钢?铝?通用雪佛兰Blazer EV使用更坚固、轻量化的钢

汽车   2024-10-23 09:01   上海  

Blazer EV的白色车身设计,展示了其在平衡重量、结构性能、成本和乘员安全方面的创新材料解决方案。(Lindsay Brooke)


   

雪佛兰Blazer EV(雪佛兰开拓者)的客户往往称,该车型最先进的技术当属Ultium电池和双电机传动系,但这意味着他们忽视了这辆运动款中型电动SUV上,还有另一项同样关键的技术——大量采用先进钢材并整合了多合金防碰撞电池仓的车身结构。

在业界普遍预测,基于2-3个大型铸件的铝制车身架构将成为主流趋势的背景下,“钢材”和“纯电动车”的结合似乎略显突兀。实际上,通用汽车已大举投资特斯拉首创的“一体式压铸”技术,并计划首先在凯迪拉克品牌的新款超高端旗舰车型Celestiq上应用该技术,虽然该车型目前仍未上市。这一举措,只是通用汽车的电气化战略的内容之一。该战略包含丰富多样的材料和车身结构解决方案,Blazer EV的首席工程师Hoda Eiliat解释道,这种“因地制宜”策略的目标是寻找车辆性能与消费者购买力之间的最佳平衡点。

Eiliat在2024 GDIS(Great Designs in Steel)上发表主旨演讲时表示:“在通用汽车的材料战略中,钢材显然是最具成本效益的选择。” 她在演讲结束后进一步向SAE透露,新型合金、金属成型和连接技术的创新正在不断提高钢材的竞争力,并补充道:“当然,减重和部件整合仍为重中之重,在这种情况下我们必须同时探索其他途径。”

对 Blazer EV 车身金属的战略性选择以钢材为主,铝质侧护栏发挥着重要的辅助作用。(雪佛兰)
将Blazer EV的车身材料拆解后便可看出,更加坚固、重量更轻的钢材使用率正在增加。在这款重量为5,337磅(2,421kg)的全轮驱动车型中,屈服强度达180-580 MPa的中高强度合金占总车身材料的45%。低碳钢(主要应用于车身外板)和超高强度合金的比重相当,两者共占总材料重量的30%,其中超高强度合金中包含强度等级在980 MPa或以上的多相、马氏体和3代不锈钢,而双相先进高强度钢(AHSS)(590-780 MPa)占总材料的9%。

铝材在该车型上最主要的应用为经T6热处理技术制成的6082合金挤压成型侧摇臂。

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重量与碰撞负荷管理
Eiliat表示,除了具有成本优势外,通用汽车认为钢材对于优化产品多样性、实现快速产品迭代,以及实现规模化生产至关重要,而这些都是推动电动车普及的关键因素。Blazer EV是通用汽车在其纯电动跨界车平台(BEV Crossover)上打造的八个汽车项目之一,此外还有更多车型正在研发中。该平台的基础架构具有两种主要配置,能够满足别克、凯迪拉克、雪佛兰、本田和讴歌等不同品牌的需求。这两种配置的选择,是根据从驾驶员脚底到前轴中心线的距离长短进行区分的。Blazer EV全新钢制车身的上部车身结构也具有两种配置——标准车顶和天窗车顶。下部结构则沿用了凯迪拉克Lyriq的许多部件。
Blazer EV 的电池外壳采用钢材,在采用铝材的竞争对手中独树一帜。(雪佛兰)
Blazer的底盘结构可搭载前驱或全驱系统,并可根据车辆使用的10模块或12模块Ultium电池组(通用汽车称之为可充电储能系统RESS)配置两种不同的电池仓。在业界普遍更偏爱铝制电池仓的背景下,RESS系统的全钢设计显得尤为独特。该设计完全沿用了Lyriq的设计理念,并采用了冲压硬化钢(PHS)技术,这对车辆的结构完整性和抗碰撞性能至关重要。其中,PHS占总材料的11%。
Blazer EV两种不同尺寸的电池解决方案要求采用全新的方法来管理500kg(1,102磅)的电池组重量。为此,通用汽车开发了一种特殊的冲压钢前纵梁,“以实现在同一个前端子系统中管理两套RESS电池组的总重量变化。同时,我们还实现了两套电池组之间的零部件共用。”Eiliat解释说。
车身和集成式 RESS 经过精心设计,可承受前部、后部和侧面的撞击负荷。(雪佛兰)
Blazer EV的正面和侧面碰撞负荷管理策略依赖于车身和RESS电池组一体化的结构。Eiliat解释称:“我们的策略是分别以1/3和2/3的比例在电池和车身之间分配负荷,即2/3的负荷通过车身传递,1/3的负荷通过电池组传递。当发生全正面碰撞时,负荷从前纵梁传递到RESS中的第一根横梁,然后分散到中央通道和各摇臂。车尾碰撞的情况同理,而且此处的冲压硬化钢横梁还有助于减少外部碰撞物的侵入。”
Hoda Eiliat 表示,为了在前部碰撞时最大限度地减少对电池空间的侵入,集成电池结构用于管理约 30% 的负载转移。请注意支架螺栓稳定器剪切板,它连接车身、摇篮和 RESS,提供二次剪切力并稳定负载转移。(雪佛兰)

