Strukturell säkerhet
Strukturell säkerhet handlar om kontrollerad deformation. Karossen måste absorbera och leda om krockenergin utanför kupén, bevara ett användbart överlevnadsutrymme och hålla skyddssystemet och högvoltsbatteriet inom deras konstruktionsgränser.
Styv där det behövs, deformerbar där det gör nytta
En säker kaross är inte bara den styvaste. De främre och bakre deformationsstrukturerna måste deformeras gradvis så att fordonets hastighet förändras över längre tid och sträcka. Runt de åkande måste passagerarcellen vara tillräckligt stark för att begränsa inträngning och hålla dörrar, säten, bälten och krockkuddar i användbara lägen.
Konstruktörerna skapar flera lastvägar genom längsgående balkar, hjälpramar, trösklar, tvärbalkar, stolpar, takskenor och golvet. Olika vägar aktiveras vid krockar med full överlappning, måttlig överlappning eller liten överlappning samt vid krockar från sidan, bakifrån, mot en stolpe, vid rundslagning och vid underkörningsliknande förlopp. En konstruktion som fungerar bra i en riktning kan fortfarande vara svag i en annan.
Huvuduppgifterna är:
- Hantera krockpulsen: deformeras gradvis i stället för att stoppa passagerarutrymmet abrupt.
- Bevara överlevnadsutrymmet: begränsa rattstångens, pedalernas, instrumentbrädans, dörrarnas, takets och golvets rörelse in i kupén.
- Stödja skyddssystemen: hålla bältesförankringar, säten och krockkuddarnas utlösningszoner i de lägen som användes vid kalibreringen.
- Skydda andra trafikanter: hantera kompatibiliteten med fordon av olika storlek och massa samt minska skadlig yttre kontakt för fotgängare och cyklister.
Sidokollisioner och utrymmet för de åkande
Vid sidokollisioner finns ett litet deformationsavstånd mellan det träffande föremålet och den åkande. Tröskeln, B-stolpen, takskenan, dörrbalkarna, golvets tvärbalkar, sätesstrukturen och sidokrockkuddarna måste dela på arbetet. Stolpprov koncentrerar kraften till ett smalt område, medan prov för den bortre sidan undersöker rörelsen mot fordonets mitt.
Sidostrukturen är särskilt viktig i en elbil med skateboardplattform eftersom batteripaketet normalt fyller en stor del av golvet mellan axlarna. Konstruktionen måste begränsa både inträngning i kupén och deformation av batterihöljet.
Skydd av traktionsbatteriet
Batterihöljet ingår i ett flerskiktat skyddssystem. Beroende på plattformen kan det vara en löstagbar enhet eller bidra mer direkt till karossens styvhet. Omgivande trösklar och tvärbalkar leder sidolaster, underredesskydd står emot vägskräp och batteripaketets skenor och höljessektioner styr lokal deformation.
Mekaniskt skydd är bara ett lager. Batterihanteringssystemet övervakar celler och isolering, medan kontaktorer eller pyrotekniska anordningar kan koppla bort högspänningsbussen efter en krock som uppfyller utlösningsvillkoren. Regelverken behandlar elstötar, elektrolytläckage, brand, mekanisk integritet, vibrationer, temperatur och risker för termisk fortplantning. batterisäkerhet beskriver dessa skydd på batterinivå i detalj.
Inträngning i batteripaketet är inte det enda viktiga måttet. En skadad cell kan utveckla en intern kortslutning utan tydlig yttre deformation, och ett fordon som har varit med om en allvarlig krock underifrån eller från sidan kan behöva isoleras, inspekteras och övervakas enligt tillverkarens räddnings- och reparationsrutiner.
Så förändrar elbilsarkitekturen problemet
En elbilsplattform ger konstruktörerna andra möjligheter och begränsningar:
- Avsaknaden av en förbränningsmotor kan frigöra utrymme framtill, men styrning, hjulupphängning, HVAC, laddning, kraftelektronik och krockstrukturer konkurrerar fortfarande om platsen.
- Ett lågt monterat batteripaket sänker vanligen tyngdpunkten, vilket kan minska benägenheten att välta, men takstyrka och kvarhållning av de åkande behövs fortfarande.
