5
Katsaus autoteollisuuden maailmaan 5 keskeistä seikkaa vuoden 2019 IABC-konferenssista
Docol®-teräs autoteollisuuteen

5 keskeistä seikkaa vuoden 2019 IABC-konferenssista

Keskeiset kohdat International Automotive Body Congress -konferenssista (Detroit, 2019)

1) Akkukoteloihin liittyvät konseptit merkittävässä asemassa konferenssin asialistalla
2) Suuremmat akut sähköautoihin ja edullisemmat materiaalit
3) Materiaalien yhdistely tuli jäädäkseen
4) Hintaerojen tasaantuminen vuoteen 2024 mennessä: Täyssähköautot ja polttomoottoriautot
5) 3D-rullamuovauksella ja 3D-tulostuksella innovatiivisia profiileja

Vuoden 2020 Chevy Corvetten kori
Vuoden 2020 Chevy Corvetten kori

Akkukotelokonseptit keskeinen osa IABC:n asialistaa 

Ylivoimaisesti yleisin puheenaihe vuoden 2019 IABC-konferenssissa USA:ssa olivat täyssähköautojen akkukotelot. Jotta sähköautojen toimintasädettä pystytään kasvattamaan, akkukennot ovat yhä painavampia (Wh/kg) ja energiatiheydeltään suurempia (Wh/litra). Nykyään valmistajien kannattaa monista syistä lisätä täyssähköautoihin lisää akkukennoja/-moduuleita.

Mitä suurempia ja painavampia akut ovat, sitä enemmän korin suunnittelussa tarvitaan kekseliäisyyttä, jotta se suojaa kennoja törmäyksessä. Erityishaasteita sähköautojen akkujen kehitykseen tuo sivuiskutestaus.

Suunnittelijoiden kannalta hyvä on se, että akkukoteloilla on monia käyttötarkoituksia: yhdistettynä muuhun korin lattiarakenteeseen ne lisääväät jäykkyyttä ja vääntöjäykkyyttä yli 30 % polttomoottoriautoihin verrattuna (lähde: Caresoft Global Inc.).

Konferenssissa esiteltiin useita akkukotelokonsepteja, mukaan lukien Docol-suunnittelukonsepti ja sen korkeutta madaltavat, 3D-rullamuovatut palkit.

 

Suuremmat akut sähköautoihin ja edullisemmat materiaalit

Vuodesta 2020 eteenpäin painon keventäminen alumiinia käyttämällä on kalliimpaa kuin uusien akkumoduulien lisääminen, kertoo Don Malen University of Michiganista ja Bloomberg New Energy Finance -tutkimuskeskuksesta. Kuluttajat todella haluavat suuremmat akut, joilla auton toimintasäde pitenee ja siihen liittyvä stressi vähenee.

Suuremmat akut vaativat UHSS-teräksestä valmistetut korit, jotka vaimentavat ajoneuvon suuremman massan aiheuttamaa energiaa.

Alumiiniset akkukotelot ovat jo nyt kalliimpia kuin AHSS- tai UHSS-teräksestä valmistetut. Improvaluen mukaan AHSS-/UHSS-teräksestä valmistettu akkukotelo on tällä hetkellä yhtä ajoneuvoa kohti 88–110 Yhdysvaltain dollaria edullisempi kuin alumiininen malli. (Oletuksena ihanteellinen tuotantolaitos, 200 000 ajoneuvoa vuodessa, 5 vuoden tuotanto, ja laskelmissa on otettu huomioon materiaalikustannukset, muovausprosessit, kokoonpano ja maalaaminen.)

IABC:n puhujien mukaan hintaero todennäköisesti kasvaa tulevaisuudessa, kun sähköautojen akkukotelot ovat suurempia ja suunnittelijat hyödyntävät AHSS-/UHSS-ratkaisuja innovatiivisemmin. Heidän suosituksensa: älä siirrä alumiinisen kotelon mallia suoraan teräsversioon. Hyödynnä sen sijaan AHSS-teräksen erityisominaisuuksia uusissa malleissa, jotka voidaan tuottaa nykyisillä tuotantoprosesseilla. Harkitse myös uusia teräksen muovausprosesseja kuten 3D-rullamuovausta.

