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2021车身大会 | Dale Jamieson:汉高下一代结构增强解决方案

时间:2021-03-30 18:32:39|来源:|编辑:网络|点击:

2021年3月23日-24日,由盖世汽车主办的“2021年中国车身大会”隆重召开。本次大会重点围绕整车轻量化、汽车安全法规、车身结构设计、车身先进材料、仿真技术、模块化架构车身等行业焦点话题展开探讨,为产业发展出谋划策。会议期间,汉高汽车OEM亚太工程总监 Dale Jamieson发表了精彩演讲,内容如下。

汉高汽车OEM亚太工程总监 Dale Jamieson

各位下午好,今天真的是一个非常好的机会,感谢大家花时间来到这里。

我们现在有这样面对面的交流非常地不容易,尤其在今天早上,我们也更多了解到了中国未来汽车市场美好的前景,我相信长期以来都是向好的发展,世界其他地方也应该要尽快赶上中国的步伐。

今天我的演讲会给大家举一些例子,向大家介绍如何最大程度地改善汽车的安全,如何更好地提升车身和白车身。当然现在面临最大的挑战是该如何做好平衡,就是安全、质量、成本、性能间的平衡。我们要打破这种孤岛,包括设计中心以及工程团队,我们要看一下成本方面、性能方面该如何去创造共同的价值,今天将会从这两个方面向大家来介绍。

简要介绍一下汉高,这是一个德国的公司,也是有着140多年的悠久历史。

我们的业务跟汽车产业紧密的合作,非常重要的一点是,我们粘合剂事业部有着非常多元化的产品组合,比如说电子行业,金属行业,包装和通用制造行业的粘合剂产品和解决方案。过去一年对汉高来讲,行业多元化给我们带来很多的好处,比如说在全球波动的情景下,家用护理洗涤剂这块业务给我们带来很稳定的增长。

今天给大家介绍的是汽车领域,向大家展示我们如何提供一个全方位的解决方案,尤其是车身焊装车间和涂装车间的解决方案。我们之前讨论到,我们需要去了解这些焊装车间、涂装车间,这样才能确保提供客户所要的方案,才能更好地开发这个产品,并且与工程团队进行融合。

我们希望帮助大家实现的是什么?其实最终不是我们,而是给大家受益。我们看到电气化的趋势,还有轻量化和性能的平衡。就像前面讲到的,汉高在世界上处于领先的地位,但是中国的法规也在不断地变化,所以我们需要不断地跟进变化,包括接下来五年都要紧跟法规的变化,并适应这些变化。在这个适应的过程中,汉高则可以帮助大家去做一些改变,比如提高效率、提高里程数、续航里程和让汽车有更好的市场价值,也就是销量增加,我们都可以为你们打造一个解决方案助力企业改变,这也是我们的使命。

我们其实是一家聚焦化学材料的科技公司,一直致力于生产创新性的材料。现在我们与工程公司睿力建立合作伙伴关系,在汽车行业也有着悠久的合作关系。我们希望从设计开始,从仿真到建模一直到打样和生产,与合作伙伴共同研发,不是简单的提供数据性能参数表,而是向大家展示这些解决方案对于你的汽车来说意味着什么,最终能够减少设计的时间和周期,以及进一步优化相应的重复性工作,得益于这些,为我们吸引来了更多的客户,也让我们与汽车行业有了更多合作机会。

同时,我们还要去积极寻找汽车上可优化的地方,然后实现改进。对此,我们有以下四种方式:

一、质量提升,减薄厚度。比如说B柱,高度工程设计的材料,我们如何采取不同的方式来做优化,最终进行部件的替代,比如说在门槛部件我们需要进行增加强度,使用一些复合材料。

