量化的底气,来自该强则强、该轻则轻。全新奥迪A6L采用分级材料布局,把热成型钢与超高强度钢集中在A/B柱、门槛、中央通道等乘员保护核心区,碰撞时维持座舱完整;发动机舱盖、翼子板等非核心部位选用轻量化材质,减重不减刚性。结构上借助拓扑仿真找出受力集中区与冗余材料,强化关键梁体、优化开孔减薄,让溃缩区按预设顺序逐级变形、乘员舱保持坚固。多材质混合对连接工艺要求极高,激光焊接、结构胶与自冲铆接组合使用,保证不同材料结合处牢固、长期颠簸不松动。再经上万次碰撞仿真与实车碰撞、耐久路试、高低温验证,最终方案在减重、刚性、安全与NVH之间找到平衡点。车身更轻,转向响应更灵敏,制动负荷更小,油耗也得以优化。