超越潛艇級強度─Mazda 1,800MPa級高張力鋼板 | U-CAR

朱奕安

撰文

257,964

2013

2月

13

隨著造車工藝不斷精進,各大車廠對車輛之於乘員防護水準也越來越高,每當事故發生時,車輛遭受撞擊的那一剎那,車體本身除了是遮風避雨之用,更是保護乘客的第一道防線,這時候有沒有堅實的車體設計,扮演著關鍵角色。

而汽車工業中,車體大部份使用鋼鐵打造而成,隨著第一次工業革命的興起,越來越多的交通工具被發明,鋼鐵需求以及生產技術也一步步被提升,因此現今車體製造技術已非同日而語。而一輛現代化汽車的車體,往往都是由數種強度不同的鋼鐵,或是金屬複合材質組合而成,車體各區域的強度則視需求而調整,而Mazda則是在運動休旅新星CX-5之上,採用汽車業界強度最高的1,800MPa高張力鋼材,將車體安全再推向另一領域。

Mazda為CX-5導入了汽車業界強度最高的1,800MPa極高張力鋼材,以期望能夠帶來更為優異的乘員防護表現。

現代車體材料趨勢:輕盈、高強度、高韌性

鋼材強度性能的指標,不論是抗拉強度或是降伏強度均以MPa做為單位的應力值來表示,其代表的是每單位截面積所承受的拉伸力量的大小來表示,用以去除元件外型設計的差異,評量出材質的性質。1MPa的應力值相當於每平方毫米 (mm²) 承受約0.1公斤重的力量。2種指標的差異在於降伏強度代表著鋼材不會發生不可回復的永久變形所承受的最大應力值,而抗拉強度則是金屬在發生形變之後到斷裂之前所能承受的最大應力值,會大於降伏強度。依使用需求不同會使用不同的指標,而在汽車公司中,常使用抗拉強度。MPa數值越高意味著車體鋼材強度越高,而一般鋼板強度大約於100至250MPa之間,而高張力鋼板HTS (high tensile steel) 為300至500MPa、超高張力鋼板VHTS (very high tensile steel) 則為500至800MPa,至於極高張力鋼板UHTS (ultra high tensile steel) 則是超過800MPa以上。

一般而言現代車體結構已大多採用高張力與超高張力鋼材打造,不過為了強化特定區域強度,極高張力鋼板也應用於車體結構當中,同時眾車廠也馬不停蹄的投入相當程度資源開發新式複合車體材料,而鋼材的運用則是在時代的演繹下,已逐漸具備質地輕、高強度與高韌性等特質。

現代車體結構已大多採用高張力與超高張力鋼材打造,不過為了強化特定區域強度,極高張力鋼板亦用於車體部份結構當中,而鋼材的運用則是在時代的演繹下,已逐漸具備質地輕、高強度與高韌性等特質。

其實在CX-5之前Mazda就已相當注重車體強度,國人常見的Mazda3即採用了強化過後的MAGMA 3H高剛性車體結構設計,其中車體結構大多採用達980MPa的鋼材之外,前後保桿內緣已採用了達1,490MPa熱沖壓超高強度鋼板打造,而CX-5的1,800MPa鋼材則是再將車體結構強度層次帶往下一個領域。

其實Mazda3的MAGMA 3H高剛性車體結構設計,多處就已採用了高強度鋼材,圖中紅色區塊更是採用了達1,490MPa的熱沖壓超高強度鋼板打造。

車體鋼材等級再突破,輕盈兼顧防護水準

在車體技術投下許多心力的Mazda,隨著運動休旅CX-5正式發表後不久,於2011年10月份公佈一份官方資料,強調Mazda首次將1,800MPa等級的高強度鋼材運用於上,而所搭載的此組高強度鋼材乃是由Mazda原廠、住友金屬工業株式会社和愛信高丘株式会社 (Aisin Takaoka Co., Ltd.) 共同開發而成,不僅僅是當今汽車業界最高強度的鋼材,1,800MPa等級其實已超越潛水艇等級的1,600MPa。

