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嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2022-04-19 00:08
引言
汽車的托底碰撞事故比較常見,道路上的雜物、減速帶、路緣及路邊的樹墩都可能造成托底碰撞,如圖1所示。但在沒有電動(dòng)車的時(shí)代托底事故被關(guān)注不多,是因?yàn)橥械资鹿室话悴粫?huì)造成人員傷害。電動(dòng)車發(fā)生托底碰撞,是由于電池包底部的離地間隙低于道路上障礙物,電池包與障礙物存在高度方向的幾何不匹配,具有一垂向重疊量,當(dāng)車輛行駛過道路障礙物時(shí),電池包被障礙物撞擊和刮蹭,稱為托底碰撞,如圖2所示。

圖1 一般道路常見的汽車托底工況

圖2 托底碰撞示意圖
以某款純電動(dòng)車底部外形參數(shù)為例(電池包以紅色示意),道路上常見的托底碰撞情境有以下幾種(圖3):車輛于平面道路行駛時(shí),障礙物的垂直高度高于電池包的離地間隙;車輛通過路緣行駛時(shí),單側(cè)車輪落入具有高度差的路緣;車輛前進(jìn)上坡或倒車下坡時(shí)路面高度差引起。

圖3 電動(dòng)車托底碰撞示意圖
托底試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)
由于電動(dòng)車托底碰撞造成的電池包損壞可能引起電池著火,需要建立可標(biāo)準(zhǔn)化的電動(dòng)車托底試驗(yàn)方法,評(píng)估電池包損傷和抗托底碰撞的保護(hù)性能。
在電動(dòng)車托底試驗(yàn)中,需要能直接對(duì)行駛中的電動(dòng)車電池包底部造成托底碰撞并刮蹭。為了在托底碰撞評(píng)價(jià)試驗(yàn)中能直接撞擊電池包,需要設(shè)計(jì)一種可觸發(fā)作動(dòng)的托底試驗(yàn)裝置。因?yàn)橛行┸囕v前艙結(jié)構(gòu)件的離地高度與電池包的離地間隙差不多,托底碰撞裝置須能閃避車輛前艙結(jié)構(gòu)件,直接碰撞電池包,這是為了試驗(yàn)的一致性。在托底試驗(yàn)開始前,加載裝置固定于地面并處于收納狀態(tài),當(dāng)車輛前艙結(jié)構(gòu)通過托底試驗(yàn)裝置且電池包到達(dá)前,托底試驗(yàn)裝置觸發(fā)作動(dòng)彈出,直接對(duì)電池包托底碰撞,同時(shí)在托底碰撞的過程中,托底試驗(yàn)裝置須要保持對(duì)電池包的碰撞條件(如設(shè)定的重疊量)不變。
并且,托底試驗(yàn)裝置須有調(diào)節(jié)托底碰撞位置(整車寬度方向)的設(shè)計(jì),用以調(diào)整托底碰撞位置相對(duì)于電池包為中置或偏置托底碰撞,如圖4所示。

圖4 電動(dòng)車托底碰撞試驗(yàn)示意圖
01 電磁鐵驅(qū)動(dòng)彈出式裝置
在電磁鐵驅(qū)動(dòng)彈出式托底試驗(yàn)裝置中,裝置組成的主要元件為沖擊頭、汽缸、活塞、定位銷、定位銷彈簧、作動(dòng)彈簧、電磁鐵、裝置底板及轉(zhuǎn)接底板等,主要元件如圖5所示。裝置儲(chǔ)能狀態(tài)時(shí),使用電磁鐵固定活塞軸向自由度,使作動(dòng)彈簧壓縮儲(chǔ)存彈性勢(shì)能,觸發(fā)時(shí)電磁鐵斷電以釋放活塞軸向自由度及作動(dòng)彈簧的彈性勢(shì)能,彈出沖擊頭碰撞與刮蹭電池包。

