二、正面碰撞-吸能策略
1、Model 3吸能策略整体思路是前段轴向压溃,后段弯折变形(如图7)。
2、吸能盒为主要吸能区,长度达到了230mm,远高于同类车型,变形模式为轴向压溃,其前防撞梁吸能盒设计考虑了不同平台的拓展,采用模块化设计可对应不同前悬碰撞,同时吸能盒断面采用“田”字型铝材,抗弯能力强,在轻量化的同时能确保吸能盒轴向充分压溃。
3、纵梁变形模式区别于国内传统车型,主要为折弯变形,通过布置三个折弯点达到吸能作用,折弯通过纵梁的特征及加强板的形状来控制。
图7 Model3前机舱吸能策略示意图
4、Model 3的纵梁采用较为普通的薄壁梁结构,但纵梁的结构和材料进行了优化设计。
1)首先model 3的纵梁截面尺寸加大(如表8),高于同等整备质量的车型,使得纵梁的截面系数达到较高的水平。
2)其次,如图9所示,纵梁内外板及加强板材料采用了超高强钢及热成型钢,提升了纵梁的单位截面力,对应高速碰撞中纵梁的折弯,即正面碰撞中纵梁截面强度也高于对比车型,确保了纵梁的吸能比。
3)截面尺寸加大的同时会导致重量的提升,为此Model 3纵梁内外板均进行了减薄处理,保证了整车的轻量化。
表8 前纵梁前段截面尺寸对比表
图 9
5、纵梁因避让轮胎包络采用了外八字设计,正面和偏置碰撞过程中纵梁根部易内倾折弯,Model 3把crossmember布置在最薄弱的根部(如图10),与左右纵梁形成环形结构,与侧支撑梁相互支撑,控制前机舱纵梁的折弯趋势。
1)侧支撑梁采用了更为结实的“三角形”腔体结构,保证纵梁有效传力至门槛梁。
2)Model 3在前机舱碰撞受力位置空腔填充CBS发泡材料,增加强度提升刚度的同时传递碰撞力,并降低噪音,提升轻量化,总重量仅0.02kg。
图10 纵梁根部结构图
6、前围板下部独特的设计是model 3区别于传统车型的一个亮点,三角型腔体可使地板尽可能向前延伸,加大电池容量的同时也给电池包提供安装点(如图11),腔体斜面均采用热成型钢材,提升了碰撞强度。但这种设计也带来了一定弊端,因布置占用了轮胎空间,所以前围板整体后移避让,前排人体及人体脚部空间随之后移,最终导致Model 3轴距虽然长,但是后排乘坐空间并不突出。
图11 前围板下部结构图
表12 Model 3与其他车型前围下部尺寸对比
7、在整个碰撞过程中,副车架吸能作用是必不可少的。
1)首先副车架与车体安装部位采用了可脱落结构,如图13所示,碰撞过程中副车架可及时与车体分离,减少对纵梁变形的干扰,使纵梁变形更充分,预估四驱时,副车架脱开会拉动电机向下运动,减少电机对乘员舱的挤压。其次在副车架臂正反两个方向均设计了压馈筋,通过特征的形状来控制副车架折弯。
2)副车架这种设计保证了正面高速碰撞中的电池安全,避免副车架直接挤压电池包和高压附件装置。
3)如图14所示,转向系统在碰撞过程中,先向后溃缩,然后向下弯曲的变形形式避免了碰撞力直接向后方传递,造成方向盘后退过大。
图14 正面碰撞转向系统变形示意图
4)如图15所示,转向管柱带中间轴总成设计有三级溃缩结构,溃缩行程达93mm,以减轻车辆碰撞对驾驶员的伤害:中间轴为第一级,在碰撞过程中通过万向节产生形变,并向后溃缩,避免碰撞力直接向后传递造成方向盘后退伤害驾驶员。车辆碰撞时,驾驶员受惯性力前倾,方向盘受一定撞击力诱发转向管柱第二级溃缩生效;随着方向盘受到的撞击力增加,转向管柱从二级溃缩升级至三级溃缩。
图15 转向系统溃缩结构示意图正面碰撞-吸能策略 |