汽车安全跟钢板到底有什么关系?
2016年03月18日
来源:车图腾
  长期以来,钢铁一直是汽车工业的基础,在一般车身结构材料中,钢铁材料用量超过85%。虽然汽车制造中铝合金、镁合金、塑料及复合材料的用量不断增加,但高强度钢以其具有的高减重潜力、高碰撞吸收能、高疲劳强度、高成型性等优势,依然是目前汽车车身的基础结构材料。
  根据统计,目前高强度钢在国外先进车型上的应用比例已达到65%-70%之间。各家车企对于高强度钢的叫法虽有所区别,但基本具有相似的力学性能。高强度钢的抗拉强度和屈服强度都要高于普通钢,所以是保证汽车轻量化而又提高安全性能的主要材料。
热成型工艺为高强度钢应用带来革命性突破
  常规高强度钢虽然有很高的抗拉和屈服强度,但在室温下不仅变形能力差,而且塑性变形范围窄,所需冲压力大,容易开裂。同时成型后零件的回弹增加,导致零件尺寸和形状稳定性变差。因此,传统的成型方法难以解决高强度钢板在汽车车身制造中遇到的问题,而热成型技术正解决了这些问题。
  热成型工艺是将常温下的高强度钢板加热到880-950℃,然后送入内部带有冷却系统的模具内冲压成型,最后快速冷却,使冲压件得到硬化。热成型技术有利于对零件尺寸进行精确控制,并大幅度提高强度与减轻零件重量。
  以今天刚刚上市的全新途安L为例,其白车身范围共有21个采用热成型工艺的高强度钢零件,分布于前纵梁、后纵梁、A柱、B柱、中央通道、前围、地板横梁等多个部位。而这些部位属于车身安全类结构件,承担保护乘员舱的主要责任,因此要求具有很高的力学性能、成型性能、焊接性能,特别是较高的抗侵入能力和吸能能力。全新途安L使用的热成型零件抗拉强度已经达到1300MPa,远远超越普通超高强度钢的性能要求。
  车身钢板不是越厚越好,“薄”而“强”才是潮流  汽车车身钢板并不是越厚越好,过厚的钢板不仅会徒增车身重量,影响燃油经济性和操控稳定性,而且更会因为强度分布的不合理,导致本应受到保护的乘员舱承担更多的吸能责任,从而不能很好地起到保护作用。
  因此,现代汽车车身设计遵循的是“好钢用在刀刃上”的需求设计原则。一方面在保证满足车身碰撞安全性的前提下,最大限度实现车身轻量化;另一方面则是通过车身零件强度的合理分布,达到使不同部位吸能而保护乘员舱的目的。
  “变截面”和“变强度”,完美调和碰撞安全与轻量化的“矛盾”
  采用热成型工艺的高强度钢为现代车身设计提供了有力“武器”,它良好的力学性能提高了汽车的安全性和车身强度、刚度,同时实现了车身轻量化,保持甚至提升车辆的动力性能、声学性能、操纵稳定性、燃油经济性等。
  而热成型工艺中,有两个关键的“变”——“变截面”和“变强度”让车身钢板可以变得“薄”而“强”。
  变截面的目的是为了在保证满足车身碰撞安全性的前提下,通过截面厚度的变化最大限度实现车身轻量化。而通过辊压时辊轮的精确控制,更能够实现钢板料厚的连续变化,如全新途安L在左右B柱的加强板和地板上横梁的位置就采用了连续变截面的辊压板。与传统等料厚的零件和激光拼焊的零件相比,全新途安L的连续变截面钢板零件不仅拥有同样的碰撞安全性,而且轻量化效果显著。
变强度则是通过车身零件强度的合理分布,达到使不同部位吸能而保护乘员舱的目的。
  全新途安L在后纵梁零件中采用了变强度热成型技术,在追尾碰撞时可以使后纵梁后部变形吸能,而后纵梁前部的高强度则保证了乘员舱、油箱等关键部位不受挤压。由于变强度热成型技术比一般热成型零件需要更加复杂的模具设计和工艺保证,因此在全球汽车公司中也仅有少数几家掌握。
  得益于这些先进的车身工艺,全新途安L的白车身相对老款车型减轻了24kg,整车质量减轻了65kg。但在整车碰撞安全性上,全新途安L却拥有更多的技术含量。同时,全新途安L的燃油经济性相比老款提升了约19%,这其中车身减重带来的效果功不可没。
  总结
  在如今高强度钢及先进加工工艺的应用下,车身设计轻量化已成为现代汽车设计的主流。而在更先进的理念指导下,汽车的安全性不但没有因为车身减重而损失,反而能在发生碰撞时更大限度地保护乘员舱的完整性。车身重量的轻量化,能够提升操控精确度,并且有效降低油耗,减少用车成本。
  此外,全新途安L对车身进行的结构性优化,是德系品质的直接体现。历代途安在欧洲碰撞测试中连年拿到五星的评分正是对大众在车身结构设计与工艺先进性上的最佳肯定,而全新途安L在车身结构与工艺上的提升相信会让其安全性更上一层楼。