看特斯拉 GIGA 博物馆,讲一体压铸的安全秘密

众所周知,我司是一家欣欣向荣的创业公司。
欣欣向荣到什么程度?来看看常老板最近心心念的车就知道了,「Lucid Air Dream Edition」,「Tesla Model S Plaid」,「Tesla Model X Plaid」…

纵然是我从小就接受「艰苦奋斗」这一中华传统美德的教育熏陶,也架不住老板天天在耳旁嘀咕这些车有多棒。

「废话,我能不知道这些车有多棒吗?」

庆幸的是,作为一个老实本分、脚踏实地的打工人,我仍保持了最后的理智——我选择把目光,全力聚焦在 Model Y,这种我等劳动人民跳一跳,还能够到的车上。

而说到 Model Y,近来最具热度的就是它那块一体压铸成型的后底板。

一体压铸:赞誉与质疑并存

一体压铸车身部件,特斯拉将其称为「GigaCasting」,实际上是特斯拉在「Tesla 2020 Battery Day」(2020 电池日)发布的。

一方面,特斯拉一体压铸技术被业界誉为是汽车车身工程的一场革命。

我们的老朋友,美国著名工程技术专家 Sandy Munro 老爷子破天荒地盛赞这块「七十合一」的后底板在提高可靠性、提升生产效率、降低制造成本等方面发挥了巨大的作用。

另一方面,一体压铸车身部件的可维修性也备受质疑。
年初「Model Y 倒车撞墙,预估维修要花 20 万」的新闻,引起了消费者的讨论。由于一体压铸技术及铝制材料的特殊性,让传统钣金维修在这类零部件上没了用武之地。这也就是说,一旦伤及该零件,Model Y 的整个车身后部都得「脱胎换骨」。

但争议从来不是「技术车间」关注的焦点,我们更关注技术本身。

最近,世界知识产权组织(下称 WIPO)公布了特斯拉一项关于一体压铸车身部件吸能设计的专利。

今天,我们就透过专利,来聊一聊「一体压铸技术」是如何帮助车辆提升碰撞安全性的。

「一体化」吸能溃缩系统

根据专利文件的描述,特斯拉将这份概述为:

这是一种由「前部吸能溃缩一体压铸件」和「后部吸能溃缩一体压铸件」构成的车辆「一体化吸能溃缩系统」。

「吸能溃缩」在如今的汽车上已经不是什么稀奇的设计,吸能溃缩区能在车辆发生事故时,通过受挤压弯曲、变形、扭转等塑性变形来吸收能量,从而减少因碰撞对驾乘人员造成的伤害。

碰撞测试也证明,吸能溃缩设计能极大程度提高驾乘人员在交通事故中的生还率。

只不过在特斯拉之前,吸能溃缩设计往往是由多个车身部件协同组合实现的。

但随着碰撞安全要求的不断提升,吸能溃缩设计也越来越复杂,这使得传统设计的制造、装配成本变得越来越高,同时,设计的扩展性也受到很大制约。

而所谓「一体化吸能溃缩系统」,则是特斯拉将吸能溃缩设计融入到了 GigaCasting 中。

这样一来,因为部件是一体压铸出来的,所以,无论部件内部的吸能设计变得有多复杂,对于装配线来讲,这仍然是一个部件,装配成本就得到了有效控制。

我们换个角度来观察一下 GigaCasting。下图展示的分别是前部 GigaCasting 和后部 GigaCasting。
图中那些「网格状、蜂窝状、 X 状」的区域就是吸能溃缩区。

细节特写

吸能结构的截面设计主要有「C 字形」、「工字形」和「封闭截面」三大类。
首先来看看「C 字形」截面吸能结构的放大特写。

从图中可以看到,「C 字形」截面吸能结构主要由顶板,垂直板,底板,以及 C 字形的肋板构成。

除此之外,如果要增大这一结构的强度,以实现吸收更多能量的目的,则可以在顶板和底板之间增加一个中腹板。

当吸能部件的受力方向为平行,或接近平行与垂直板方向时,就可以采取「C 字形」设计。

其次,是「工字形」截面设计。

「工字型」截面也是由顶板、底板、中腹板以及肋板构成的。

这种形状其实很像工业中常用的工字钢。

当部件的受力方向是垂直于截面的,就可以采取「工字形」截面设计。

通过试验图我们可以看到,当「工字形」截面承受纵向力时,压铸部件在纵向方向上发生了溃缩,符合我们的预期。

肋板之间的空隙给部件在纵向空间上留下了充足的可压缩空间,从而提高部件的吸能效率。这也是「工字形」截面设计最大的特征。

最后是「封闭截面」设计。

从图中可以看到,形如其名,这类设计的截面是一个完整封闭的矩形。

同时,矩形截面在沿零件方向上会逐渐收缩变小,这是铸造工艺所需的「拔模斜度」。简单讲,这么设计是为了让铸件更容易地从模具中倒出来。

为了密闭这种收缩造成的尺寸变小,还可以添加一些翅片用于弥补尺寸。

「封闭截面」设计同样也是用于承受纵向方向上的力。

与「工字形」不同的是,「封闭截面」有更大的底座,可以用来连接更大的铸件。

除了车身,还有电池

如果说,一体压铸吸能车身部件是「一半落了地,一半仍悬于纸上」的专利,那么,最近另一个关于特斯拉 Model Y 的大新闻,就是实实在在投入量产的创新。

2 月 19 日,特斯拉官方宣布,由其自产的 4680 电芯数量已达 100 万个。

那么这 100 万个 4680 电池能让特斯拉生产多少辆搭载新电池的 Model Y ?

根据此前信息,相较于 2170 电池,4680 电池的单体容量提升了 5 倍,整车续航将提升 16%。

而现款 77 kWh 版本 Model Y 使用了 4416 个 2170 电芯。

如果从电池包总容量不变,单个电芯容量提升 5 倍的角度计算,一辆 Model Y 大约需要 900 个 4680 电芯。

如此算来,100 万个 4680 电芯也仅可供特斯拉生产约 1000 余辆 Model Y。

要知道,仅中国市场,2021 年 1 月份就销售了 16358 辆特斯拉 Model Y。区区 1000 辆 Model Y,只能算是个开胃小菜。

好在,之前特斯拉有攻克产能地狱的经历,因此应该积累了很多快速增产的经验方法;再加上国外的松下、 LG,国内宁德时代、亿纬等厂商纷纷发力量产 4680 电池,因此在可预见的未来,4680 电池产量将迎来爆发式增长,买到搭载 4680 电池的 Model Y 也将变得更容易。

只是,想买 4680 版 Model Y 的朋友,现在还需要多一点点等待。

当然,也不会让你眼巴巴地干等。

3 月 3 日,「特斯拉 GIGA 博物馆」在北京蟹岛特斯拉中心拉开了帷幕。

在这里,我们能体验到关于特斯拉超级工厂的科技奥秘。

比如,两只手就能抬起来的超轻「GigaCasting」一体压铸车身组件。

以及,在图纸上看得不是那么真切的,GigaCasting 吸能溃缩结构。

思念不如相见。

这个周末,还在苦等 4680 Model Y 的你,不妨先来「特斯拉 GIGA 博物馆」好好过把眼瘾吧。

原创文章,作者:薯条鱼c,如若转载,请注明出处:https://www.cydao.com/6184.html

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