当前位置:中青汽车频道 ->> 行业焦点 ->> 正文

不了解这两点,别说你很懂沃尔沃汽车的安全

2018-12-13 15:18 来源:东北新闻网
沃尔沃汽车在生产中使用的是直接工艺,即下料后直接将钢板加热然后冲压成型。这个过程属于“前部结构的吸能碰撞”,在沃尔沃汽车的设计理念中,前部应当尽可能多的吸收能量,以缓解碰撞的加速度。


  题记:说到硼钢,其实很多人一知半解,甚至还有人把高强度钢和硼钢混为一谈。有人说沃尔沃汽车的硼钢比例特别高,所以特别安全,这话其实只说对了一半。通俗地说,硼钢用的多,是良心;硼钢用的好,是能力。硼钢用的既多又好,那才是沃尔沃。

  昨天和一位同在汽车行业的朋友聊天,他开那台德系入门豪华Sedan已经3年多,跟我说想换车,原因是老婆刚怀孕,车里的气味一直没有散去,怕影响孩子,要换掉。

  我:“有看上的么?”

  朋友:“想看看沃尔沃新出的那个中级SUV”

  我:“哦就是因为沃尔沃比较环保吗?”

  朋友:“哎也不全是,那个大家都说沃尔沃比较安全么,有孩子了也比较看重这个”

  我:“说说沃尔沃哪里比较安全呗”

  朋友:“我就知道沃尔沃第一个发明了安全带…”

  你看,其实有时候业内人士对于某个问题的看法也并不比普通消费者高明多少,比如我的这位朋友就并不知道沃尔沃汽车发明的其实是“三点式安全带”。

  车子和人一样,贴上各种标签才好分类,沃尔沃汽车身上最闪耀的标签无疑是“安全”和“环保”,也许是因为这样的标签过于亮眼,很多人并没有认识到在这样的标签之下,沃尔沃汽车到底安全在哪里?它的安全内核,可能就像它的北欧外表那样简约而不简单,一起走进科学,来了解一下这位北欧朋友标签之下的面容?

  外柔内“钢”:Body Structure之硼钢的奥义

  说到安全,必然提到车身;提到车身,就有人说用料;谈及用料,高强度钢一定是出场率最高的字眼。今天我们就来谈谈高强度钢背后的故事,作为最优秀的结构钢材之一的硼钢,便是今天到场的嘉宾。

  “大家好,我叫硼,英文名叫Boron,地球的0.001%都是我的兄弟姐妹们组成的。”

  硼,是一种非金属元素,它在自然界的硬度仅次于金刚石,广泛应用于核反应堆控制棒的制作,也可以用于合金的制造。

  而硼钢,顾名思义是以硼为主要合金化元素的钢材,加入合金元素硼之后的钢淬透性非常高,例如沃尔沃使用的Usibor1500,名义抗拉强度就能达到1500MPa,同时具备高耐磨性和良好的抗疲劳性,是很优秀的结构钢材。与很多科学技术一样,硼钢最早也是应用于军工行业,尤其是航空航天工业和潜艇制造。随着汽车制造业从上世纪80年代开始的蓬勃发展,硼钢开始转向汽车制造业,汽车行业此前所用的钢材先后经历了双相钢、多相钢、马氏体钢、相变诱导塑性钢等,钢材的强度普遍是越来越高,但是与此同时,这些钢材的可加工性越来越差,成型难度越来越高,成型方式也越来越单一。

  分析目前量产高强度钢材的金相,钢材中铁素体和奥氏体成分越高,钢材的成型性就越好,但是铁素体和奥氏体的强度很低,如果含量过多,钢材的强度会很差;而钢材中马氏体的成分越高,则强度越大,但是马氏体成型性很差,马氏体含量太高的话,钢材在深拉延的位置会开裂,同时冲压回弹明显,尺寸精度差。

  汽车是一个大规模生产的工业产品,对钢材的要求除了强度够高之外,良好的工艺性也是重要的因素,换句话说,也就是钢材的加工难度不能太高,否则零件成型困难,无法生产结构较为复杂的零件。

