Strukturel sikkerhed
Strukturel sikkerhed bygger på kontrolleret deformation. Karrosseriet skal optage og omdirigere kollisionsenergien uden for kabinen, bevare et anvendeligt overlevelsesrum og holde fastholdelsessystemet og højspændingsbatteriet inden for deres konstruktionsgrænser.
Stift, hvor det er nødvendigt, deformerbart, hvor det er nyttigt
Et sikkert karrosseri er ikke blot det stiveste. De forreste og bageste deformationsstrukturer skal deformeres gradvist, så bilens hastighed ændres over længere tid og afstand. Omkring passagererne skal sikkerhedscellen være stærk nok til at begrænse indtrængning og holde døre, sæder, seler og airbags i brugbare positioner.
Ingeniørerne skaber flere belastningsveje gennem langsgående vanger, hjælperammer, sidevanger, tværbjælker, stolper, tagvanger og gulv. Forskellige veje aktiveres ved kollisioner med fuldt, moderat eller lille overlap samt ved side-, bagende-, pæl-, rulle- og underkørselstypen. En konstruktion, der fungerer godt i én retning, kan stadig have en svaghed i en anden.
De vigtigste opgaver er:
- Håndtere kollisionspulsen: deformere gradvist i stedet for at standse kabinen brat.
- Bevare overlevelsesrummet: begrænse ratstammens, pedalernes, instrumentbrættets, dørenes, tagets og gulvets bevægelse ind i kabinen.
- Understøtte fastholdelsessystemerne: holde seleforankringer, sæder og airbaggenes udløsningsområder i de positioner, som kalibreringen er baseret på.
- Beskytte andre trafikanter: håndtere kompatibiliteten med biler af forskellig størrelse og masse og reducere skadelig udvendig kontakt for fodgængere og cyklister.
Sidekollisioner og plads til passagererne
Ved en sidekollision er der kun kort deformationsafstand mellem det kolliderende objekt og passageren. Sidevangen, B-stolpen, tagvangen, dørforstærkningerne, gulvets tværbjælker, sædestrukturen og sideairbaggene skal dele opgaven. Pæltest koncentrerer kraften i et smalt område, mens test af den fjerne side undersøger bevægelsen mod bilens midte.
Sidestrukturen er særlig vigtig i en elbil med skateboardplatform, fordi batteriet normalt fylder en stor del af gulvet mellem akslerne. Konstruktionen skal begrænse både indtrængning i kabinen og deformation af batterikabinettet.
Beskyttelse af traktionsbatteriet
Batterikabinettet indgår i et lagdelt beskyttelsessystem. Afhængigt af platformen kan det være en aftagelig enhed eller bidrage mere direkte til karrosseriets stivhed. De omgivende sidevanger og tværbjælker leder sidebelastninger, undervognsskjolde modstår vejsnavs, og batteriets rammer og kabinetsektioner styrer lokal deformation.
Mekanisk beskyttelse er kun ét lag. Batteristyringssystemet overvåger celler og isolation, mens kontaktorer eller pyrotekniske enheder kan afbryde højspændingsbussen efter en kollision, der opfylder udløsningskriterierne. Regler omfatter elektrisk stød, elektrolytlækage, brand, mekanisk integritet, vibration, temperatur og risiko for termisk udbredelse. batterisikkerhed beskriver disse beskyttelser på batteriniveau i detaljer.
Indtrængning i batteriet er ikke det eneste vigtige mål. En beskadiget celle kan udvikle en intern kortslutning uden tydelig udvendig deformation, og en bil, der har været udsat for et alvorligt slag mod undervognen eller siden, kan kræve isolation, inspektion og overvågning efter producentens nød- og reparationsprocedurer.
Sådan ændrer elbilens arkitektur opgaven
En elbilplatform giver ingeniørerne andre muligheder og begrænsninger:
- Fraværet af en forbrændingsmotor kan frigøre plads foran, men styring, affjedring, klimaanlæg, opladning, effektelektronik og kollisionsstrukturer konkurrerer stadig om pladsen.
- Et lavt placeret batteri sænker normalt tyngdepunktet og kan reducere tendensen til at vælte, men tagstyrke og fastholdelse af passagererne er stadig nødvendige.
