沃爾沃XC90，不僅是VolvoXC系列車中的頂級(jí)產(chǎn)品，而且是Volvo汽車在全球首次推出的全輪全時(shí)驅(qū)動(dòng)新一代SUV車型。XC90是Volvo最為自豪的產(chǎn)品之一，其宗旨是成為市場(chǎng)上最安全也最令人心動(dòng)的完美產(chǎn)品。自推出市場(chǎng)以來(lái)，沃爾沃XC90即贏得市場(chǎng)好評(píng)如潮，先后獲得世界幾十項(xiàng)獎(jiǎng)項(xiàng)，在美國(guó)被評(píng)為“年度最佳SUV”。目前，沃爾沃XC90為其所屬系列下的最新車系。

圖2015款沃爾沃XC90側(cè)視圖

一、車型基本信息

SOP時(shí)間(month/year)： 02/2015

所屬車型等級(jí)（歐洲）分類 (A, B, C, D, E, F, S, M, J)： J 運(yùn)動(dòng)型越野車

注：歐洲車型分級(jí)：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)。世界各國(guó)對(duì)車型級(jí)別的分類詳見(jiàn)：Car classification（http://en.wikipedia.org/wiki/Euro_Car_Segment）。

車型尺寸：長(zhǎng)*寬*高=4.262m*1.796m*1.611m中型

前輪距：1.548m     

后輪距：1.549m

軸 距：2.984m

車身腳印面積：= (Track, front + Track, rear)/2*軸距=4.983m2

圖為2015款沃爾沃XC90整車尺寸

二、車身輕量化設(shè)計(jì)

圖3為CX90的白車身結(jié)構(gòu)示意圖，圖中零件的顏色表示為不同用材情況。

1）白車身總重量：505.0kg，指包括四門兩蓋等覆蓋件，以及保險(xiǎn)杠橫梁的非油漆車身重量。其中：

白車身骨架重量：401.3 kg，

白車身開(kāi)啟件和翼子板重量信息：

 左右前門總成：37.5 kg

 左右后門總成：32.8 kg

發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋：12.9kg

后備門(帶鉸鏈)：15.6kg

左右翼子板 (兩邊之和) ：5.2kg

  

圖為：2015款沃爾沃XC90車身結(jié)構(gòu)

2）車身輕量化設(shè)計(jì)：

作為一款豪華車型，輕量化技術(shù)的應(yīng)用尤為重量。圖4給出了新款Volvo XC90相對(duì)于上一代車型的車身輕量化方案應(yīng)用及其對(duì)重量降低分析。其中第二代XC90為了提升安全性能增加15kg；為了改善NVH性能增加14kg；由于尺寸的增加而增重約9kg。但通過(guò)輕量化的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和輕量化材料的應(yīng)用，又使得車身減重60k，最終綜合起來(lái)反而比上一代車型減輕22kg，且安全性和舒適性等性能也得到了提升。 

 

圖為：2015款沃爾沃XC90與上一代車型輕量化程度對(duì)比

整個(gè)輕量化優(yōu)化過(guò)程遵循的原則及采用的主要方案包括：

1）重量利用效率（Weight efficient）最大化，也即利用最少的重量達(dá)到滿意的性能目標(biāo)；

2）大量應(yīng)用含硼熱成形鋼（High amount of boron steel）的應(yīng)用，即通過(guò)熱沖壓成形技術(shù)實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)化，繼而減薄的零件的厚度，實(shí)現(xiàn)輕量化。

3）采用鋁合金零部件（Aluminum components）

4）減薄地板的材料厚度（Thin body panels） 

關(guān)于車身的性能設(shè)計(jì)，坊間有個(gè)說(shuō)法：車身性能設(shè)計(jì)，80%在于滿足剛度（與安全、舒適、NVH和可靠耐久均有關(guān)），而20%的設(shè)計(jì)是滿足強(qiáng)度的要求（安全和可靠耐久），一個(gè)優(yōu)秀的車身設(shè)計(jì)是用最小的重量來(lái)實(shí)現(xiàn)這樣的設(shè)計(jì)要求。XC90在提升車身剛度方面的方案主要有：

