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做好车身结构四点优化提高低速电动车正面碰撞安全性--第1页
做好车身结构四点优化提高低速电动车正面碰撞安全性
本期则着眼于四轮低速电动车的碰撞安全问题,报告从常见的微
型电动汽车的尺寸和布置特点出发,对正面碰撞中车身重要部件变形
问题进行详细分析,寻找碰撞过程中车身结构的薄弱点,针对碰撞测
试中结构薄弱环节,有针对性地提出改进建议和措施,旨在为相关企
业不断增强车辆安全性的工作提供技术指导。
电动汽车正面碰撞试验如下图一所示。GB11551-2003(乘用车正
面碰撞的乘员保护)对壁障的尺寸和安置有明确的规定,要求宽度不小
于3m,高度不小于1.5m,壁障前表面应铅垂,其法线应与车辆直线行驶
方向成0°夹角,如果有必要,须使用定位装置将壁障固定在地面以限
制其移动。
一、着眼于安全角度的车身结构区域划分及设计要求
在车辆的碰撞过程中,整个车身结构从安全角度可划分为三个部
分,即前撞吸能部分、乘员舱部分和后撞吸能部分。各部分的设计要
求不尽相同,具体要求如下:
(1)乘员舱部分必须尽可能的保持完整,以保证车内乘员有足够的
生存空间;
(2)碰撞吸能部分要尽可能多地吸收碰撞能量,以降低加速度和碰
撞力至合理范围内;
(3)车身前部吸能构件,在碰撞中产生变形应逐级发生,并使其具
有合理的失效模式和压塌顺序,如下图2所示。
二、车辆正面碰撞载荷的传递路径设计与优化
汽车前舱在正面碰撞时的主要承载路径有以下三条,如下图3所
示:
a.上前纵梁—A柱—车顶梁;
b.前端吸能梁(盒)—纵梁—纵梁延伸梁;
c.副车架—纵梁地板延伸—中央通道、门槛梁。
常见的电动汽车动力系统及电池布置,会使得车辆整体重心位置
相对燃油车偏下,如图4所示:
做好车身结构四点优化提高低速电动车正面碰撞安全性--第1页
做好车身结构四点优化提高低速电动车正面碰撞安全性--第2页
针对电动汽车的布置特点,提出的载荷路径传递建议有以下两点:
(1)载荷承载结构布置下移:载荷传递路径的设计思想是通过独特
的结构设计来实现对碰撞能量的良好吸收和分散,其主要依据是载荷
传递路径的加权高度与整车重心高度相当。当电动汽车因携带动力电
池而使重心下移时,其承载结构的布置也需要相应地下移,如图5所
示:
(2)增加载荷传递路径:不同于燃油车的机械传递,电动汽车采用
柔性的电线传递能量,使得其空间布置具有一定的灵活性,这也为增加
载荷路径创造了有利条件。通过增加载荷传递路径,可以使整个车身
结构参与到碰撞吸能中,有利于碰撞能量的迅速吸收和发散,提高承
载效率。
三、前舱吸能结构的变形与吸能分析及改善措施
在汽车发生正面碰撞时,车身前部结构的变形形式和能量吸收情
况对驾驶员所受的冲击和变形影响很大。在不同的车型当中,虽然主
要吸能构件的几何形状、所受约束等情况不尽相同,但普遍地利用薄
壁梁作为主要吸能构件,通过薄壁梁的塑性变形来耗散大量的碰撞能
量。
如图6的有限元仿真模型所示,在整个碰撞过程中,防撞梁
围和前底板发生了严重的变形,而两侧纵梁没有发生明显的塑性变形
和位移。这说明有大部分碰撞产生的撞击力经纵梁传递到了前围和前
底板上。
A:底板;B:前围;C:防撞梁;D:前纵梁(左);E:前纵梁(右)
从图6中可以看出,前围和前底板局部发生了明显的塑性变形。
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