讲一讲我们的结构增强件,对于我来讲,结构增强件是关于安全的,而对于电气化来说最大的挑战是带来多少价值。对于我来讲,作为两个孩子的父亲,我对车子最重要的要求就是安全,我相信绝大多数人都是如此。随着电气化的进程不断推进,我们的车辆中被置入越来越大的电池,这也意味着整车质量也在随之增加。为实现轻量化,很多OEM将目光投在车身上,而A柱和B柱其实是唯一的支撑件,与其牺牲安全去做轻量化,不如在电池上花更多精力。

回到结构增强件,它是一种灵活的、且具有兼容性的解决方案。在这个图片上可以看到骨架是玻纤增强的尼龙材料,发泡体是环氧基的材料,它是热固化或者常温固化的环氧基,有非常好的性能。比如说,如何利用汽车材料来确保它的强度?我们有两种材料,一个是已经在中国生产的,一种还在商业化的阶段。EP1450,这是经常被使用在ABCD柱上,为了增强其硬度和刚度的材料。同时我们还有一种更强的材料,它可以最大化实现对能量的吸收,它有较高的膨胀率,可以减少40%的材料使用,这对于客户或是工程团队来说,它可以带来更低成本的同时满足环保的需求。

对客户来说这意味着什么?空间可以增加10-15%,也增加了一个生存空间。刚才说到10-15%的空间也可以用于电池增加你的续航里程,目前我们在上海的设计团队就是着力于这方面的创新。

这是膨胀前后的对比,在膨胀之前是有间隙,钣金和零件之间会有这样的间隙(缝隙),进入到烘烤之后会看到它有膨胀,会有胶合聚合物和微球变化。这里可以看到它的工作原理,红色的线代表的是金属基材,在三点抗弯的测试中,在图中可以看到使用结构增强件之后,有9倍增强的效应,即便尼龙断了,我们仍然还是会有5倍以上增强的效果。因此,就看我们到底想要的是什么?是提高性能?还是重点实现轻量化。根据需求来进行增强效果的实现,可以减薄这个厚度、代替一些增强件并帮助降低成本,实现轻量化。所以最终看客户需要的是什么,我们可以为客户提供定制化的解决方案。目前,我们正与一家上海的客户合作,利用我们为他们提供的解决方案,每辆车可以实现8公斤的减重。

前面说到理论工程,接下来讲一下材料分类。今天上午的诸位演讲中都有提到材料分类是很关键的,我们可以进行模型建模,可以有非常好的CAE结果,如果和实际结果没有很好的相关性,那一切都是空谈。在这一领域,我们在德国有专门的团队来做材料科学方面的研究,这给予我们信心,我们保守估计相关性可以达到90%以上。

同时,我们还将在CAD中建模,并进行模型测试,因为我们需要确定提供的这些信息都是与大家息息相关的,这样在设计流程和工程过程都要共同去执行。包括在不同的结构看性能,我们要优化它的尺寸,最后减少总体的重量和成本,这是一种可视化优化。

这是一个案例分析,基于75%铝制的结构,它会非常轻,整体重量在431公斤(白车身),最后我们减少42公斤,但碰撞性能并没有降低。

接下来看一下USNCAP,这里面会有一个小偏置碰撞,我们必须要看整车,要有一个总体的观念,看如何能够给大家这方面增强之后,另一方面也不损失。

在左下角看这样一个图表,最开始门槛重量是18公斤,我们希望能够做一些优化,这样能够减轻重量,这样我们可以在整个设计的环节来看一下,如何能够在车内保持相同的性能。

门槛在碰撞过程中是非常重要的,我们需要把这个门槛实现最大程度的优化,从而保障它拥有很好的性能。当然,门槛中的结构增强件可以在碰撞的时候让力的传导有更优的性能。一般来看,没有增强件最高设计需要22毫米的侵入量,如果有了增强件厚度只用6毫米。同时是不是有这样一个平衡?包括整体的工程结构,关于空间的担忧,我们能够有这个能力进行优化,为客户专门针对这款车来设计这个门槛。

这个是车顶,最后减重了5.4公斤,通过减小A柱、B柱,可以实现最终减重5.4公斤,但如果对它的性能需求非常高,SWR大于4的时候,可以减少5.1公斤,一般来算,每减少1公斤能够减少20元人民币,所以就看你们对于性能的需求了。

