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不了解這兩點 別説你很懂沃爾沃汽車的安全

2018-12-13 16:31:03 | 來源:東北新聞網 | 編輯:許煬 | 責編:韓東林

  文/知乎-王洪浩

  題記:説到硼鋼,其實很多人一知半解,甚至還有人把高強度鋼和硼鋼混為一談。有人説沃爾沃汽車的硼鋼比例特別高,所以特別安全,這話其實只説對了一半。通俗地説,硼鋼用的多,是良心;硼鋼用的好,是能力。硼鋼用的既多又好,那才是沃爾沃。

  昨天和一位同在汽車行業的朋友聊天,他開那臺豪華Sedan已經3年多,跟我説想換車,原因是老婆剛懷孕,車裏的氣味一直沒有散去,怕影響孩子,要換掉。

  我:“有看上的麼?”

  朋友:“想看看沃爾沃新出的那個中級SUV”

  我:“哦就是因為沃爾沃比較環保嗎?”

  朋友:“哎也不全是,大家都説沃爾沃比較安全麼,有孩子了也比較看重這個”

  我:“説説沃爾沃哪比較安全唄”

  朋友:“我就知道沃爾沃第一個發明瞭安全帶…”

  你看,其實有時候業內人士對於某個問題的看法也並不比普通消費者高明多少,比如我的這位朋友就並不知道沃爾沃汽車發明的其實是“三點式安全帶”。

  車子和人一樣,貼上各種標簽才好分類,沃爾沃汽車身上最閃耀的標簽無疑是“安全”和“環保”,也許是因為這樣的標簽過於亮眼,很多人並沒有認識到在這樣的標簽之下,沃爾沃汽車到底安全在哪?它的安全內核,可能就像它的北歐外表那樣簡約而不簡單,一起走進科學,來了解一下這位北歐朋友標簽之下的面容?

  外柔內“鋼”:BodyStructure之硼鋼的奧義

  説到安全,必然提到車身;提到車身,就有人説用料;談及用料,高強度鋼一定是出場率最高的字眼。今天我們就來談談高強度鋼背後的故事,作為最優秀的結構鋼材之一的硼鋼,便是今天到場的嘉賓。

不了解這兩點 別説你很懂沃爾沃汽車的安全

  “大家好,我叫硼,英文名叫Boron,地殼的0.001%都是我的兄弟姐妹們組成的。”

  硼,是一種非金屬元素,它在自然界的硬度僅次於金剛石,廣泛應用於核反應爐控制棒的製作,也可以用於合金的製造。而硼鋼,顧名思義是以硼為主要合金化元素的鋼材,加入合金元素硼之後的鋼淬透性非常高,同時具備高耐磨性和良好的抗疲勞性,是很優秀的結構鋼材。

  與很多科學技術一樣,硼鋼最早也是應用於軍工行業,尤其是航空航天工業和潛艇製造。隨著汽車製造業的蓬勃發展,硼鋼有了新的“用武之地”。作為大規模生産的工業産品,汽車對鋼材的要求除了強度夠高之外,良好的工藝性也是重要因素,即鋼材的加工難度不能太高。而硼鋼和熱處理工藝的出現完美的滿足了這一需求。

  你可能要問:“怎麼個滿足法?”

  l 首先強度非常高,熱成型處理後的硼鋼強度名義值達到1500MPa,安全性能好。

  其次成型性能好,傳統工藝製造形狀複雜的零件通常需要多個普通鋼材零件焊接而成,而通過熱成型工藝往往只需要一個零件就可以解決這個問題。下圖為車輛B柱總成的合成圖,左側為普通鋼材,需要若干零件焊接而成,右側為熱成型鋼材,一體衝壓成型,高下肉眼可見。

不了解這兩點 別説你很懂沃爾沃汽車的安全

  結合硼鋼的這些特點,它在汽車行業中主要是作為結構鋼使用。使用硼鋼的車身其結構強度大大增加,從而提高車身的抗擠壓能力,進而在發生碰撞時保護車內乘員的生命安全。同時,硼鋼熱成型零件也是目前最具應用價值的車身輕量化材料,材料和工藝的進步使得汽車在方便人們出行的同時滿足日趨嚴苛的安全和排放法規。

  以安全著稱的沃爾沃汽車在硼鋼的應用上自然有其過人之處,旗下XC90的硼鋼使用量佔到近40%,S90的硼鋼使用量為35%,而V90 CC和XC60的硼鋼使用率分別是35%和34%。

不了解這兩點 別説你很懂沃爾沃汽車的安全

  硼鋼的這個知識點,你學到了嗎?

