深度解读沃尔沃XC90铝合金新材料的运用

沃尔沃XC90，不但 是VolvoXC系列车中的顶级产物 ，并且 是Volvo汽车在全球初次 推出的全轮全时驱动新一代SUV车型。XC90是Volvo最为高傲 的产物 之一，其主旨 是成为市场上最平安 也最让 人 心动的完善 产物 。自推出市场以来，沃尔沃XC90即博得 市场好评如潮，前后 获得世界几十项奖项，在美国被评为“年度最好 SUV”。今朝 ，沃尔沃XC90为其所属系列下的最新车系。

图2021款沃尔沃XC90侧视图

1、 车型根基 信息

SOP时候 (month/year)：02/2021

所属车型品级 （欧洲）分类 (A, B, C, D, E, F, S, M, J)：J活动 型越野车

注：欧洲车型分级：A: mini cars；B: small cars；C: medium cars；D: large cars；E: executive cars；F: luxury cars；S: sport coupes；M: multi purpose cars；J: sport utility cars (including off-road vehicles)。世界列国 对车型级另外分类详见：Car classification（http://en.wikipedia.org/wiki/Euro_Car_Segment）。

车型尺寸：长*宽*高=4.262m*1.796m*1.611m中型

前轮距：1.548m

后轮距：1.549m

轴距：2.984m

车身脚印面积：= (Track, front + Track, rear)/2*轴距=4.983m2

图为2021款沃尔沃XC90整车尺寸

2、 车身轻量化设计

图3为CX90的白车身布局示意图，图中零件的色彩 示意为分歧 用材环境。

1）白车身总重量：505.0kg，指包罗四门两盖等笼盖 件，和 保险杠横梁的非油漆车身重量。个中 ：

白车身骨架重量：401.3 kg，

白车身开启件和翼子板重量信息：

阁下 前门总成：37.5 kg

阁下 后门总成：32.8 kg

发念头 罩盖：12.9kg

后备门(带搭钮 )：15.6kg

阁下 翼子板 (双方 之和) ：5.2kg

图为：2021款沃尔沃XC90车身布局

2）车身轻量化设计：

作为一款奢华 车型，轻量化手艺 的利用尤其 重量。图4给出了新款Volvo XC90相对 上一代车型的车身轻量化方案利用及其对重量下降 阐明。个中 第二代XC90为了提泰平承平 安 机能 增添 15kg；为了改良 NVH机能 增添 14kg；由于尺寸的增添 而增重约9kg。但通太轻 量化的布局优化和轻量化材料的利用，又使得车身减重60k，终究 综合起来反而比上一代车型减轻22kg，且平安 性和舒适性等机能 也获得 了晋升。

图为：2021款沃尔沃XC90与上一代车型轻量化水平 比较

全部 轻量化优化进程 遵守 的原则及采取 的主要方案包罗：

1）重量哄骗效力 （Weight efficient）最年夜 化，也即哄骗起码 的重量到达 对劲的机能 目的 ；

2）年夜 量利用含硼热成形钢（High amount of boron steel）的利用，即经由过程 热冲压成形手艺 实现高强化，继而减薄的零件的厚度，实现轻量化。

3）采取 铝合金零部件（Aluminum components）

4）减薄地板的材料厚度（Thin body panels）

关于车身的机能 设计，坊间有个说法：车身机能 设计，80%在于知足 刚度（与平安 、舒适、NVH和靠得住 经久 均有关），而20%的设计是知足 强度的要求（平安 和靠得住 经久 ），一个优异 的车身设计是用最小的重量来实现如许 的设计要求。XC90在晋升车身刚度方面的方案主要有：

1)高刚性环状设计（Stiff ring structures）理念，其包罗布局外形 环和与材料强度相干 的强度环，也就是在布局上实现环状的毗连，同时也要包管 毗连环的每一个 部位都需要有必然 的强度包管 ，不会由于 局部的强度或刚度不足而致使 “木桶效应”，减弱 环状布局对车身晋升的结果 。图5为车死后 部某刚性环示意图。

2021款沃尔沃XC90车身尾部刚性环示意图

2)高刚性的减震器支座（Stiff shock tower）。固然 材质选用的是弹性模量较低的铝合金（约为钢的1/3），采取 高压锻造 工艺，见图6。。减震器支座采取 模块化设计成一个整体，经由过程 增强 筋的优化，使得刚度远高于传统钢板冲压焊接式的shock tower，传同一 般3-5个零件，采取 冲压后再进行点焊或弧焊的工艺毗连成一个总成。

图为：2021款沃尔沃XC90压铸铝合金利用位置

3）增添 刚性毗连前副车架（Bolted front subframe）

4）增添 贯串 式横向地板横梁（Lateral floor cross members），使得地板布局刚度延续，进而包管 车身刚度的要求

5）侧边零件采取 高刚性的截面（Side members with high sections）

经由过程 以上体例，新款XC90刚度较上一代车型提高了3600Nm/°，到达 25,000 Nm/°，提高了16.6%，车身一阶模态也提高近10%，到达 37Hz。且车身刚度和模态提高的同时，而车身的重量却下降 了22kg。依照 今朝 行业评价车身轻量化水平的指标--车身轻量化系数来测算，车身轻量化系数由4.2下降到3.2，降幅到达 了23.8%。作为一款以钢质车身的年夜 型SUV，车身刚度到达 25,000 Nm/°，已 是相当高的水平了（国内今朝 紧凑型SUV一般在15,000 Nm/°）。在笔者上一篇《Fiat 500X白车身用材解析中》也述及：“奢华 车型，可以经由过程 提高刚度来改良 操控性。”，XC90车身较高的刚度有益 于改良 其操控性。。

