在汽車行業,輕量化已經是一個老生常談但又不得不談的話題。對於傳統燃油車來說, 輕量化是減少燃油消耗的重要途徑之一,而對於新能源汽車來說,輕量化則有利於增加續航里程,不僅如此,輕量化還能達到提升操控性能、舒適性等方面的效果。總而言之,無論出於以上何種考慮,輕量化設計已經成爲汽車行業技術發展的一大趨勢。

  當然,提到汽車輕量化,大家可能首先想到的是底盤、發動機、座椅、車身等方面的輕量化,而鮮少單獨提到車門的輕量化。然事實上,車門的輕量化已經成爲整車輕量化非常重要的一方面,並且蘊藏着很大的減重空間。據蓋世汽車瞭解,機電一體化專家博澤開發的新型車門模塊(採用玻璃纖維增強熱塑性塑料)與傳統鋼製車門模塊相比減重高達5公斤,而下一步其計劃實現更大幅度的減重。

  可見,車門輕量化既有市場需求,又有優化空間,已是勢在必行。那麼,實現車門輕量化具體要從哪幾方面入手?目前車門輕量化已經達到怎樣的水平?未來還有多大的空間?在進行輕量化的同時,還有哪些方面的考量?近日,蓋世汽車採訪到博澤中國門模塊產品部高級總監吳芳,針對以上問題進行了交流。

  博澤中國門模塊產品部高級總監吳芳

  集成化程度越高,輕量化可能性越大

  談及汽車輕量化,通常離不開以下三個方面:使用輕量化材料、優化結構設計以及革新制造工藝,對於車門系統來說,亦是如此。

  前面提到,與傳統的鋼製車門相比,博澤開發的長纖維增強型熱塑材料車門模塊減重幅度每車高達5公斤,這其中,輕量化材料的作用非同小可。此外,新型材料能夠在耐衝擊性試驗中表現出更好的吸能效果,提升了耐碰撞性能。據吳芳介紹,含有玻璃纖維的複合材料在門系統中的運用現在已經非常流行,而新一代玻璃纖維加強結構塑料材料用於門模塊還是非常新的運用。“這種新型材料的技術結構,中間是玻璃纖維的加強層,上下層塑料把它像類似三明治的方式包在一起,這樣的方式可以增強材料本身的機械性能,在輕量化之外,也可以帶來安全性的提升。”

  據瞭解,針對新材料的開發,博澤通常會選擇跟一些材料供應商合作。吳芳表示:“專業研究材料的供應商有他們的專長,我們則是從系統的設計和需求角度出發,結合材料夥伴的材料優勢和我們在系統設計上面的專長,讓優勢進一步擴大。”

  誠然,輕量化材料的使用是車門減重的重要手段,但優化結構設計同樣十分關鍵。據瞭解,在材料之外,博澤還從集成和系統的角度考慮,通過系統的集成,減少不必要的零件,如玻璃升降器導軌、緊固件、塑料防水膜等,當然,這其中也包括一些零部件自身的輕量化,例如採用的電機比原來更小更輕,門鎖比市場上具有相似功能的鎖重量更輕等等。

  可以說,車門的集成化程度越高,帶來減重的可能性就更大。不過集成化說起來容易,但實現起來其實並沒那麼簡單。

  吳芳表示,要進行車門模塊的集成化,需要考慮以下幾點:一、從功能的角度看,有哪些結構部件可以通過塑料底板的設計來進行替代,例如玻璃升降器的導軌以及部分緊固件就可以直接替代;二、從裝配工藝優化的角度考慮,例如對於車門上的一些功能件,需要從便於裝配的角度考慮設計,減少多個功能件在裝配工藝上的複雜程度和步驟,讓產品的生產更精益化;第三、要考慮到更多新功能的集成。“未來隨着汽車的發展,會有更多功能件需要在原有空間中佈置,我們要爲未來的擴展功能提供空間,比如支撐變色玻璃連通導線的結構,實現互聯功能的傳感器等等。”

