技术洞察一体化压铸会是滑板底盘产业化的助推器吗?

来源:世展网 分类:品牌展行业资讯 2022-03-15 08:40 阅读:16823
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从国外的Rivian到国内的悠跑,从博世、阿尔特等零部件公司到特斯拉、蔚来等整车企业,均在不同程度上对滑板底盘开展了研究。2021年,伴随着RIVIAN的上市,滑板底盘也随之站上风口。一体化压铸车身此前也受到了多家企业的青睐,特斯拉、蔚来等主机厂以及广东鸿图、文灿集团等零部件企业纷纷入局。而近期,拓普集团更是将滑板底盘和一体化压铸这两个新兴技术均收入囊中。这两项技术能在未来汽车领域会擦出怎样的火花呢?

一、滑板底盘

滑板底盘(Skateboard Platform)目前是一个较为宽泛的概念,主要构造是“前桥+电池+热管理+后桥”等,就是把安装在底盘上的转向模块、制动模块、三电模块、悬架模块等进行模块化布置,再将这些模块通过车架来连接,全都集成在像滑板一样的底盘上,这就是“滑板底盘”。

1)滑板底盘技术简析

滑板底盘并不是新概念,早在2002年的北美车展上,通用集团的设计师带来了一辆名为AUTOnomy的概念车,它最大的特点在于,车体与底盘可以分离,并且进行独立更换,通用称之为“滑板底盘”。

同年的9月份,通用又推出一款基于AUTOnomy概念车研发而来的Hy-wire概念车。这是一款氢能源车,车身和底盘是分开的。储氢罐布置在底盘中央,电池系统、热管理系统、电机系统,均以模块化的形式布置在储氢罐四周。而且将传统的液压转向、制动等传统结构抛弃,应用了原属于航空领域的线控技术,从而在底盘上实现了基本纯平的“滑板造型”。开启了后续底盘和车身分体式设计的先河。

如果将储氢罐替换成动力电池,与如今的电动车“滑板底盘”如出一辙。由此可见,沉寂了多年的滑板底盘并不是一时兴起,而是随着全球电动车行业快速发展的腾飞而至。

目前,市面上乘用车多采用承载式车身设计,这一技术的主要特征就是上下车体一体化。滑板底盘技术则可以实现车身与底盘的完全分离。可以在同一套底盘上,适配多种车型,这就让车型更加多元化(但其与传统的非承载式车身有所区别)。例如今年1月悠跑科技推出“UP超级底盘”并称其开启了新造车2.0时代。UP超级底盘将传统的汽车开发从“整车一体式”升级为“上下分体式”

悠跑科技推出的UP超级底盘

(2)滑板底盘的特点

从形式上看,滑板底盘有一个明显的车架,用于连接车身,所以,它其实是“非承载式车身“,只是由传统的燃油驱动改为电动化的驱动系统和底盘结构形式,包括三电、悬挂、制动、转向、电池、电动传动系统、悬架等组件的一体化设计底盘。它是底盘模块化的技术新阶段。

滑板底盘具备以下三大特点:

  • 整车核心控制模块均集成在了底盘上,整车实现全线控;

  • 滑板底盘可以让车实现上下车体分离解耦,可以做出个性化、多元化的汽车类型;

  • 基于滑板底盘,车型开发的周期会非常短。所以,这也是业内很多人士认为,滑板式底盘是未来新能源技术发展趋势的原因之一。

既然滑板底盘是“非承载式车身“的升级版,那么非承载式车身做为乘用车的车身,其相应的缺点也是我们不能忽略的,也应在设计之初加以规避。

二、一体化压铸技术

车身结构件一体化压铸,同样秉承着“滑板底盘”模块化、集成化的特点。

简单来说,一体化压铸就是以单个大型铝铸件替代大量的小型零件。其基本工作原理是将熔化的铝液灌入高压模具,并辅助抽真空技术,待铝液冷却后凝固成形,再将其放入水中冷却,随后进行后续工序与质检,即成所需零件。

轻量化与一定程度上的成本节约被认为是其最直观的两大优势。一体化压铸用的铝合金材料被视为是轻量化的最佳选择。

一体化压铸技术涉及三个方面的技术突破:即设备、材料与工艺。

  • 设备主要是大型压铸机吨位基本上在6000吨以上,国内知名的企业当属力劲集团。作为特斯拉独家供应商,力劲科技在全球压铸机市场的占有率超过40%,率先开发出6000吨压铸机,目前已开发出12000吨压铸机,是大吨位压铸机龙头。宁波海天和伊之密也是国内较为有名的压铸机供应商。

  • 材料上,美铝、德国莱茵菲尔德等国外企业已经拥有成熟的产品。国内也有一些企业开发和推广免热处理铝合金材料,如蔚来、立中集团、华人运通与上海交大、湖北新金洋等。但该材料对杂质元素要求非常高,对于原材料循环再利用也是面临的挑战之一。

  • 在铸造工艺上,核心的技术是大型构件高真空压铸(HPDC)的工艺控制,如何避免压铸的常规缺陷,大尺寸铸件的尺寸精度等是面临的最大挑战。

总体而言,目前除了特斯拉,多家车企与相关产业链企业正在跟进一体化压铸,但发展还不够成熟。未来随着行业一体化压铸技术的关注,相关技术得到产业化检验后,车身一体化可应用范围将从后底板扩展至前车身、底盘电池托盘等部位。

三、一体化压铸会是滑板底盘技术的推手吗?

