1.车型基本信息
SOP时间 (month/year): 12/2011
所属车型等级(欧洲)分类 (A, B, C, D, E, F, S, M, J):C,中级车
注:欧洲车型分级:A: mini cars;B: small cars;C: medium cars;D: large cars;E: executive cars;F: luxury cars;S: sport coupes;M: multi purpose cars;J: sport utility cars (including off-road vehicles)。世界各国对车型级别的分类详见:Car classification。
车型尺寸:长*宽*高=4237mm*1777mm*1421mm
前轮距:1542mm
后轮距:1514mm
轴 距: 2601mm
车身投影面积:= (Track, front + Track, rear)/2*轴距=3.97 m2
2.车身重量信息
白车身总重量:309.5 kg 包括四门两盖等覆盖件,也包括保险杠横梁的非油漆车身。
白车身骨架重量:246.5 kg
白车身开启件和翼子板重量信息:
左右前门总成 (两边之和; 不带铰链): 38.1 kg
发动机罩盖 (不带铰链) : 8.5 kg
后备门(不带铰链): 13.6 kg
左右翼子板 (两边之和) : 2.8 kg
白车身零件数量:288 个
静态扭转刚度:25,750 Nm/°。
车身轻量化系数:
官方报告中并未直接给出A3的轻量化系数,笔者根据轻量化系数的计算公式计算得到该车型的轻量化系数为2.41,对于一个非铝合金车身,轻量化水平已经相当优异。
3.白车身用材分布
下图为白车身用材示意图(零件的用材的类型用RGB颜色代码加以区分):

下表为Audi A3白车身总成的整个用材种类及分布情况


本车车身高强度钢应用比例达到61.4%,白车身骨架的高强度钢应用比例达到69.8%,高强度钢比例在同级别车型中应该是比较高的,铝合金板材在覆盖件上也得到了应用,是实现整车安全性与轻量化的平衡的重要保证。本车用材的主要亮点有以下几个方面:
1)热成形的大量应用
下图为白车身骨架灰色零件代表采用热成形钢,应用的零件有A柱、B柱,中通道、门槛内板、前挡板加强横梁、中底板横梁和后纵梁前段。本车热成形钢用量达到21.7%,取代2010年ECE中volvo S60(热成形钢用量17%)成为世界上应用热成形钢最多的车型。




由图可知,热成形的应用基本遵循实现载荷的连续传递,减少乘员舱的变形量,为成员建立安全驾乘空间的车身“笼型”设计理念。乘员舱周边零件是热成形钢应用比较集中的区域。其中A柱、中通道、门槛内板、后纵梁前段,主要承受正碰和前偏置碰时的载荷,前挡板加强横梁、中通道、中底板横梁和B柱主要承载侧碰和柱碰时的载荷。
此车还采用了热成形钢新成型技术:热成形TRB板,以及热成形局部淬火技术。在前挡板加强横梁上应用热成形TRB板,实现了六个厚度的连续变换,实现最大限度的轻量化。B柱加强板采用热成形局部淬火技术,顶部热成形后强度达到1500MPa,而底部只有约600 MPa,实现B柱顶部与底部性能的差异化,这是为了满足侧碰对B柱性能的要求: B柱顶部在侧碰时,需要有较小的变形,实现对成员头部和身体的保护,而底部又需要有一定变形量来吸收侧碰的能量。对于采用热成形技术的B柱,若不采用热成形局部淬火,B柱下部可以缩短长度,弱化与门槛的刚性连接来实现B柱下端碰撞时吸能的目的。在ECB2011中奔驰New C-class就采用此解决方案,见下图。

A3前挡板加强横梁 局部淬火B柱 奔驰的B柱HPF方案

A3前挡板加强横梁 局部淬火B柱 奔驰的B柱HPF方案
2)铝合金的应用
本车中板材的应用中规中矩,hood内外板皆采用6系合金,翼子板应用铝合金说明了该铝合金产品的成形性是相当优异的,因为翼子板的成形问题对普通软钢也是一大挑战。铝板的应用,连接技术肯定不限于点焊(详见连接技术的分析)。从强度上来说,铝板的应用对于改善行人保护中头部伤害是有所贡献的。




前保险杠横梁及吸能盒采用铝合金,横梁从形状上看不像是采用挤压型材,外侧上有盖板,应该采用弧焊会激光焊接进行内外板的连接。


铸造铝合金主要是副车架上得到应用,从零件结构判定,应该采用重力铸造。
据悉,audiA3两厢五门版确定以国产方式在佛山投产,三门版若国产,铝合金是否采用有待观察,大众国产GOLF铝合金副车架国产后被取消,不知是否在A3上重演。
3)塑料前端模块的应用
塑料前端模块采用全塑的结构,集成度比较高,框架内增加两个加强筋,以支撑锁扣的冲击力。材料PA GF30,官方未提及是采用长纤维还是短纤维。
4.白车身的连接技术
A3的车身除了采用钢板,还采用了铝合金材料和塑料复合材料等。因此除了传统点焊,还有弧焊、胶粘接、铆接、激光焊接、冲压连接和自攻螺钉连接工艺得等,其中激光焊接技术应用达到约8m,胶粘接达到78米,对于提升车身的刚度起到了关键的作用。国内车身胶接连接面前基本在30-40m左右。如果要提升车身刚度、车身的气密性(改善NVH),这方面还有很大的提升空间。

A3连接技术方案

A3连接技术方案
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连接技术
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连接点数量或连接长度
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等价焊点数量
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测算依据
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焊点
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4482个
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135
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1:1
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弧焊
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2.385 m
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119.3
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20 mm = 1 WSE
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激光焊接
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4.175 m
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278.3
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15 mm = 1 WSE
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传统钎焊
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1.422m
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71.1
|
20 mm = 1 WSE
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激光钎焊
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3.774
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125.8
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30 mm = 1 WSE
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粘接工艺
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78.004 m
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1560.1
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50 mm = 1 WSE
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铆钉
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12个
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12
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1 joint = 1 WSE
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冲压变形连接
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76个
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76
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1 joint = 1 WSE
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自攻螺钉连接
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2个
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152
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1 joint = 1 WSE
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5.总结
AUDI A3在国内售价约30万,其车身材料应用对于自主品牌的汽车产品的借鉴意义还是很大。最近随着热成形成本的快速下降,在国内应用推广速度非常快,但是如何能应用的更好,给我们提出了很多新的课题。热成形材料的本构模型、高温冲压成形的数值模拟、断裂失效模型(低延伸率与实际断裂应变的关系)等方面的技术“Know how”还有很多基础性工作需要做。当我们在讨论热成形究竟应该用在哪些地方时,国外已经在应用更多热成形的新技术:TRB热成形、热成形局部淬火技术和TWB热成形等等。
国内的铝板研发与推广还需要加油,PSA部分国产车型的hood由铝板改为钢板,说明铝板在国内汽车产品上无论是应用还是研发都还有很长的路要走,国内铝板企业还需要时间去证明。
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作者简介:
江淮秀才(笔名),中国汽车材料网技术顾问,十余年的汽车材料技术与管理经验,主要从事汽车轻量化材料与工艺、汽车新材料与新工艺、汽车材料性能、汽车回收利用等技术的应用研究。联系方式:adviser@qichecailiao.com。