  當然了,你可能會説,硼鋼這麼厲害,車上用的越多就越安全麼?我們繼續往下看。

  “鋼”柔並濟:沃爾沃汽車告訴你優秀的車身應該如何設計

  白車身作為整車重要的組成部分,不僅要滿足外觀視覺上的美學需求,還要滿足空氣動力性、人機性能和NVH性能要求,更為主要的是要能起到抵抗撞擊保護駕乘人員的作用。

  通常來説,人們往往將汽車的車身結構簡單劃分為承載式車身和非承載式車身,這在談論車身安全的時候往往是不夠的。沃爾沃汽車集團安全中心高級首席工程師Stephan Ryrberg表示,一次完整的碰撞應當分為三個階段:

  “第一階段是前部結構的吸能碰撞。這個階段會産生特定的能量,我們(沃爾沃汽車)希望車體前部能夠吸收盡可能多的能量。所以有時車前部在碰撞後看起來受損嚴重,但其實是有效地保護了我們。當然,結構必須在嚴格規定控制下吸能變形。

  第二階段就是乘員艙的碰撞,即車內駕乘人員和約束系統之間直接的碰撞。安全帶、安全氣囊等都會通過吸收撞擊能量來保護乘員,以顯著降低傳導到下一個階段的能量。

  第三階段發生在人體內部,不同器官會在體內相互撞擊。如果車輛的結構設計很好,那麼傳導到第二次、第三次碰撞的能量就會依此減弱,從而減少對人體的傷害。”

  有了這些認知,我們再談談一個在安全方面表現優異的車身應當滿足哪些要求:

  在汽車安全事故調查中顯示,正面碰撞造成車內乘員死亡的比例是最高的,因此在發生正面碰撞時車身前部結構吸能與駕駛艙變形關係重大。吸能區在正面碰撞中變形越大, 對於碰撞能量的吸收就越多,可以盡可能小的避免撞擊力傳到乘員艙中。

不了解這兩點 別説你很懂沃爾沃汽車的安全

  這個過程屬於“前部結構的吸能碰撞”,在沃爾沃汽車的設計理念中,前部應當盡可能多的吸收能量,以緩解碰撞的加速度。

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  框中便是前部結構的吸能設計了,這張沃爾沃XC90的用料分佈圖清晰呈現了沃爾沃汽車的設計思路,黃色的前縱梁和綠色的前保險杠都沒有使用超高強度的熱成型鋼,縱梁使用的是中等強度的鋼材,前保險杠使用的是重量更輕吸能效果更優秀的鋁合金腔體結構。

  這樣的設計可以保證在正面碰撞發生時,前部結構可以迅速的潰縮,起到吸收動能的作用,從而保證座艙的完整性。可見,沃爾沃汽車並非一味的追求強度,而是選擇在合適的車身部位使用最合適的材料,以最大程度保證車內乘客的安全為第一考慮要素。

  “軟”“不耐撞”這樣的字眼經常用來描述某車不結實,但實際上通過E-NCAP、C-NCAP、IIHS等專業的碰撞測試中可以看出,潰縮式吸能設計能夠很大程度提高碰撞安全性,也就是説,合理的“軟”,其實是有利於安全性的。

  在車禍事故中死亡率第二的便是側面碰撞了,由於車身側面沒有緩衝區,發生碰撞時與外界只有一扇車門之隔,因此車門的強度和乘員艙的框架強度成為保護車內乘員的根本。常見的措施有在車門內部增加防撞梁;增加車身側圍部件的強度, 包括增大A柱、B柱、C 柱的截面形狀及板材厚度; 增加門檻梁強度;在車身B柱高度上安裝橫樑系統;在儀錶板下面以及後風窗下方安裝加強橫樑等。

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不了解這兩點 別説你很懂沃爾沃汽車的安全

不了解這兩點 別説你很懂沃爾沃汽車的安全

  我們還是以XC90為例,第一張圖藍色框內的部分便是最重要的乘員艙了,從超高強度熱成型硼鋼的分佈比例也可以看出它的重要性,紅色的熱成型硼鋼幾乎都分佈在這一區域。

  俗話説“好鋼用在刀刃上”,熱成型硼鋼在白車身上是不折不扣的“好鋼”,當然也得用到“刀刃”上。

  沃爾沃汽車將屈服強度最優異的熱成型硼鋼使用在了車身側面的A柱-B柱-C柱-中通道-下門檻以及駕駛員和副駕駛前方的腳踏板區域,也就是説,當你打開車門,隱藏在車門上下左右的門框之下的全部是高達1500Mpa的熱成型鋼;當你坐進駕駛座,你腳下的踏板區域,你的中央扶手下方,全部使用的是強度高達1500Mpa的熱成型鋼。駕駛員的前後左右都被熱成型硼鋼所圍繞著,形成了一個安全的籠型結構。

  沃爾沃汽車這麼做的目的只有一個,在發生碰撞時將撞擊力有效地傳導給具有保護作用的梁、柱、地板、車頂及其他部件, 使撞擊力被這些部件分散、吸收, 極大的提高了車身的抗碰撞能力和整體安全性,在發生碰撞時不易變形,更好的保護車內乘員的安全。

不了解這兩點 別説你很懂沃爾沃汽車的安全

  此外,沃爾沃汽車直線化、連貫化的力傳導路徑設計,可以最大限度的將衝擊力吸收並分散到整個車身,無論是正面碰撞還是側面碰撞,碰撞動能都可以經由連貫的力傳導路徑,把衝擊力均勻的分散至車身骨架,在撞擊的瞬間,盡可能降低內部空間的變形。

  知識點講完了,什麼叫硼鋼用得既多又好,你懂了嗎?

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