  但是硼钢和热处理工艺的出现完美的解决了这个问题,举个例子,沃尔沃使用的牌号为Usibor1500的硼钢原始金相为铁素体和珠光体,加热至950°后转为奥氏体,在专用的热成型模具中成型后淬火,可以得到95%以上高强度的马氏体组织,独特的生产工艺和最终的显微组织使其具有超高的强度和优秀的成型性,各方面都满足汽车工业对于钢材的需求。

  你可能要问:“怎么个满足法?”

  l 首先强度非常高,热成型处理后的硼钢强度名义值达到1500MPa,安全性能好。

  l 其次成型性能好,在汽车工业设计越来越多趋向复杂和多元化的今天,对钢材的成型性能要求也在提高,一些形状复杂的零件通常需要多个普通钢材零件焊接而成,而通过热成型工艺往往只需要一个零件就可以解决这个问题,而且对于车身强度以及减重都有好处,举个例子下图为车辆B柱总成的合成图,左侧为普通钢材,需要若干零件焊接而成,右侧为热成型钢材,一体冲压成型,高下之分不用多解释了吧。

  如果有对热成型工艺不了解的,这里再简单介绍一下热成型工艺:

  热成型技术原理是把特殊的硼合金钢加热使之完全奥氏体化,随后将红热的板料送入有冷却系统的模具内冲压成型,同时被具有快速均匀冷却系统的模具冷却淬火,钢板组织由奥氏体转变成马氏体,因而得到超高强度的钢板。热成型技术不仅有(成型零件)高强度的优点,高温下,材料塑性、成型性好,能一次成型复杂的冲压件;高温下成型能消除回弹影响,零件精度高,成型质量好。

  沃尔沃汽车在生产中使用的是直接工艺,即下料后直接将钢板加热然后冲压成型。

  那么,结合上面所说的硼钢自身的特点,它在汽车行业中它主要是作为结构钢使用。硼钢在受到碰撞挤压的过程中,由于自身的抗拉强度更大,相比于普通高强钢,使用硼钢的车身能够在材料断裂之前尽可能保护乘客,使得车身结构的结构强度大大增加,从而提高车身的抗挤压能力,进而在发生碰撞时保护车内乘员的生命安全。

  硼钢热成型零件是目前最具应用价值的车身轻量化的材料,材料和工艺的进步使得汽车在方便人们出行的同时满足日趋严苛的排放法规和安全法规,硼钢热成型工艺是其中最重要的一块拼图,最后让我们看看硼钢在沃尔沃汽车品牌下的使用,注重安全的沃尔沃汽车在这方面自然不会落后,旗下XC90的硼钢使用量占到40%(35%是硼钢。38.5%是热成型零件),S90的硼钢使用量为35%,而V90 CC和XC60的硼钢使用率分别是35%和34%。

  硼钢的这个知识点,你学到了吗?当然了,你可能会说,硼钢用的多也不能代表什么,得看用在什么地方,那我们继续往下看。

  “钢”柔并济:沃尔沃汽车告诉你优秀的车身应该如何设计

  白车身作为整车重要的组成部分,不仅要满足外观视觉上的美学需求,还要满足空气动力性、人机性能和NVH性能要求,更为主要的是要能起到抵抗撞击保护驾乘人员的作用。

  通常来说,人们往往将汽车的车身结构简单划分为承载式车身和非承载式车身,这在谈论车身安全的时候往往是不够的,作为广泛应用于乘用车领域的承载式车身,我们在谈论安全的时候,应当将它分为“前后碰撞变形区”和“高强度乘员舱”。

  这个观点在与沃尔沃汽车集团安全中心高级首席工程师Stephan Ryrberg交流时也得到了他的认同,并在此基础上进行了一些补充,Stephan认为一次完整的碰撞应当分为三个阶段:

  “第一阶段是前部结构的吸能碰撞。这个阶段会产生特定的能量,我们(沃尔沃汽车)希望车体前部能够吸收尽可能多的能量。所以有时车前部在碰撞后看起来受损严重,但其实是有效地保护了我们。不能从碰撞之后车身前部是否保持完整性来判断这个车的安全性如何,这是个误解。当然这一切也取决于你如何设计结构,结构必须在严格规定控制下吸能变形。

  第二个阶段就是乘员舱的碰撞,作为车内驾乘的人员和约束系统之间直接的碰撞。安全带、安全气囊等等都会通过吸收撞击能量来进行保护,这样也会有相对少的能量传导到下一个步骤。

  第三个阶段发生在人体内部,不同器官会在体内相互撞击。但是如果车辆的结构设计很好,那么传导到第二次、第三次碰撞的能量就会依此相应减弱,从而减少对人体的伤害。”

  有了这些基础的认知,我们再谈谈一个在安全方面表现优异的车身应当满足哪些要求:

  在汽车安全事故调查中显示,正面碰撞造成车内乘员死亡的比例是最高的,因此在发生正面碰撞时车身前部结构吸能与驾驶舱变形关系重大。因此前后碰撞变形区应当拥有吸能区,吸能区在正面碰撞中变形越大, 对于碰撞能量的吸收就越多,产生二次碰撞的能量也就越小, 可以尽可能小的避免撞击力传到乘员舱中。保证乘员舱的安全控件,避免乘员受到挤压,减少受伤的风险。

  这个过程属于“前部结构的吸能碰撞”,在沃尔沃汽车的设计理念中,前部应当尽可能多的吸收能量,以缓解碰撞的加速度。

  框中便是前部结构的吸能设计了,从上面沃尔沃XC90的用料分布图便能清晰的看出沃尔沃汽车的设计思路,黄色的前纵梁和绿色的前保险杠都没有使用超高强度的热成型钢,纵梁使用的是中等强度的钢材,前保险杠使用的是重量更轻吸能效果更优秀的铝合金腔体结构。

  这样的设计可以保证在正面碰撞发生时,前部结构可以迅速的溃缩,起到吸收动能的作用,从而保证座舱的完整性,这也是沃尔沃汽车一直以来的奋斗目标,保护车内乘员不受伤害。

  想象一下,如果前部结构使用的不是铝合金和中等强度钢材,而是热车型钢呢?

  在碰撞发生时,由于热成型硼钢超高的强度,前部结构不会在第一时间变形,那么自然也无法吸收碰撞动能,能量会顺着纵梁直接传递到驾驶舱,也就是驾驶员和副驾驶的前方,本应该由前部结构吸收的能量转为靠驾驶舱来吸收,那显然车内的乘客会承受更大的冲击力。

  可以看出,沃尔沃汽车并非一味的追求强度,而是选择在合适的车身部位使用最合适的材料,以最大程度保证车内乘客的安全为第一考虑要素。

  “软”“不耐撞”这样的字眼经常用来描述某车不结实,但实际上通过E-NCAP、C-NCAP、IIHS等专业的碰撞测试中心可以看出,溃缩式吸能设计能够很大程度提高碰撞安全性,也就是说,合理的“软”,其实是有利于安全性的。

  2. 在车祸事故中死亡率第二的便是侧面碰撞了,由于车身侧面没有缓冲区,发生碰撞时与外界只有一扇车门之隔,因此车门的强度和乘员舱的框架强度成为保护车内乘员的根本。常见的措施有在车门内部增加防撞梁;增加车身侧围部件的强度, 包括增大A柱、B柱、C 柱的截面形状及板材厚度; 增加门槛梁强度;在车身B柱高度上安装横梁系统;在仪表板下面以及后风窗下方安装加强横梁等。

  我们还是以XC90为例,第一张图蓝色框内的部分便是最重要的乘员舱了,从超高强度热成型硼钢的分布比例也可以看出它的重要性,红色的热成型硼钢几乎都分布在这一区域。

  俗话说“好钢用在刀刃上”,热成型硼钢在白车身上是不折不扣的“好钢”,当然也得用到“刀刃”上。

  看图就明白,沃尔沃汽车将屈服强度最优异的热成型硼钢使用在了车身侧面的A柱-B柱-C柱-中通道-下门槛以及驾驶员和副驾驶前方的脚踏板区域,也就是说,当你打开车门,隐藏在车门上下左右的门框之下的全部是高达1500Mpa的热成型钢;当你坐进驾驶座,你脚下的踏板区域,你的中央扶手下方,全部使用的是强度高达1500Mpa的热成型钢。