  可以看到,車門模塊的輕量化尚有空間,但需要相關廠商進行不斷的“挖掘”。據瞭解,博澤運用玻璃纖維加強結構塑料材料車門已於2018年量產,接下來其計劃通過材料、結構以及工藝方面的優化,實現更大幅度的減重。據吳芳透露,博澤後續將推出的擴展型門模塊,尺寸上會更大,覆蓋範圍可以達到整個內門板面積,一車最多可以減重達9公斤,“實現減重是一個系統化的概念,需要綜合考量前面提到過的衆多不同因素,也需要主機廠讓我們在設計初期儘早參與。”該新一代擴展型車門模塊將在2019上海國際車展上亮相。

  博澤新一代擴展型輕量化複合有機板材車門模塊

  要輕量化,也要安全、舒適、智能

  正如前面所說,在進行車門集成化,從而實現減重的過程中,需要考慮到一些互聯等新功能的加入。事實上,相關廠商在進行車門輕量化之時並不僅僅要實現減重的目標,也要同時提升其舒適性、互聯性以及安全性,這是一個同時進行而非獨立展開的過程。

  吳芳表示,汽車行業目前有四大主流趨勢:互聯汽車、自動駕駛、電動汽車、共享出行,未來車門的發展趨勢與這些發展趨勢是相吻合的。“博澤比較側重於無人駕駛和電動汽車這兩個領域,反映到車門的開發方向上,我們主要考慮四個維度:更安全、更舒適、更輕量、更智能。”

  據瞭解,博澤此前通過一款即將投產的概念車展示了車門和座椅功能之間的智能化互聯。這款汽車可識別出駕駛員,當駕駛員靠近時,車門將自動打開,前座側墊將下沉,以便於駕駛員上車。由此,博澤通過車門的智能化將上車過程的舒適性提升到前所未有的高度,與此同時,投射在地面上的迎賓燈還會給人帶來絕佳的體驗。

  博澤實現車門和座椅功能之間的智能化互聯

  “這些智能化功能需要通過傳感器、控制單元以及執行機構組成的系統來實現。”吳芳透露,在機電一體化系統方案的產品策略下,博澤會開發適用於執行機構智能化、更安全的軟件和控制系統,例如玻璃升降器的防夾功能,電容式非接觸傳感器以及車門控制器。而下一步其會繼續沿着汽車自動駕駛趨勢,加大對軟件以及智能硬件的開發力度,實現軟硬件領域並行發展。

  傳統燃油車有節能減排的需求,新能源汽車同樣有提高效率的目標,所以輕量化對於兩種車型來說都非常重要。不過值得注意的是,新能源汽車對聲音品質的需求有所提升,這有關消費者的舒適性體驗。吳芳表示:“新能源汽車沒有了傳統發動機這個聲源之後,其他的聲音可能會更加顯著,因此車內聲音的品質提升也是輕量化方面我們考慮的重點。”

  據瞭解,博澤主要通過設計和材料方面來改善車內聲音品質。第一、通過有限元仿真指導結構設計,減少或者避免與電機自激振動產生的共振,降低噪音;第二、塑料底板提供乾溼腔隔離的同時也對聲音的隔離起到作用,因爲材料可以讓聲音傳輸損耗更大,減少車外噪音傳遞到車內;第三、塑料結構提供了更多設計靈活性,比如在揚聲器後面加上一些塑料結構形成一個相對封閉的空間,讓揚聲器本身的聲學品質有所提升。

  總而言之,車門輕量化並非簡單地將車門重量減輕,還要兼顧舒適性、互聯性、安全性等方面功能的實現。當然,這對於相關廠商的研發能力提出了更多的挑戰。

  據吳芳透露,博澤全球每年會將銷售額8%左右的金額投入研發,包括前瞻研發、門系統、座椅系統和電機驅動系統以及相應的電子硬件和軟件的研發,中國亦是如此。“博澤中國設有前瞻研發部,主要是捕捉中國客戶和中國市場的需求,從而研發適用於中國市場的創新產品。就博澤車門系統來說,從2007年在上海總部建立門系統實驗室以來,我們逐步完善了本土的設計、實驗能力,目前對於國內市場的產品開發,我們都可以通過中國團隊完成。”

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