图7为XC90车身轻量化系数示意图

3、 白车身用材环境

3.1车身用材环境

图8为Volvo XC90的白车身（包罗四门两盖）用材环境，由图可知，白车身用材以钢为主，部门采取 铝合金和塑料复合材料。个中 传统软钢仅为29%，主要用在侧围、车门内板、底板等成形性要求较高的部位；高强度钢、进步前辈高强度钢和热成形钢比及 达 62%，主要用在内部布局件和平安 吸能件上；而铝合金仅用8%，个中 铝型材利用在前保险杠横梁、纵梁前段，和 后保险杠横梁等零件。发念头 罩盖和翼子板采取 了铝板，压铸铝合金主要用在前后减震器支座上（shock tower）；塑料复合材料主要用在前端模块上，这个在国内里 低端车型都成为常见的轻量化用材方案。图9给出了白车身利用到的新材料新手艺 。有热冲压成形手艺 、激光拼焊板（TWB）、变厚度轧制板（TRB）、铝合金保险横梁等等。

2021 Euro Car Body亚军车型-- Audi A3车身用材解析”。热成形钢经由 热冲压工艺后，其强度可以到达 1500MPa以上，对 提泰平承平 安 机能 ，下降 车身重量（减薄钢板厚度）都起到主要 的感化 。沃尔沃品牌的焦点 理念就是平安 ，早在1927年沃尔沃开创 人古斯塔夫·拉尔森和阿瑟·格布尔森（Assar Gabrielsson & Gustaf Larson）就曾提出“Cars are driven by people. Therefore the guiding principle behind everything we make at Volvo is – and must remain – safety”。近日，沃尔沃又提出了到2021年的沃尔沃平安 目的 ：“Nobody should be killed or seriously injured in a new Volvo”。应当 说热成形钢的利用是与沃尔沃的品牌焦点 理念是符合 合 的。

全部 车身骨架的乘员舱经由过程 热冲压成形钢的利用，构成 了“笼式”的平安 布局，在车身遭到 碰撞时能有用 削减 乘员舱的变形，见图10。车身用材的一个成长 趋向 就是通用化，年夜 量的同种材料的利用，对其焊接工艺现实 是有益 的。

另外 ，车身还采取 了拼焊板热冲压手艺 。拼焊板热冲压的道理 和通俗 拼焊板近似，分歧 的是激光拼焊后板坯的成形体例采取 热冲压成形。该手艺 的主要长处 是削减 了相干 零件数目 和材料耗损，优化了布局，下降 了整车重量，简化了毗连工艺。由于拼焊板可以凭据 需要进行肆意厚度和材料的拼接，因此 具有极年夜 的灵动性。

拼焊板热冲压成形方案主要有热成形钢与通俗 冷成形钢（如HSLA钢和DP钢等）焊接，和 分歧 热厚度热成形钢之间的焊接。XC90采取 的是热成形钢与通俗 冷成形钢拼焊的体例，为了不 冷轧板在热冲压成形中皮相发生 氧化，也采取 了热成形钢一样 的AlSi涂层（图11）。拼焊板的利用，实现前、后纵梁的前后段和B柱上线段吸能的差别 化。对 前、后纵梁，主如果 削减 乘员舱四周 的变形；对 B柱削减 上部变形的同时，尽量 让B柱下部多接收 碰撞能，以到达 护卫成员的头部不受或少受危险 的目的。

图为：车身拼焊板热冲压成形方案利用

4、 车身毗连办 艺

XC90的车身主要利用 钢材，点焊依然 是最主要的毗连体例，另外 也采取 了少许 的弧焊、胶接、激光焊接、自攻螺钉毗连工艺等毗连体例。个中 铝合金MAG焊主要利用在前边横梁与前纵梁前段的毗连部位。铆钉毗连主要采取 在前后保险杠横梁与白车身骨架的毗连上。Shock tower部位主要采取 布局胶与铆钉的复合毗连。白车身的等价焊点数到达 6587个。

5、 总结

XC90车身用材采取 以钢材为主、多材料复合的车身用材原则，铝合金仅利用在发念头 罩盖、翼子板和前后保险杠横梁。跨越 30%的热成形钢是其用材最年夜 的亮点，也是沃尔沃巩固其汽车平安 带领者品牌形象的有用 保障。

多材料布局设计代表了从此汽车车身轻量化布局的成长 趋向 ，也势必 是汽车各个系统轻量化材料利用的必定 选择。钢铁家产信息办事 公司（World Steel Dynamics）比来 发布《车身战争：铝材的进攻》研究申报 ，申报 猜测 了将来 轿车车身体 料的转变 环境，指出将来 车身轻量化用材也是以夹杂 材料的选材方案。2021款沃尔沃在国内市场售价79.8万-105万，作为一款奢华 SUV，其车身没有采取 全铝或碳纤维的车身。在汽车轻量化用材的趋向 上，各类 材料都将施展 各自优势，配合 支撑 汽车用材的成长 。