- Batteriet og dets kabinet kan øge gulvets stivhed, men resultatet afhænger af, hvordan karrosseri og batteri forbindes, og hvordan belastningerne overføres.
- Elbiler er ofte tunge i forhold til deres udvendige størrelse. Større masse kan beskytte passagererne i en kollision med en lettere bil og samtidig øge kræfterne på den anden bil, så kollisionskompatibilitet er vigtig.
- Det flade gulv kan ændre sædepositionen og støtten under lårene, hvilket kalibreringen af sele, sæde og airbag skal tage højde for.
Dette er tekniske forudsætninger, ikke bevis for, at alle elbiler er sikrere end alle biler med forbrændingsmotor. Resultatet skal kontrolleres for den præcise model.
Mercedes-Benz' udvikling og test af strukturel sikkerhed. Mercedes-Benz / YouTube.
Materialer og fremstilling
Moderne karrosserier kombinerer blødt stål, avanceret og pressehærdet stål, støbte og ekstruderede aluminiumsdele, klæbemidler, punktsvejsninger, nitter og skræddersyede pladeemner. Materialekvaliteten vælges til en lokal opgave: kontrolleret foldning, højstyrkeforstærkning, samlingsstabilitet, korrosionsbestandighed, fremstillingsmulighed eller reparation.
Store støbte sektioner og strukturelle batterikoncepter kan reducere antallet af dele og ændre belastningsvejene, men ingen af delene er automatisk mere sikre. Samlingsdesign, støbekvalitet, revneadfærd, redundans, udskiftelige kollisionsbokse og den samlede testede struktur afgør ydelsen.
Computersimulering gør det muligt for ingeniørerne at undersøge mange kollisionskonfigurationer, før der findes fysiske prototyper. Fysiske test af komponenter, slæder, barrierer, pæle og bil mod bil er fortsat afgørende, fordi modellerne skal korreleres med virkelige materialer, samlinger, attrapper og fejltyper.
Hvad kollisionstest afslører
En video af en kollisionstest kan se dramatisk ud, selv når strukturen fungerer som tilsigtet. Nyttige data omfatter den målte kollisionspuls, indtrængning ved fodrum og stolper, deformation af døråbninger, attrappernes skadesmålinger, fastholdelsessystemernes samspil, batteriets tilstand og om døre og nødsystemer fungerer efter sammenstødet.
Test med lille overlap er særligt afslørende, fordi sammenstødet kan ramme uden om de primære forreste vanger. IIHS oplyser, at biler med gode resultater i organisationens test med lille overlap i førersiden har vist lavere risiko for, at føreren omkommer i virkelige frontalkollisioner, end dårligt bedømte biler.
Kollisionstest mellem en Chevrolet Bel Air fra 1959 og en Chevrolet Malibu fra 2009. IIHS / YouTube.
Bil-mod-bil-kollisionstest mellem en Toyota Corolla fra 1998 og en Toyota Corolla fra 2015. Global NCAP / YouTube.
Sammenligningsvideoerne viser også, hvorfor bilens alder har betydning. Stærkere sikkerhedsceller, forbedrede belastningsveje og koordinerede fastholdelsessystemer har ændret følgerne af kollisioner markant, men resultater fra forskellige masser og testkonfigurationer kræver stadig omhyggelig fortolkning.
Muligheden for reparation er en del af designet
Efter en kollision betyder sikker reparation, at belastningsveje, samlinger, korrosionsbeskyttelse, sensorernes monteringspunkter og batteriets isolation genoprettes – ikke blot at ydersiden ser lige ud. Nogle konstruktioner bruger udskiftelige kollisionsbokse eller sektionsreparationer; andre kræver udskiftning af en stor støbt del, en vange eller et batterikabinet.
Inden køb eller reparation af en beskadiget elbil bør man kontrollere producentens håndbog for strukturelle reparationer, højspændingsprocedure, målekrav, specifikationer for klæbemidler og fastgørelseselementer samt anvisninger til sensorkalibrering. En dårlig reparation kan forringe både den passive sikkerhed og ADAS-ydelsen.
Se sikkerhedsseler og airbags om de fastholdelsessystemer, karrosseriet understøtter, og kollisionstest og sikkerhedsbedømmelser om de test, der bruges til at vurdere hele bilen.