另外是后部碰撞,首先我们要用注塑模通过3D设计,从动画中可以看到,对于尾部碰撞过程中有方向,从增强件的角度能够把这个力传导到远离电池或者远离乘客的方向。

车门,这其实是一个非常有意思的话题,每个人都希望在车门上面减重。我们是怎么做得呢,就是减薄板材,在里面增加增强贴片,达到抗凹性能的优化(位移减小50%),也就是说,每个人都希望门板越做越薄,那如何保证门板的扛撞性呢?我们用优化和标准化来看一下车辆,做一个调整之后,来满足大家对于性能的要求。

下面是关于尾门,我们看到尾门如果有6公斤,就可以去优化它的增强效果,用铝来代替钢,最后就算是减少了它的厚度,还不会牺牲它的性能。

另外轰鸣噪声是非常大的挑战,所以很多工程师希望在零件设计过程中减少轰鸣造成的存在。现在我们不仅仅是注重于乘用车,还有卡车,因为中国政府对于卡车安全做了大量的工作,包括在碰撞过程中希望能够增强车身结构的安全性,所以我们对于卡车的乘客安全做了大量的工作,例如增加很多增强件,重新的对车身结构进行优化,提升内部乘客的安全性。

接下来再看一下振动噪声阻尼性的结构胶。我们知道刚度是非常重要的,但有的时候刚度也会带来一些问题,特别是自动驾驶过程中有阻尼性,我们有一些材料,主要是基于橡胶,在金属和钢上面它的性能是非常好的,加了这种材料之后能够提升50%的性能。

现在对于自动驾驶来说,车上会置入非常多的传感器,如果有更多的振动和噪声肯定是需要工程上面做大量的工作,而且会影响到传感器的准确度。那么我们如何能够让噪声阻隔它,不让它传进车内?给大家举一个例子,这里蓝色是没有使用材料的,而绿色是使用阻尼性结构胶的,它有16%的延展性,而且能够大大的提升NVH性能,减少轰鸣噪声。

关于高阻尼泡沫,主要应用于车门、顶盖等区域,减震降噪,同时也可以替代车门上面的隔震胶和阻尼贴片的产品。减少复杂性、标准化生产过程中同时实现轻量化。

那么我们怎么做得呢?如果按照原来的方案是有很多的噪声,如果使用沥青垫片的话,加上隔震能够实现减噪的效果,但是用我们的高阻尼泡沫HDF可以把这个能量转化为热能。也就是说沥青垫片对于局部有一些积极影响,而HDF对于整个车门都是有积极影响的,所以在车门减震上面起到很好的效果,现在日本的很多主机厂都是使用这个技术,包括在在顶棚上面都使用高阻尼的泡沫。

我们也是做了全面的分析,包括在NVH上海实验室也是做了相关实验,经过这个实验看到它实际的结果,对于噪声的减少和轻量化上面有怎样的效果。一个是日本的主机厂,现在能够把顶棚内部减少16%的其他隔音材料的重量。另外一个主机厂希望把减噪的轮胎换成一般的轮胎,希望减少开发的成本,所以他们也是使用了高阻尼泡沫。站在制造的角度来说,高阻尼泡沫提供给工程非常大的灵活性。

今天我们主要讲的内容,现在如果一辆汽车是在虚拟世界中希望能够减少很多的成本,一旦进入到实际的生产阶段这个解决方案就会更加昂贵了,因为每一个改变都会增加成本,我们必须要定制化,同时让性能满足主机厂的需求。我们要问,你们需要什么?我们再给你提供解决方案,我们跟工程部的同事合作,这样能够在你车型里面实现你想要的性能。

我们在上海已经有这个工程的能力,并且准备好为中国的市场提供相关的支持,所以这里感谢大家的时间,有任何问题的话,一定来联系到我,希望明天再见到大家,谢谢。

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