Sähköautojen akustojen koon, tehon ja painon kasvaessa painon keventäminen on yhä tärkeää. Valmistajat haluavat kompensoida suurempaa painoa ainakin osittain. Painon keventäminen AHSS-/UHSS-teräksellä on taloudellisempaa (ja ympäristöystävällisempää) kuin kasvihuonekaasuja runsaasti tuottavan alumiinin tai hiilikuidun avulla. Toivottavasti energiatiheydeltään suuremmat kiinteät akut yleistyvät muutaman vuoden päästä, sillä ne ovat kevyempiä kuin litiumioniakut. Ne ovat luultavasti myös kalliimpia, joten suunnittelijat haluavat varmasti hyödyntää taloudellista AHSS-/UHSS-terästä tulevaisuudessa.

 

Materiaalien yhdistely tuli jäädäkseen

Joissain kalliimpien mallien (kuten Tesla X, S ja 3, BMW i3, Jaguar I-Pace) koreissa käytetään tällä hetkellä runsaasti alumiinia, kun edullisemman hintaluokan malleissa (Renault Zoe, Nissan Leaf, Chevy Bolt) käytetään yhdistelmää eri materiaaleja teräkseen painottuen.

Vaikka kalliimpien mallien koreissa käytetään runsaasti alumiinia, tulevaisuudennäkymät vaikuttavat erilaisilta: eri materiaalien yhdistely vaikuttaa yleistyvän, ja tietyillä materiaaleilla ratkaistaan tiettyjä optimoinnin haasteita.

Esimerkiksi vuoden 2020 Ford Explorerin uuden alustan materiaaliluettelo on paljonpuhuva:
pehmeä teräs 24,2 %
erikoisluja teräs 21,4 %
kehittynyt erikoisluja teräs 13,1 %
ultraluja teräs 9,2 %
muottikarkaistu teräs 25,2 %
muovattu alumiini 0,1 %
pursotettu alumiini 3,7 %
valettu alumiini 2,1 %
valettu magnesium 0,5 %

Ford esitteli korin topologian optimointimenetelmänsä, mukaan lukien rakenteen topologisen analyysin pääasiallisesta ja ylemmästä kuormituspolusta, tukipalkeista ja puristuspalkeista. Vuoden 2020 Ford Escapen/Kugan "bioninen" rakenne muuttaa iskuvoiman venytykseksi ja puristukseksi, ja taipumista tapahtuu vain vähän.

Vuoden 2020 Escape/Kuga-malleissa tärkeimmät osat, mukaan lukien eturakenne, pilarit, kattokisko ja takaosan alarakenne, suunniteltiin erikseen kunkin suuren markkina-alueen tarpeisiin. Vaikka nämä osat suunniteltiin tiettyjen alueellisten suorituskykyvaatimusten mukaan, yhdessä niiden tarkoitus on optimoida painoa.

Vuoden 2020 Escape/Kuga on aiempia malleja kevyempi. Mallin muotoilu:

  • Se on 90 kg kevyempi, ja sen kori on 5 kg kevyempi AHSS-/UHSS-teräksen käytön ansiosta.
  • Tarjoaa paremmat mahdollisuudet matkustamon suunnitteluun ja enemmän tilaa matkatavaroille tehokkaan osio- ja liitosrakenteen ansiosta.
  • 12 % paremmat ominaisuudet taivutuksen ja 10 % vääntymisen suhteen edelliseen malliin verrattuna.
  • Hinta säilyy kohtuullisena käyttämällä ohutta AHSS-/UHSS-terästä korissa.

 

Hintaerojen tasaantuminen vuoteen 2024 mennessä: täyssähköautot ja polttomoottoriautot

Vuoteen 2024 mennessä – ilman hallituksen myöntämiä verohelpotuksia – täyssähköautojen hinta laskee samalle tasolle polttomoottoriautojen kanssa litiumioniakkujen hinnan putoamisen vuoksi. Tämä koskee kaikkia malleja ja luokkia. Sähköauton ostamista harkitsevien odottama suuri muutos on melkein täällä: edullisemmat sähköautot, joilla on pidempi toimintasäde, ja järkevät sähkön hinnat.