  当驾驶员坐进车里之后,他的前后左右都被热成型硼钢所围绕着,在他周围形成了一个安全的笼型结构。沃尔沃汽车这么做的目的只有一个,在发生碰撞时将撞击力有效地传导给具有保护作用的梁、柱、地板、车顶及其他部件, 使撞击力被这些部件分散、吸收, 极大的提高了车身的抗碰撞能力和整体安全性,在发生碰撞时不易变形,更好的保护车内乘员的安全。

  此外,沃尔沃汽车直线化、连贯化的力传导路径设计,可以最大限度的将冲击力吸收并分散到整个车身,无论是正面碰撞还是侧面碰撞,碰撞动能都可以经由连贯的力传导路径,把冲击力均匀的分散至车身骨架,在撞击的瞬间,尽可能降低内部空间的变形。

  知识点讲完了,你记住了几个?

  欢迎知乎上的沃尔沃汽车车主评论,点赞并转发,如果你有沃尔沃汽车的故事,欢迎一起分享。

【编辑:王京辉】
作者
中国青年报 汽车圈

我们将通过“八戒社”宣扬我们的价值观……

品了又品
现代计划斥资67亿美元 押注氢燃料电池汽车

据韩联社报道,现代汽车宣布,将联合124家合作公司,在2030年以前总计投资7.6万亿韩元(约合67亿美元)用于氢燃料电池汽车的研发与生产。现代汽车公司表示,根据计划将投资一座产量达70万燃料电池系统的工厂,其中的50万台燃料电池系统将供应现代蔚山工厂的汽车装配需求。

2018-12-13 09:36
日媒:中国新车市场走向品牌分化的低增长时代?

《日本经济新闻》报道,中国汽车工业协会12月11日发布数据称,11月新车销量同比下滑13.9%,降至254.78万辆。一直保持高增长的当地民营车企长城汽车也几乎与上年持平,定位为高档车品牌的“WEY”11月销量同比下滑4成。

2018-12-13 09:29
工信部公示第六批减免车船税新能源车型目录 共471款车型

近日,工信部公示了第六批《享受车船税减免优惠的节约能源 使用新能源汽车车型目录》,包括广汽丰田、吉利汽车、东南汽车、长安福特、奇瑞汽车、北汽福田等品牌的多款车型。

2018-12-13 09:26
热门点击

据韩联社报道,现代汽车宣布,将联合124家合作公司,在2030年以前总计投资7.6万亿韩元(约合67亿美元)用于氢燃料电池汽车的研发与生产。现代汽车公司表示,根据计划将投资一座产量达70万燃料电池系统的工厂,其中的50万台燃料电池系统将供应现代蔚山工厂的汽车装配需求。

READ MORE

《日本经济新闻》报道,中国汽车工业协会12月11日发布数据称,11月新车销量同比下滑13.9%,降至254.78万辆。一直保持高增长的当地民营车企长城汽车也几乎与上年持平,定位为高档车品牌的“WEY”11月销量同比下滑4成。

READ MORE

近日,工信部公示了第六批《享受车船税减免优惠的节约能源 使用新能源汽车车型目录》,包括广汽丰田、吉利汽车、东南汽车、长安福特、奇瑞汽车、北汽福田等品牌的多款车型。

READ MORE

据《汽车新闻》欧洲版报道,由于汽车生产大国和注重环保的欧洲议会议员未能达成一致意见,欧盟11日未能就汽车、货车的二氧化碳排放量出台统一标准。今年夏季北半球出现的极端气温加剧了对气候快速变化的担忧,促使一些欧盟成员国呼吁二氧化碳减排应加速推进。

READ MORE
今日热点