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AHSS(先进高强度钢)对汽车安全的影响
2018-06-26 18:08 C-NCAP官方网站

不久前,美国著名安全测试机构IIHS(高速公路安全协会)进行了一场别开生面的碰撞试验:一辆2009款的雪佛兰Malibu以64km/h速度与一辆1959款雪佛兰Bel Air 40%重叠正面相撞。结果,2009款雪佛兰Malibu车内的驾驶席假人几乎毫发无损,而雪佛兰Bel Air车内驾驶员席假人头部、胸部和下肢等部位均遭受到毁灭性伤害。同一品牌的两款车型为何在安全性上差别如此之大呢?这一方面是因为2009款的雪佛兰Malibu采用了安全气囊、预紧式安全带等先进的安全配置;更重要的是50年来,汽车安全车身设计技术有了根本性的变革。今天,以雪佛兰Malibu为代表的新车型无不大量采用高强度钢板来增强车身抵御碰撞冲击的能力,这也使得其安全性有了质的提高。

安全不安全,车身材料是关键

碰撞时,车身承担着吸收、分散碰撞能量和抵御变形的职责,因此是决定安全的最关键一环。但真正起作用的部分不是我们所摸到的发动机罩、车门这些部件。而是内部核心的安全件。这些部件主要包括A/B/C柱、前后保险杠(及吸能盒)、前纵梁、门槛梁、车门防撞梁,车顶纵梁等部件。这些部件采用的材料性能优劣,将直接决定车辆的安全性能。

目前车身部件所采用的材料主要以钢材为主,且主要是钢板。其它材料,如铝合金、碳纤维等,因为成本较高,只应用在少数豪华车和超级跑车上。AHSS (advanced high strength stee,先进高强度钢)是一种新近出现的钢板材料,它在汽车领域的大量应用为车身设计带来了一场革命。

什么是AHSS

依照世界钢铁协会的定义,AHSS 是指抗拉强度在500MPa到1500MPa之间(屈服强度在280MPa到1200MPa之间的钢材。这种钢板材料不仅强度高,可以抵御高速碰撞的冲击变形,而且具有很好吸能性,因此在提高安全性方面起着非常重要的作用。目前AHSS主要应用于车身上关键的安全件和加强件,且日益受到各大汽车公司的青睐。据世界钢铁协会的研究数据显示,目前平均每车的AHSS使用量约在68kg左右,而到2020年这一数字将会达到204kg。大量采用高强度钢不仅可以使车辆的耐撞性及乘员安全性大幅提升,而且整车的重量也可以显著地减轻,从而减少油耗及尾气排放。

AHSS材料和传统钢板相比,不仅强度更高,而且拉伸性能也更为出色,即吸能特性比较好,同时它的焊接工艺和传统钢板材料相近,因此可以比较方便地由传统钢板部件升级到AHSS部件。而和铝合金、碳纤维等材料相比,AHSS具有非常明显的优势,因此是目前提高车辆安全性的一种最为有效且可行的解决方案。

作为一种先进的钢板材料,世界上只有少数公司掌握了生产AHSS的核心技术,其中瑞典SSAB钢铁公司就是该领域的领先者。SSAB是一家年产仅600万吨的“小钢厂”。但在特种钢领域,它却是一家非常著名的公司,它所生产的各种特种钢在工程机械、商用车及轿车领域都广泛应用,其中专为乘用车行业开发的DOCOL系列先进高强度钢板更是广泛应用于汽车行业。沃尔沃、宝马、大众等国外知名汽车公司都采用了它的AHSS产品。

车门防撞梁——最应采用高强度钢的部件

分析Euro NCAP近两年来的测试结果可以发现,绝大多数车型在侧面碰撞项目上都是获得满分或接近满分的成绩,而C-NCAP测试的很多车型侧面碰撞成绩却不是很理想,特别是很多小型车侧面碰撞成绩非常差。这除了与我国侧面安全气囊及侧气帘的配置率较低有关外,侧面结构设计上的不同也是造成这种差距的关键因素,其中尤以车门防撞梁最为关键。