  • Polttomoottoriautojen ja sähköautojen hintaero on jo tasaantunut keskitason malleissa (esim. vuoden 2019 Tesla Model 3 36 600–61 100 $ vs. vuoden 2019 BMW 330i xDrive 41 245–61 945 $).
  • Akuston hinta on $94/kWh vuoteen 2024 mennessä ja $62/kWh vuoteen 2030 mennessä (Bloomberg NEF).
  • Euroopassa tarvitaan vuoteen 2030 mennessä autoja, joiden toimintasäde vastaa 92 mailia gallonaa kohden.
  • Monissa paikoissa aurinkosähkö on nykyään samanhintaista tai halvempaa kuin maakaasulla tuotettu sähkö.
  • Tulossa on suuria investointeja infrastruktuurin sähköistämiseen (esim. latausasemat, tiehen ja pysäköintialueille asennetut latausalustat jne.) Yhdysvallat on hieman jälkijunassa: siellä on 60 000 sähköautojen latausasemaa, kun Kiinassa (missä laki vaatii sähköautojen käyttöä) niitä on 900 000.

 

Jos asiaa katsoo toiselta kantilta, akkujen hinta putoaa vuoteen 2022 mennessä noin 100 dollariin/kWh, jolloin houkuttelevan hintaiset, yli 610 kilometrin toimintasäteen täyssähköautot yleistyvät.

 

3D-rullamuovauksella ja 3D-tulostuksella innovatiivisia profiileja

Vuoden 2020 Ford Explorerissa hyödynnetään Shape Corporationin 3D-taivutustekniikkaa, jossa kaari muovataan useilta sivuilta ja eri suunnissa rullamuovausprosessissa. Tuotantolinjan induktiohitsauslaitteen vähimmäissyöttönopeus määrittää syöttönopeuden. Martensiittisesta teräksestä muovataan vuoden 2020 Explorer-malliin 3D-rullamuovausprosessissa yhdellä käsittelykerralla putkirakenteita, joissa on kolmiulotteisia taivutuksia ja optimoitu suljettu profiili.

3D-taivutustekniikan avulla voidaan tuottaa jopa tiukkoja säteeltään 400 mm:n taivutuksia, ja siirtymää tarvitaan vain 100 mm ennen uuden taivutussäteen käyttöönottoa. Tavallinen taivutus on erotettu 3D-rullamuovauslinjastosta rullamuovauksen tehokkuuden maksimoimiseksi ja taivutuslaitteen joustavuuden hyödyntämiseksi.

SSAB nosti esiin 3D-rullamuovauksen Docol-sähköautokonseptin mukaisten akkukotelojen esittelyn yhteydessä. 3D-rullamuovauksella akkukotelon kantava pohja luodaan käyttäen palkkeja, jotka ovat osittain kiinteitä ja osittain joustavia. Toinen palkki voidaan asettaa kohtisuoraan samanlaisen profiilin kanssa, joka on käännetty ylösalaisin ja asetettu ristikkomaisesti, ilman että sen korkeus kaksinkertaistuu Z-suunnassa. Tämä säästää tilaa matkustamossa.

3D-tulostetut erittäin monimutkaiset ja innovatiiviset korin osat aiheuttivat konferenssivieraissa ällistystä. Yksi osista oli olka-akseli, joka on optimoinnin ja painon keventämisen tuloksena 58 % kevyempi. 3D-tulostus sopii toistaiseksi parhaiten malleille, joita tuotetaan pienemmät määrät, jolloin säästöt muoteista (250 000 dollarista ylöspäin) ja osien painossa ovat merkittävämpiä kuin 3D-tulostuksen kustannukset. Vaikka tekniikka on yhä liian hidasta useimmille osille, 3D-tulostuksen hitsiaineentuotto nousee sellaista tahtia, että monien korin osien tuotantoprosesseihin on odotettavissa muutoksia.

international automotive body congress 2019

Tilaa maksuton, kerran kuukaudessa julkaistava Katsaus autoteollisuuden maailmaan -uutiskirjeemme, joka sisältää ajankohtaisia ja yksityiskohtaisia liiketoimintaasi vaikuttavia asioita käsitteleviä artikkeleita.

Lähettämällä tämän lomakkeen hyväksyt tietosuojalausekkeemme.