圖5 電磁鐵驅(qū)動(dòng)彈出式托底試驗(yàn)裝置:
(a) 彈出狀態(tài);(b) 儲(chǔ)能狀態(tài)
02 純機(jī)械驅(qū)動(dòng)彈出式裝置
由于部分的托底碰撞試驗(yàn)場(chǎng)設(shè)置于室外或電力牽引不方便之處,無法使用上述的電磁鐵驅(qū)動(dòng)彈出式裝置進(jìn)行電動(dòng)車托底碰撞試驗(yàn)。為了因應(yīng)上述情況,提出純機(jī)械驅(qū)動(dòng)彈出式裝置,如圖6所示,試驗(yàn)場(chǎng)無需電力牽引,亦可進(jìn)行電動(dòng)車托底碰撞試驗(yàn)。
純機(jī)械驅(qū)動(dòng)彈出式裝置設(shè)計(jì)觸發(fā)插銷取代電磁鐵,用以拘束沖擊頭于儲(chǔ)能狀態(tài)時(shí)收納于汽缸中,當(dāng)裝置接收到觸發(fā)信號(hào)時(shí)將觸發(fā)插銷拔出,作動(dòng)彈簧釋放預(yù)壓的彈性勢(shì)能,將沖擊頭彈出至預(yù)定位置進(jìn)行電動(dòng)車托底碰撞試驗(yàn)。

圖6 純機(jī)械驅(qū)動(dòng)彈出式托底試驗(yàn)裝置:
(a) 彈出狀態(tài);(b) 儲(chǔ)能狀態(tài)
03 電動(dòng)車電池包托底碰撞試驗(yàn)方法
以下以臺(tái)車碰撞試驗(yàn)為例,介紹用上述裝置進(jìn)行電動(dòng)汽車托底沖擊試驗(yàn)方法。臺(tái)車托底試驗(yàn)方法配置如圖7所示。

圖7 電池包托底碰撞臺(tái)車試驗(yàn)設(shè)置:
(a) 側(cè)視圖;(b) 不等角視圖;(c) 實(shí)際設(shè)置
在清華大學(xué)汽車碰撞試驗(yàn)室,本團(tuán)隊(duì)針對(duì)某款電動(dòng)車的電池包進(jìn)行托底碰撞臺(tái)車試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中使用高速攝像機(jī)拍攝,其托底碰撞過程如圖8所示:(a) 電池包與托底試驗(yàn)裝置接觸;(b) 電池包受托底試驗(yàn)裝置碰撞,導(dǎo)致電池包碰撞區(qū)明顯彎曲變形,電池包主要受力方向?yàn)槠囆羞M(jìn)方向(X方向);(c) 電池包持續(xù)受到托底碰撞,托底試驗(yàn)裝置頂部侵入電池包,電池包主要受力方向?yàn)槠囆羞M(jìn)方向及垂直方向(X方向及Z方向)。

圖8 托底碰撞臺(tái)車試驗(yàn)過程電池包碰撞區(qū)
明顯變形而后躍起
使用試驗(yàn)臺(tái)車進(jìn)行電池包托底試驗(yàn)方法可根據(jù)不同的測(cè)試條件進(jìn)行不同的試驗(yàn)方法配置,如偏置托底沖擊位置、不同托底重疊量設(shè)計(jì)、不同的托底沖擊頭型狀設(shè)計(jì)等,并且能針對(duì)不同形式的電池包進(jìn)行托底沖擊試驗(yàn),評(píng)估不同的電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)被托底沖擊后的損傷及安全性能。
結(jié)論
本文提出了若干種具有普適性的托底試驗(yàn)裝置,以建立可標(biāo)準(zhǔn)化的電動(dòng)車托底碰撞試驗(yàn)方法。自動(dòng)觸發(fā)彈出式的托底試驗(yàn)裝置能閃避汽車的前艙結(jié)構(gòu),直接對(duì)電池包底部進(jìn)行托底碰撞試驗(yàn),用于評(píng)估電池包損傷和抗托底碰撞的保護(hù)性能,為建立標(biāo)準(zhǔn)化的電動(dòng)車托底碰撞試驗(yàn)方法提供了基礎(chǔ)。具普適性的托底試驗(yàn)裝置能適應(yīng)多個(gè)試驗(yàn)車速和多種車型尺寸(包括車輛長(zhǎng)度和電池包離地間隙),并能提供若干托底侵入量水平。

來源:汽車安全與輕量化