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汽车与激光的那些“不解之缘”

  近年来,激光技术在汽车工业中的应用日益普遍,以工艺而论,则激光打标、硬化、切割、焊接,激光大灯,激光雷达等全数用上;以部位而论,举凡内外、上下、结构装饰等,尽入毂中。一辆汽车,随处可见激光的身影,可以说无车不激光。

  激光车体加工应用

  据有关资料统计,欧美发达工业国家,有50%-70%的汽车零部件是用激光加工来完成的。我们且对激光在汽车制造中的应用,做初步的梳理。

  一、激光焊接

  激光焊接具有如下特点:

  ①加热范围窄(集中)。

  ②作用区域和位置精确可控。

  ③热影响区小。

  ④焊接变形小,无需焊后矫形。

  ⑤非接触加工,无需对工件加压和表面处理。

  ⑥能实现异种材料焊接。

  ⑦焊接速度快。

  ⑧对外界无热影响、无噪音、无污染。

  激光束照射在材料表面的直径为0.2-0.6mm,焊缝宽度在2mm以下。激光焊接的焊缝金属经快速凝固,其晶粒更加细小,可获得更高的强度。激光焊接可使车身的刚度提升30%。车顶盖与侧围的激光焊接,相比传统点焊工艺,车顶少了两条橡胶密封条,改善了车身的视觉效果。车身精度控制上的"一毫米工程"(白车身整车尺寸精度控制在±1mm内),由于激光焊接才成为现实。

  激光焊接加速了用冲压零件代替锻造零件的进程。采用激光焊接,以连续的激光焊缝代替离散的点焊缝,可以减少搭接宽度和一些加强部件,可以压缩车身结构件本身的体积。由此,可减少车身重量56kg。激光焊接的应用,实现了减重减排,契合了当今时代对环保的要求。

  激光焊接应用于不等厚板的拼焊,效益更加显著。这种技术将传统制造工艺--先冲压成零件,再点焊成整体--改造为:先将若干个不同厚度的零件焊接为整体,再冲压成形,减少了零部件的数量,材料利用更合理,结构功能显著提高。

  激光焊接还可应用于点烟器、气门挺杆、汽缸垫、喷油嘴、火花塞、变速齿轮、半轴、传动轴、散热器、离合器、发动机排气管、增压器轮轴、安全气囊内胆、ABS等。

  二、激光切割

  激光切割较早应用于汽车零件的制造。

  早在10年前,上海团结普瑞玛就为一汽解放青岛汽车有限公司制造了汽车大梁激光加工FMC。该FMC由一台激光切割机、自动上料机构(电磁铁)和自动下料机构组成,这是国内较早出现的以激光设备为核心的FMC。后来,又扩展为3工位的大梁激光加工FMC,应用于陕西重型汽车有限公司。

  汽车大型覆盖件的下料切边,挡风板等激光切割,需要3维切割机或机器人。以机器人+光纤激光器组成的柔性切割系统较为常见。

  近年来,高强度钢因具有高减重潜力、高碰撞吸收能、高疲劳强度、高成型性及低平面各向异性等优势,成为汽车工业轻量化的主要材料。高强度钢热成型后,冲压工艺不再适宜,其轮廓和孔的裁切,推动了对激光切割的需求。

  汽车内饰件多为非金属,因激光的非接触、精确定位、快速等特点,所以非常适合采用激光切割加工。比如,将车门镶板或门肩的废弃角料、后部注塑部件的多余部分切除。切割非金属不能用光纤激光器,而必须用CO2激光器,没有了光纤传输激光的便利,配用的机器人必须作专门的设计,将CO2激光束导光装置完全集成在机器人手臂中,使运动的机器人手臂能传输稳定的激光束。史陶比尔可以制造这样的机器人。

  三、激光打标

  汽车零部件传统标记方式有:模具铸造、电腐蚀、不干胶、丝网印刷、气动标记等。激光打标技术从诞生以来就以其标记的清晰美观永不磨灭性得到迅速发展。

  激光打标用于汽车零部件的优势在于:快速、可编程、非接触,持久。激光打标在汽车制造中应用广泛,如汽车零件、发动机、标签纸(柔性标签)等等。激光条码、二维码常用于汽车零部件追溯。二维码具有信息容量大、容错性强等优点。

