«Концепция дизайна электромобиля Docol®» – это виртуальная платформа по разработке новых решений из прогрессивной высокопрочной стали для электромобилей. Первая задача: разработка конструкции кузовных компонентов для защиты аккумуляторной батареи электромобиля в случае столкновения, особенно при боковом ударе о столб.
Автором идеи Концепции дизайна электромобиля Docol является Роберт Штрём. Роберт Штрём, ветеран автомобилестроения и специалист в области моделирования столкновений с 16-летним опытом, стал сотрудником SSAB после работы в компании BMW.
Не могли бы вы пояснить суть «Концепции дизайна электромобиля Docol»?
Увеличивая расстояние, которое способен преодолеть электромобиль, инженеры сталкиваются с задачей по защите увеличенной аккумуляторной батареи от столкновения. Аккумулятор должен быть надёжно защищён от посторонних объектов - даже в очень сложном тесте, имитирующем боковой удар о столб. Концепция электромобиля – это виртуальная платформа для поддержки инновационных идей и проектов по исследованию прогрессивной высокопрочной стали, используемой в конструкции электромобилей.
Пример решения, предложенного на основе Концепции электромобиля Docol EV
Мы собрали инженерные разработки и исходные прототипы уникального, выполненного из прогрессивной высокопрочной стали корпуса аккумуляторной батареи. Нижняя конструкция этого корпуса образована сварной сеткой балок, изготовленных из мартенситной стали Docol 1700 методом трёхмерного роликового профилирования.
Что представляет из себя трёхмерное роликовое профилирование?
В процессе трёхмерного профилирования стали ролики могут перемещаться во всех направлениях. Мы используем этот метод формования для производства балок с фиксированной и свободной частями. При совмещении перпендикулярно расположенные и повёрнутые разными сторонами балки не создадут двукратное увеличение высоты. Это имеет решающее значение для производителей: высокий корпус батареи либо уменьшает пространство салона, либо делает автомобиль выше, уменьшая его обтекаемость.
Есть ли другие преимущества у этой несущей конструкции?
Сетка из балок сохраняет необходимое расстояние между днищем корпуса и поддоном аккумуляторной батареи, обеспечивая защиту батареи в случае столкновения, когда сила удара направлена снизу. Пазы проходят по длине каждой балки, сохраняя целостность путей нагружения в направлениях X и Y, что обеспечивает максимальную прочность конструкции.
Какие ещё решения обеспечивают стойкость этого корпуса к ударам?
Рама из стали 1700М проходит вдоль всего поддона аккумуляторной батареи – это повышает не только защиту от ударов, но и стабилизирует конструкцию. Сам поддон выполнен из стали, которая образует полностью вертикальные (90°) боковые стенки, что позволяет оптимизировать место для аккумуляторной батареи. Поддон также исключает утечки в окружающую среду в случае столкновения.
Каков ориентировочный вес всего корпуса аккумуляторной батареи?
Минимальный вес корпуса составляет 75 кг. Это версия для аккумуляторной батареи размером 1742 x 1320 x 120 мм.
Могли бы вы рассказать о других концепциях для электромобилей?
Область порога в электромобиле должна поглощать больше энергии по сравнению с автомобилями с двигателем внутреннего сгорания. Причины этому: 1) большой вес аккумуляторной батареи, 2) жёсткая конструкция нижней части кузова и 3) требования, которые предписывают защиту аккумуляторной батареи электромобиля от любого внешнего проникновения.
Разве экструдированные алюминиевые компоненты не являются эффективным решением для поглощения энергии сильных воздействий?
Да, но это решение имеет гораздо более высокую стоимость по сравнению с прогрессивной высокопрочной сталью. Предлагая свою концепцию, мы приняли в расчёт характеристики экструдированных компонентов из алюминиевого сплава EN AW-6082 T6 с внешними стенками толщиной 4,5 мм и рёбрами жёсткости 3 мм. В процессе разработки балок порога, получаемых из стали Docol CR 1700M методом двухмерного роликового профилирования, компанией SSAB было создано большое число моделей для профиля различного типа. Следует отметить, что толщина стенки каждого профиля была выбрана таким образом, чтобы вес балки порога, изготовленной из стали Docol 1700M, соответствовал весу компонента из алюминиевого сплава 6082 T6.
Каковы результаты ваших разработок?
Мы нашли профиль с необходимыми характеристиками, способный обеспечить тот же уровень безопасности при столкновении, что и алюминиевый компонент. Как уже отмечалось, обе версии – из алюминия и прогрессивной высокопрочной стали – имеют одинаковый вес.
Тестируются ли опытные образцы балок порога, выполненные из стали Docol 1700M?
Да, исходные испытания прошли успешно. Однако нам необходимо провести дополнительные испытания, чтобы определить, в достаточной ли степени сварные швы пластичны, чтобы обеспечить деформацию без излома.
Над какими ещё концепциями для электромобилей в настоящее время идёт работа?
Наиболее эффективным способом защитить аккумуляторную батарею электромобиля от бокового удара будет использование стойких к деформации поперечин непосредственно под полом пассажирского салона. Для этого требуются прочные поперечины, которые совершенно не поглощают энергию – энергия бокового удара должна передаваться с одной стороны автомобиля на противоположную.
Проводились ли эксперименты с применением различного профиля из прогрессивной высокопрочной стали для изготовления поперечин?
Да, мы использовали ту же сталь Docol 1700M. Есть огромная разница в характеристиках между разными конфигурациями профиля. Так, при одинаковом весе лучшие показатели демонстрировал профиль с большим радиусом.
Насколько известно, прогрессивная высокопрочная сталь отличается высоким пределом текучести. Может ли это стать причиной местного прогиба балок с большим радиусом и тонкими стенками?
Да, но ограничить местный прогиб можно, уменьшив с помощью пазов ширину сегментов профиля. Созданные пазами радиусы служат для передачи сил. Результаты моделирования показывают, что оптимизированная поперечина вдвое лучше справляется с передачей ударной нагрузки по сравнению с профилем квадратного сечения. Критична в этом случае стойкость к пиковой нагрузке, а не способность поглощения энергии. Пиковая нагрузка при столкновении не должна быть превышена.
Расскажите о планах в отношении Концепции электромобиля?
Ориентируясь на собственную заинтересованность производителей, мы стремимся побудить их к использованию прогрессивной высокопрочной стали для изготовления критически важных компонентов электромобиля, что позволит добиться того же уровня оптимизации веса, что и в случае более дорогого алюминия либо других углеродоёмких материалов. Кроме того, у производителей есть возможность более эффективного использования материала, что обеспечивает дополнительное сокращение затрат. Мы готовы предоставить автопроизводителям имитации (например, бокового столкновения), которые демонстрируют возможности улучшения свойств критически важных для обеспечения безопасности компонентов. Так эффективность поперечин пола может быть увеличена вдвое.
Наконец, мы желаем продемонстрировать инновационные методы проектирования и производства изделий из прогрессивной высокопрочной стали, например, трёхмерное роликовое профилирование оптимального по размерам корпуса для аккумуляторной батареи электромобиля. Такие инновационные методы, как изготовление стойкой к компрессии поперечной сетки путём трёхмерного роликового профилирования прогрессивной высокопрочной стали, расширяют представление инженеров о возможностях повышения осевой нагрузки как в продольном, так и в поперечном направлении.
Есть ли у вас задачи по оптимизации конструкции электромобилей, которые вы хотели бы решить с помощью прогрессивной высокопрочной стали? Мы рекомендуем заказчикам, планирующим свой следующий проект, как можно раньше обратиться к нам.