而Mazda則是將此高等級的鋼材運用於前後保桿內鐵當中,使車輛不論是追撞前方、或是遭後方追撞時,讓這兩塊重點區域行程堡壘第一道防線,吸收、緩衝、方散第一時間的撞擊能量,而Mazda採用的1,800MPa極高張力鋼材,其每平方毫米約莫可承受183公斤重的拉力。

Mazda將1,800MPa等級的高強度鋼材運用在CX-5年後保桿內鐵上,使車輛不論是追撞前方、或是遭後方追撞時,讓這兩塊重點區域行程堡壘第一道防線,吸收、緩衝、分散第一時間的撞擊能量。

根據原廠資料顯示,前後保桿內鐵導入的1,800MPa極高張力鋼板設計,防護強度較傳統設計提升了20%,能夠有效降低前後撞擊時的車體損害程度,同時透過新的製程Mazda也成功將其重量較現有內鐵材質再降低4.8公斤,除此之外,運用兼具輕量化與剛性的超鋼材作為前後保桿內鐵,也讓車身配重更為均衡,並直接回饋在車輛操控敏捷度的精進。

除了前後保桿內鐵的1,800MPa極高張力鋼材之外,CX-5乃是Mazda旗下第一款全車運用Skyactiv科技的產品,其中其中B柱與車頂結構還採用達1,500MPa高張力鋼材打造。

除了前後保桿內鐵的1,800MPa極高張力鋼材之外,CX-5乃是Mazda旗下第一款全車運用Skyactiv科技的產品,當中的Skyactiv-Body即蘊含了許多先進車體打造技術,整車車體結構高張力鋼板使用比率從40%提升至60%,其中B柱與車頂結構採用達1,500MPa高張力鋼板打造,A柱、與底盤邊緣強度等級也在980MPa以上,原廠數據顯示,Skyactiv-Body設計使得車體剛性較傳統車體增加了30%,同時再搭配全新的結構設計、新式鋼材與製程,讓車體在剛性增加的同時也能兼顧輕量化訴求。

透過此張圖表,可以明顯看到CX-5車體鋼材強度分佈表現,除了前後保桿內鐵之外,其餘包含A、B柱、車頂結構以及底盤,也用上了達1,500MPa的鋼材打造而成。

極高強度鋼材發揮效用,通過兩大撞擊測試嚴苛考驗

受益於Skyactiv-Body車體結構以及其餘主動式安全防護科技,CX-5在全球車壇中兩大撞擊測試表現均獲得了最高成績。其中,在2012年EuroNcap撞擊測試中,不僅拿下了最高等級的5星評價,對車內成人乘客保護表現也高達了94分,同時若是注意CX-5在車頭偏位撞擊測試後的結果來看,車頭1,800MPa內鐵第一時間吸收、緩衝大量衝擊力道,讓A柱沒有過份變形之跡象,間接使得撞擊之後車艙結構還能保持完整,發揮實際效用。

CX-5不僅在2012年EuroNcap撞擊測試中,不僅拿下了最高等級的5星評價,若是注意車頭偏位撞擊測試後的圖片來看,車頭1,800MPa極高張力鋼材第一時間緩衝大量衝擊力道,讓A柱沒有過份變形、間接使得車艙結構還能保持完整。

同時,CX-5亦在2012年3月份入選IIHS美國公路安全保險協會安全首選名單,撞擊測試結果顯示CX-5不論在正面撞擊、側面撞擊、翻滾以及後面撞擊的剛性結構以及乘客保護上,均獲得了該測試中最高的G (Good) 評價。

廣  告

其實Mazda於CX-5運用的Skyactiv-Body車體結構能夠在輕量化的同時維持足夠的撞擊保護力,而如今在全球兩大車輛撞擊測試研究中心結果中,也證實了這一點,其中1,800MPa極高張力鋼材之運用,在第一時間吸收衝擊能量,功不可沒。而由CX-5首開極高強度鋼材運用之後,未來Mazda是否會廣泛導入於旗下新式車款當中,拭目以待。

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