改善汽车的安全性能

发布时间:2010-07-13
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奥迪公司以其A8和A2赢得了“铝合金轿车王子”的美誉,而奥迪A8由于昂贵的制造工艺并没有为奥迪公司带来很多的利润。在新型A6轿车中,奥迪公司重新启用了钢制车架,点焊工艺和粘接工艺技术在这里得到了广泛应用,使得A6轿车的连接件的性能大大提高。

奥迪公司的A8轿车在铝合金车架方面达到了利用铝材制造车架的最高水平,而奥迪A2的铝合金车架则开创了大批量生产的先河。不过,此后铝合金车架技术的“星星之火”并没有燎原,仅仅是劳斯莱斯公司和捷豹XJ型轿车利用了铝合金板材卷绕而成的型材制造轿车的车架。

奥迪A8由于价格昂贵的制造工艺并没有为奥迪公司带来很多的利润,而奥迪A2估计在推出一种车型后也将进行调整,估计只能在豪华型轿车中采用全部由铝合金制造的车架。

车架安全方案

基于上述原因,奥迪公司在推出的新型A6中重新启用了钢制车架,但同时也使用了很多铝合金部件,如发动机舱盖、前窗玻璃下的水箱、前轮翼子板、车门加强筋以及前座椅挡板等,与梅赛德斯-奔驰的E级轿车相比,两者在几乎相同的部位采用了铝合金材料。这种轻结构设计的车架重量也因此而减轻了10%左右。BMW公司的轻结构设计则有所不同,其5系列轿车的整个前端采用的轻金属材料,其余的车架结构均采用钢材,铝合金材料占整个车架材料的18%左右。图2 所示为采用混合车架结构取代铝合金车架结构的实例。

在新型奥迪A6中,承受高负载的零部件不是采用高级优质钢制成,就是采用高强度钢材制造。轿车的中槽底部、侧框架和前轮车轮拱板等处是汽车强度要求最高的部位,车门的覆板、车架纵梁、底板总成中的部件和车顶部件等则是利用高强度钢板制成的。

奥迪A6轿车前轮处的车架横梁和前轮弹簧减震柱罩则采用优质钢制造,而弹簧减震器横梁和前纵梁则采用收缩缓冲性能很好的剪冲钢板或特殊轧制的强度可变钢材制成,而采用这种钢板制成的部件,使得新型奥迪A6的重量减轻了9kg。

另外,点焊工艺和粘接工艺技术在奥迪A6车架生产中的应用(见图1)又使得车架的重量减轻了7kg,从而使A6轿车的连接件的车载性能更好,可以传递更大的外力负载,由于材料强度的提高,因此可以使用厚度较薄的板材。

在奥迪A6轿车的生产制造中,可以采用的零部件连接工艺主要有:

(1)点焊:高负载部件钢-钢连接件;

(2)铆接与粘接:铝和钢零部件的连接;

(3)激光焊接:无可见焊缝的激光焊接,适合于钢-钢部件的连接,例如在翼子板、车顶和侧框架处的连接;

(4)难接近部位处的激光焊接,由于激光焊接的焊缝宽度小,可以使整车重量大大减轻;

(5)惰性气体保护焊接,适用于在一侧可以焊接的部位以及封闭型材处的焊接,如车底的纵梁等。

据奥迪公司介绍,采用不同材质和不同壁厚的材料来制造车架,性能得以大大提高。在车架重量大体相同的情况下(带车门和前后有舱盖共约408kg),比“前辈们”的抗扭强度提高了约34%。在中、轻程度的倾覆到以15km/h的速度碰撞时(标准的破坏性试验),新型A6轿车的焊接车架和翼子板不出现任何损伤,汽车的减震系统吸收了几乎全部的能量。

奥迪A6车架安全方案的另一个方面是大量的“硬点”系统,例如,空调设备、点火开关钥匙或者控制器等,它们安装在车内乘员不易触及到的碰撞变形区内;其他区域,如驾驶员脚部的周围区域,带有防护软材料;汽车的仪表盘则在驾驶员膝盖的高度处,当汽车出现碰撞后,方向盘的转向杆、油门踏板机构等均自动与车前部脱开,保证驾驶员与方向盘之间的碰撞力不超过规定的限度。

汽车内部的安全措施

为了保证车内乘员在汽车发生碰撞时有足够的生存空间,在A6轿车的车架内侧壁上仅安装了少量的汽车附件,除此以外,设计师们还设计了专门的减震隔离区。发动机盖的结构设计可以满足今后将要执行的安全测试,可以吸收汽车以80km/h的速度与规定护栏发生撞击时70%的能量。在这一碰撞防护方案中(见图3),副驾驶员的位置和汽车油箱的位置在变形区域以外。

此外,新型A6的汽车灯光系统在安全性方面也起着重要作用。一方面是采用Bi-Xenon双疝气前灯,它首次实现了白天行驶照明,而且这种21W灯泡的耗电量很小;另一方面,汽车的前大灯可以按照驾驶员的需要按照汽车转向时的行驶方向旋转,始终照亮汽车行驶前方的路面。车灯转向控制器根据汽车的行驶速度、方向盘的转向角度和偏转比率,计算出前大灯应回转的理论角度,并通过CAN总线驱动前大灯回转电机回转。

在尾灯照明中,高科技的LED发光二极管发挥了重要作用,与奔驰E级和宝马5系列轿车一样,奥迪A6的尾灯也采用了高科技、大功率的发光二极管。

减少空气动力学阻力系数

为了能与奔驰、宝马这两个强有力的竞争对手相抗衡,新型奥迪A6轿车也必须对它的空气动力学性能进行测试。在测试中,新型A6轿车的空气动力学阻力系数cw=0.28,这对其竞争对手0.26的空气动力学阻力系数是一个不小的打击。

早在1982年,第三代奥迪100型轿车就以空气动力学阻力系数cw=0.3而成为世界上空气动力学性能最好的轿车。在20世纪60年代时,cw值一般在0.45~0.5之间,一直到80年代的约20年中,cw值的下降非常小。专家们认为,由于汽车的几何结构形式和流体物理学的原理,目前的cw值已接近最低限值了。

奥迪A6空气动力学阻力系数由原来老型号的0.285下降到了0.28,奥迪公司为此付出了很高的代价,例如,新A6的底部由发动机舱下护盖、变速器下护盖和排气管护罩遮盖起来,另外,车轮处的小导流板也很好地发挥了气流疏导的作用,减少了空气流动的阻力。

总的来讲,上述措施使空气动力学阻力系数减少了0.03,另外,奥迪公司的空气动力学专家们还借助于新的发动机舱进气口形式改进了发动机的风冷性能,通过改进汽车的轮胎缘和轮辋侧面来减少空气阻力系数。但是,由于较大较宽的轮胎以及宽大的轿车前脸,虽使得上述在空气动力学方面采取的措施收到了一定的效果,但收效略显微小。 

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