为实现车身和RESS的“互动”,通用汽车设计了其称为“支架螺栓稳定器”(Cradle Bolt Stabilizer)的装置。该装置本质上为一块剪切板,其中一点上连接前支架与车身,另外两点上连接车身与纵梁。如此,正面碰撞和侧面碰撞的负荷就能够均匀地传递至RESS的横梁上,与该横梁相接的纵向“加强梁”则起到了强化作用。Eiliat指出,挤压成型的铝制摇臂能够将30%左右的侧面碰撞负荷均匀地传递至纵向加强梁上。

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增强B柱
Eiliat在演讲中透露,通用汽车测量的Blazer EV的白车身弯曲刚度为25.4 Hz。RESS电池组的应用增强了车身的扭转刚度。10模块电池组具有5个电池模块隔间(存放电池模块的横梁之间的空间),而12模块的RESS电池组则有6个隔间。她解释说:“电池体积越大,车顶结构的强度和刚度就会增加,从而整车的刚度也会增强。”
通用汽车在GDIS大会上展示了Blazer EV的白车身和RESS电池组。活动期间,与会者对这两个部件进行了详尽的考察、拍照和测量。其中,采用第三代先进高强度钢(AHSS)打造的B柱格外引人瞩目,B柱在碰撞保护中发挥着重要作用。
通用汽车的车身工程师在开发 Blazer 电动车时超过了他们的刚度目标。(雪佛兰)
Eiliat 表示:“我们决定采用第三代先进高强度钢,希望可以减轻车重,同时在IIHS 2.0侧面碰撞安全性评估2.0和车顶抗压测试中保持性能不变。此外,这种钢材还能节省成本,为推动其应用,我们制定了GMW17627这一专用材料规范,至今仍为行业标杆。我们采用独特的成型工艺,既补偿了回弹又增加了刚度。同时我们还制定了一套专门的焊接工序。”
GMW17627于2018年发布。该规范规定了连续铸造冷轧残余奥氏体钢板的具体要求,其中最小抗拉强度要求达到690 MPa-1180 MPa。
该规范适用于无涂层和有涂层的残余奥氏体先进高强度钢,这些钢材通过一种或多种诱导塑性机制同时增强高强度钢的强度和延展性。此类钢材的典型应用包括车身面板、车身结构部件和用于提高强度和车辆碰撞性能的加强件。
在介绍通用汽车墨西哥拉莫斯工厂所采用的连接策略时,Eiliat指出Blazer EV车身大约采用了6000个电阻点焊。车辆顶板和侧围外板之间采用了长度超过4 m(13.1英尺)的激光钎焊连接。车身下部结构采用熔化极惰性气体保护焊(MIG焊接),而上部结构采用了结构胶粘合。铝制侧纵梁使用支架和铆钉与钢制车身结构连接,并使用粘合剂和胶带进行分隔。

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SAE International
SAE International国际自动机工程师学会 (原译:美国汽车工程师学会) 1905年成立于美国,是一家非盈利性技术组织,致力于推动全球航空航天、汽车、商用车行业技术发展,为广大工程技术人员提供最全面、最重要的技术资源整合平台。
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