- Batteripaketet och dess hölje kan öka golvets styvhet, men resultatet beror på hur karossen och paketet är anslutna och hur lasterna överförs.
- Elbilar är ofta tunga i förhållande till sina yttermått. Högre massa kan skydda de åkande i en kollision med ett lättare fordon samtidigt som krafterna på det andra fordonet ökar, vilket gör krockkompatibilitet viktig.
- Det plana golvet kan förändra sittpositionen och stödet under låren, vilket måste hanteras i kalibreringen av bälte, säte och krockkudde.
Detta är konstruktionsförutsättningar, inte bevis för att varje elbil är säkrare än varje förbränningsbil. Resultatet måste kontrolleras för den exakta modellen.
Mercedes-Benz utveckling och provning av strukturell säkerhet. Mercedes-Benz / YouTube.
Material och tillverkning
Moderna karosser blandar mjukt stål, avancerade och presshärdade stål, gjutna och extruderade aluminiumdelar, lim, punktsvetsar, nitar och skräddarsydda ämnen. Materialkvaliteten väljs för en lokal uppgift: kontrollerad vikning, höghållfast förstärkning, stabila fogar, korrosionsegenskaper, tillverkningsbarhet eller reparation.
Stora gjutna sektioner och koncept med strukturella batterier kan minska antalet delar och ändra lastvägarna, men inget av dem är automatiskt säkrare. Fogkonstruktion, gjutkvalitet, sprickbeteende, redundans, utbytbara krockboxar och den kompletta provade strukturen avgör prestandan.
Datorsimulering gör det möjligt för ingenjörer att studera många krockkonfigurationer innan fysiska prototyper finns. Fysiska prov av komponenter, slädar, barriärer, stolpar och fordon mot fordon är fortfarande nödvändiga, eftersom modellerna måste korreleras mot verkliga material, fogar, krockdockor och felmoder.
Vad krockproven avslöjar
En video från ett krockprov kan se dramatisk ut även när strukturen fungerar som avsett. Användbara belägg omfattar den uppmätta krockpulsen, inträngning vid fotutrymmet och stolparna, deformation av dörröppningen, krockdockornas skademått, samspelet mellan skyddssystemen, batteriets skick och om dörrar och nödsystem fungerar efter krocken.
Prov med liten överlappning är särskilt avslöjande eftersom kraften kan passera utanför de främre huvudbalkarna. IIHS uppger att fordon som presterat bra i organisationens förarsidoprov med liten överlappning har visat lägre risk för dödliga förarskador vid verkliga frontalkrockar än fordon med dåligt betyg.
Krockprov mellan en Chevrolet Bel Air 1959 och en Chevrolet Malibu 2009. IIHS / YouTube.
Krockprov bil mot bil mellan en Toyota Corolla 1998 och en Toyota Corolla 2015. Global NCAP / YouTube.
Jämförelsevideorna visar också varför fordonets ålder spelar roll. Starkare passagerarceller, förbättrade lastvägar och samordnade skyddssystem har förändrat krockutfallen avsevärt, men resultat från olika massor och testkonfigurationer måste fortfarande tolkas försiktigt.
Reparerbarhet är en del av konstruktionen
Efter en kollision innebär en säker reparation att lastvägar, fogar, korrosionsskydd, sensorernas monteringspunkter och batteriets isolering återställs – inte bara att utsidan ser rak ut. Vissa konstruktioner använder utbytbara krockboxar eller sektionsbaserade reparationsmetoder; andra kräver byte av en stor gjutdel, balk eller batterihölje.
Kontrollera tillverkarens strukturella reparationshandbok, högspänningsrutin, mätkrav, specifikationer för lim och fästelement samt instruktioner för sensorkalibrering innan du köper eller reparerar en skadad elbil. En dålig reparation kan försämra både den passiva säkerheten och ADAS-prestandan.
Se säkerhetsbälten och krockkuddar för de skyddssystem som karossen stödjer samt artikeln om krockprov och säkerhetsbetyg för de tester som används för att bedöma hela fordonet.