(1)滑板底盘与一体化压铸拥有共同目标

滑板底盘与一体化压铸拥有共同的目标:集成化、模块化、降低成本

滑板底盘轻量化解决方案(来源于拓普)

(2)一体化压铸是滑板底盘造车成为主流的助力

滑板底盘当前面临的两大挑战:首先是滑板底盘匹配能力存疑,不同产品定义的车型、不同定价区间的车型,是否能匹配到一套底盘上?其次是滑板底盘的生产所需一体化压铸。

诚然,第一大挑战,短时间内很难解决。由于国人的观念及对汽车的定义有着特有的情怀,短时间内无法接受所有的车都是一个原坯,因此滑板底盘很难在乘用车领域推广普及。但是,如果有一天,人们对汽车的定义就只是一个代步工具,那滑板底盘的需求将无可限量。随着节能环保、简约生活等一列概念的不断深入人心,相信不久将来人们将慢慢减少对汽车功能的众多需求。目前来看,虽然滑板底盘在乘用车上的应用步伐不会太快,但在专用车、物流车领域则更有希望率先推广。对于物流车来说,最大的要求就是降低成本,并不在意个性化。

其次,滑板底盘与一体化压铸的结合,已经在路上。由于新能源汽车对高续航里程的追求,纯电动汽车专用平台与传统燃油车平台差别较大,呈现扁平化、集成化的发展趋势。最具代表的就是CTC与一体化压铸技术的集成。

特斯拉CTC技术中,取消Pack设计,前后连接两个车身大型一体化压铸件,取消原有座舱底板,取代以电池上盖,座椅直接安装在电池上盖上。电池既是能源设备,也是结构本身。

一体化压铸工艺适合复杂形状、型腔薄壁零件的制造,优势在于有利零部件的集成化设计和制造。基于此思路,如果有一个足够大吨位的压机,并且材料、设计、工艺均能够匹配大型零件的需求,将车架上的多个零件集成为一个整体,即整个车架通过一次压铸完成,大幅简化供应链配套,有望为生产效率带来较大提升。

目前来看,底盘的集成化水平的终点就是滑板底盘技术。滑板底盘作为极大的集成概念,一体化压铸车架是其首当其冲的选择。2019年,特斯拉发布新专利“汽车车架的多向车身一体成型铸造机和相关铸造方法”,已提到该项技术。未来采用一体化压铸车架的滑板底盘,将可以实现与上车体的硬连接,让底盘和上车体在行驶乃至碰撞环节,实现受力一致,为驾驶员提供很好的驾驶乐趣和动态反馈。解决非承载式车身软连接的带来的车身跟底盘受力不一致,导致驾驶者感受不到车辆的动态变化,在体验上会产生脱节的感觉。

虽然一体化压铸存在无法避免的一些缺点,如维修难度大,通用性差,压铸集成度高意味着拓展性差,这和滑板底盘可扩展,个性化的需求显然是矛盾的。这些问题需要在设计之初进行规避。滑板底盘与一体化压铸两者的完美结合、齐头并进,无疑是滑板式底盘造车从小众走向主流的一大助力。

(3)滑板底盘的结构特点给一体化压铸带来了发展机遇

由于滑板底盘的结构特点,也给一体化压铸带来了发展机遇。拓普集团与RIVIAN在滑板底盘领域建立了合作,为RIVIAN提供轻量化底盘系统,包括副车架、控制臂、转向节等产品。高度集成是滑板底盘的发展理念。从长期看,小零部件、边缘化零部件会被更大的模组取代,现有的产品数量会不断减少,取而代之的是各种模块的出现。这也就为一体化压铸件提供了发展空间。

结束语

在汽车设计领域,高度集成化设计趋势与客户个性化的产品需求、产品迭代周期持续缩短、平台化的工程开发需求等一直存在诸多冲突与矛盾。此外,滑板底盘操控性的DNA如何实现差异化等等都是面临的重要问题。诸如宝马I3等热固性全碳纤维车身、宝马镁合金发动机壳体等曾经的热点新技术,也引起自身难以克服的先天缺陷,也都未能阻挡历史前进的车轮,逐步退出历史舞台。但随着新一轮汽车电动化热潮的来临,诸多新概念、新技术在行业不断涌现,结合资本市场对新技术概念的需求,滑板底盘等新技术受到行业的热捧。

当然,汽车工业发展到今天,我们必须秉承的态度就是拥抱新技术,以换道超车的思维去迎接汽车业的各类新生事物,不断去尝试,才有可能给汽车业的明天增加更多可能。

*注:图片内容来源于网络

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