1)高剛性環(huán)狀設(shè)計(jì)（Stiff ring structures）理念，其包括結(jié)構(gòu)形狀環(huán)和與材料強(qiáng)度相關(guān)的強(qiáng)度環(huán)，也就是在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)環(huán)狀的連接，同時(shí)也要保證連接環(huán)的每個(gè)部位都需要有一定的強(qiáng)度保證，不會(huì)因?yàn)榫植康膹?qiáng)度或剛度不足而導(dǎo)致“木桶效應(yīng)”，削弱環(huán)狀結(jié)構(gòu)對(duì)車身提升的效果。圖5為車身后部某剛性環(huán)示意圖。

 

2015款沃爾沃XC90車身尾部剛性環(huán)示意圖

2)高剛性的減震器支座（Stiff shock tower）。雖然材質(zhì)選用的是彈性模量較低的鋁合金（約為鋼的1/3），采用高壓鑄造工藝，見(jiàn)圖6。。減震器支座采用模塊化設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，通過(guò)加強(qiáng)筋的優(yōu)化，使得剛度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)鋼板沖壓焊接式的shock tower，傳統(tǒng)一般3-5個(gè)零件，采用沖壓后再進(jìn)行點(diǎn)焊或弧焊的工藝連接成一個(gè)總成。

圖為：2015款沃爾沃XC90壓鑄鋁合金應(yīng)用位置

3）增加剛性連接前副車架（Bolted front subframe）

4）增加貫穿式橫向地板橫梁（Lateral floor cross members），使得地板結(jié)構(gòu)剛度連續(xù)，進(jìn)而保證車身剛度的要求

5）側(cè)邊零件采用高剛性的截面（Side members with high sections）

通過(guò)以上方式，新款XC90剛度較上一代車型提高了3600Nm/°，達(dá)到25,000 Nm/°，提高了16.6%，車身一階模態(tài)也提高近10%，達(dá)到37Hz。且車身剛度和模態(tài)提高的同時(shí)，而車身的重量卻降低了22kg。按照目前行業(yè)評(píng)價(jià)車身輕量化水平的指標(biāo)--車身輕量化系數(shù)來(lái)測(cè)算，車身輕量化系數(shù)由4.2下降到3.2，降幅達(dá)到了23.8%。作為一款以鋼質(zhì)車身的大型SUV，車身剛度達(dá)到25,000 Nm/°，已經(jīng)是相當(dāng)高的水平了（國(guó)內(nèi)目前緊湊型SUV一般在15,000 Nm/°）。在筆者上一篇《Fiat 500X白車身用材解析中》也述及：“豪華車型，可以通過(guò)提高剛度來(lái)改善操控性。”，XC90車身較高的剛度有利于改善其操控性。。

圖7為XC90車身輕量化系數(shù)示意圖

三、白車身用材情況

3.1車身用材情況 

圖8為Volvo XC90的白車身（包括四門兩蓋）用材情況，由圖可知，白車身用材以鋼為主，部分采用鋁合金和塑料復(fù)合材料。其中傳統(tǒng)軟鋼僅為29%，主要用在側(cè)圍、車門內(nèi)板、底板等成形性要求較高的部位；高強(qiáng)度鋼、先進(jìn)高強(qiáng)度鋼和熱成形鋼等達(dá)到62%，主要用在內(nèi)部結(jié)構(gòu)件和安全吸能件上；而鋁合金僅用8%，其中鋁型材應(yīng)用在前保險(xiǎn)杠橫梁、縱梁前段，以及后保險(xiǎn)杠橫梁等零件。發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋和翼子板采用了鋁板，壓鑄鋁合金主要用在前后減震器支座上（shock tower）；塑料復(fù)合材料主要用在前端模塊上，這個(gè)在國(guó)內(nèi)中低端車型都成為常見(jiàn)的輕量化用材方案。圖9給出了白車身應(yīng)用到的新材料新技術(shù)。有熱沖壓成形技術(shù)、激光拼焊板（TWB）、變厚度軋制板（TRB）、鋁合金保險(xiǎn)橫梁等等。