  汽车柔性标签专用激光打标机,针对汽车柔性标签的特点专门设计,用于下列各种标签的打标:车身、发动机、VIN码、条形码、车钥匙、油箱、安全气囊警示、轮胎压力、空调、冷却系统、车门标签等。

  以上是对激光技术在汽车工业中的应用综述。

  激光在汽车工业中的重要性愈益突显,并日益广泛深入地影响着我们的日常生活。

  激光大灯让汽车更炫

  激光大灯并不是一个太过陌生的名词,激光在社会的很多领域都有使用,而汽车设计上,最先由宝马提出采用激光大灯,并应用在宝马i8上,现在新一代的宝马7系也能够选装,另外,玩灯专家奥迪也推出其激光大灯。

  激光大灯有小、亮、远这三个特点。

  虽然目前从外观看起来激光大灯和LED大灯差不多,但里内涵却有所区别。激光二极管的元件大小仅有LED的百分之一,这就意味着未来的车灯将可以有更多不一样的造型。

  LED的发光效率每瓦100流明,而宝马i8搭载的激光大灯则能达到每瓦170流明,如此一来,激光大灯要么就是能够做到亮度高,要么就是相同亮度下能耗更少。

  此外,照射距离还是LED的两倍。不过值得一提的是,激光大灯目前主要是应用在远光灯上,近光灯依然是LED。

  那么这么强的照明效果,是否对人体有害呢?答案是不会的。因为激光大灯的激光不是直接发射出来的,而是先照射在一组反射镜片,然后经过黄磷透镜后散发出白色的光芒,最后再经过一次反射才反射出来的。

  激光雷达实现汽车无人驾驶

  智能汽车离不开ADAS

  到2016年实现部分自动驾驶,比如汽车需要监控系统,驾驶员需要随时准备接手驾驶,目标是实现30km/h以内的自动驾驶;到2020年,实现高度自动驾驶,那时不需要监控系统,但驾驶员需要在规定时间内接手驾驶;到2025年,要完全自动驾驶,不需要监控系统,驾驶员也无需要接手驾驶。这是大陆集团推出的从辅助驾驶到自动驾驶革新的三步。其实这也代表大部分外资零部件企业的判断。真正意义上的自动驾驶需要可靠的传感器、安全的车辆数据、复杂的系统构架、安全模拟及法规等各方面都俱备。近几年内,实现自动驾驶还有很多技术需要突破,但让ADAS的更多功能尽快在汽车上实现,达到更安全、更智能的汽车驾驶,这是可以实现的目标。

  外资加紧研发ADAS传感器

  "我们相信任何一款单一的传感器都无法实现汽车的自动驾驶,所以要真正地实现无人驾驶,需要不同的传感器组成一个强大的系统。我们需要了解每一只传感器,它犹如汽车的大脑,通过这个大脑来真正地认识汽车。"近日,法雷奥集团首席执行官雅克·阿申布瓦接受本报记者采访时表示,通过传感器,我们可以感知车辆所处的各种路况及周边环境。为此,法雷奥成立了专门的传感器事业部,投入大量的研发费用开发感知路况和周边环境的传感器。法雷奥中国区总经理周松接受本报记者采访时表示:"我们的传感器需要的是在不同的距离、不同的角度、不同的天气状况下来完成探测。这需要不同技术的融合,包括超声波技术、雷达技术、摄像头技术、红外线技术、激光扫描技术,以及这些技术的算法融合。"

  ADAS系统需要很多传感器以及更强有力的微处理器,英飞凌在这方面已经研发出很多长途和短途的雷达,包括多核单片机Aurix可以提供更强的信息处理及相关解决方案。另一家半导体公司意法(ST)也在车载信息领域做了大量的研究工作。ST汽车产品部车载信息微控制器产品市场经理MaddalenaBrattoli介绍说,ST拥有以TCU为中心的车载处理器,可以不受移动网络技术演进的影响,按照各种市场需求扩展计算能力和功能组合,并支持多个导航卫星系统的精准定位技术,为车载传感器、本地和远程联网提供多种解决方案。

 

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