当发生侧碰事故时,车内乘员的胸部是最容易受伤的部位,而其受伤的严重程度直接与车门的侵入变形速度有关。在车门上采用高强度钢材料的车门防撞梁可以有效减缓车门的侵入变形速度,从而降低车内乘员胸部受到的伤害。在C-NCAP侧面碰撞试验中获得高分的车型,基本上都采用了高强度车门防撞梁,而得分较差的车型往往是没有车门防撞梁,或是车门防撞梁的强度不够。

车门防撞梁不仅在侧碰事故中起着非常重要的保护作用,它在正碰事故中也发挥着重要的作用,是分散及传递前部碰撞力的重要途径之一,可以更加有效地将前部碰撞产生的能量分散到车辆的中部和后部,从而减轻车内乘员受到的伤害。正是由于车门防撞梁在碰撞中发挥着如此重要的作用,因此各个整车厂家无不采用AHSS材料制作的车门防撞梁。车门防撞梁一般是车身上强度最高的部件,某些新型的车门防撞梁强度可以达到100MPa甚至是1300MPa以上。

AHSS在汽车领域大有可为

除了车门防撞梁最应采用AHSS材料以外,AHSS还广泛应用在保险杠、座椅导轨及车身结构件上,从而显著提高车辆的安全性。

当汽车与其他车辆或障碍物发生低速碰撞时,前保险杠骨架对保护翼子板、散热器、发动机罩和灯具等部件同样起着至关重要的作用。对使用者来说,这直接影响着发生碰撞事故后的维修费用。 主横梁的强度对整个保险杠骨架系统起着决定性作用,目前在欧洲主横梁的钢材普遍使用抗拉强度高达1000MPa以上的AHSS钢材,其厚度一般2mm左右。根据测算,如果用420MPa的中等强度钢等效替代厚度至少要达到6mm,其质量可想而知。

座椅导轨也是决定车辆安全性的关键部件。发生碰撞时,3点式安全带的勒紧座椅的力可以达到8000N,如果座椅导轨强度不够的话,那么座椅很容易发生前移。座椅上乘员的胸部、腿部都可能会与内饰件发生二次碰撞从而造成严重伤害。此外,A柱、B柱、C柱等关键部件采用AHSS材料可以大幅提高车身的耐冲击性,从而保证车内乘员的生存空间。

小型车——AHSS助其提高安全性

1.3L排量以下的小型车节油、环保,因此是世界各国都纷纷鼓励发展的车型。但是受成本及尺寸所限,这些车型往往安全性不佳。以我国为例,在C-NCAP测试中获得2星级评价车型大多数为小型车。国外NCAP机构的测试中,很多小型车的安全性也不是很理想。

大量采用AHSS可以显著地提高小型车的安全性,使其在碰撞中能够提供更为出色的安全性能,菲亚特500就是一个典型例子。这款曾当选为“2008 Car of the Year“(欧洲年度风云车)的小型车,具有同级车中少有的高安全性。该车在2007年Euro NCAP的测试中以37分的成绩(成人保护方面)获得了5星级评价。Euro NCAP称赞这款车型“菲亚特并没有因为500是款小型车就降低它的安全水准。”

菲亚特500全车有22个关键安全件采用了SSAB的AHSS材料。和传统车型相比,这些部件强度更高,因此抵御碰撞冲击的能力也就更强,因此为车内乘员提供了更好的保护。2009年刚刚上市的大众新Polo也采用SSAB Docol AHSS生产的部件,在欧洲NCAP 2009年的碰撞试验中,同样获得5星级安全评级。斯柯达晶锐,也装配了采用SSAB Docol 1200M制成的底梁,该车在C-NCAP的测试中获得5星级评价。

编后语:正是因为AHSS材料对于提高车型的安全性具有如此重要的作用,我们可以预计,在未来一段时间内AHSS在汽车领域的应用将会更加普及。