2012 Euro Car Body亞軍車型-- Audi A3車身用材解析”。熱成形鋼經(jīng)過(guò)熱沖壓工藝后，其強(qiáng)度可以達(dá)到1500MPa以上，對(duì)于提升安全性能，降低車身重量（減薄鋼板厚度）都起到重要的作用。沃爾沃品牌的核心理念就是安全，早在1927年沃爾沃創(chuàng)始人古斯塔夫·拉爾森和阿瑟·格布爾森（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，沃爾沃又提出了到2020年的沃爾沃安全目標(biāo)：“Nobody should be killed or seriously injured in a new Volvo”。應(yīng)該說(shuō)熱成形鋼的應(yīng)用是與沃爾沃的品牌核心理念是相切合的。

整個(gè)車身骨架的乘員艙通過(guò)熱沖壓成形鋼的應(yīng)用，形成了“籠式”的安全結(jié)構(gòu)，在車身受到碰撞時(shí)能有效減少乘員艙的變形，見(jiàn)圖10。車身用材的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)就是通用化，大量的同種材料的應(yīng)用，對(duì)其焊接工藝實(shí)際是有利的。 

此外，車身還采用了拼焊板熱沖壓技術(shù)。拼焊板熱沖壓的原理和普通拼焊板近似，不同的是激光拼焊后板坯的成形方式采用熱沖壓成形。該技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是減少了相關(guān)零件數(shù)量和材料消耗，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)，降低了整車重量，簡(jiǎn)化了連接工藝。由于拼焊板可以根據(jù)需要進(jìn)行任意厚度和材料的拼接，因而具有極大的靈活性。

拼焊板熱沖壓成形方案主要有熱成形鋼與普通冷成形鋼（如HSLA鋼和DP鋼等）焊接，以及不同熱厚度熱成形鋼之間的焊接。XC90采用的是熱成形鋼與普通冷成形鋼拼焊的方式，為了避免冷軋板在熱沖壓成形中表面產(chǎn)生氧化，也采用了熱成形鋼同樣的AlSi涂層（圖11）。拼焊板的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)前、后縱梁的前后段和B柱上線段吸能的差異化。對(duì)于前、后縱梁，主要是減少乘員艙附近的變形；對(duì)于B柱減少上部變形的同時(shí)，盡可能讓B柱下部多吸收碰撞能，以達(dá)到保護(hù)成員的頭部不受或少受傷害的目的。

 

圖為：車身拼焊板熱沖壓成形方案應(yīng)用

四、車身連接技術(shù)

XC90的車身主要使用鋼材，點(diǎn)焊仍然是最主要的連接方式，此外也采用了少量的弧焊、膠接、激光焊接、自攻螺釘連接工藝等連接方式。其中鋁合金MAG焊主要應(yīng)用在前邊橫梁與前縱梁前段的連接部位。鉚釘連接主要采用在前后保險(xiǎn)杠橫梁與白車身骨架的連接上。Shock tower部位主要采用結(jié)構(gòu)膠與鉚釘?shù)膹?fù)合連接。白車身的等價(jià)焊點(diǎn)數(shù)達(dá)到6587個(gè)。

< 圖為XC90白車身的等價(jià)焊點(diǎn)數(shù)列表

五、總結(jié)

XC90車身用材采用以鋼材為主、多材料復(fù)合的車身用材原則，鋁合金僅應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋、翼子板和前后保險(xiǎn)杠橫梁。超過(guò)30%的熱成形鋼是其用材最大的亮點(diǎn)，也是沃爾沃鞏固其汽車安全領(lǐng)導(dǎo)者品牌形象的有效保障。

多材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)代表了今后汽車車身輕量化結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)，也必將是汽車各個(gè)系統(tǒng)輕量化材料應(yīng)用的必然選擇。鋼鐵產(chǎn)業(yè)信息服務(wù)公司（World Steel Dynamics）最近發(fā)布《車身戰(zhàn)爭(zhēng)：鋁材的進(jìn)攻》研究報(bào)告，報(bào)告預(yù)測(cè)了未來(lái)轎車車身材料的變化情況，指出未來(lái)車身輕量化用材也是以混合材料的選材方案。2015款沃爾沃在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)售價(jià)79.8萬(wàn)-105萬(wàn)，作為一款豪華SUV，其車身沒(méi)有采用全鋁或碳纖維的車身。在汽車輕量化用材的趨勢(shì)上，各種材料都將發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，共同支持汽車用材的發(fā)展。