隨著常規(guī)動(dòng)力乘用車變得更加電子化并且需要更大的電池來運(yùn)行車載系統(tǒng)，在嚴(yán)重碰撞期中保護(hù)電池變得更加困難。雖然電池周圍的結(jié)構(gòu)已經(jīng)具有高強(qiáng)度并且為正常碰撞提供了足夠的保護(hù)，但在嚴(yán)重碰撞時(shí)，保護(hù)結(jié)構(gòu)本身會(huì)變形并刺穿電池，使其無法工作。在這種情況下，就需要額外的電池保護(hù)，但最好不犧牲設(shè)計(jì)或其他安全功能，不會(huì)增加太多的重量或成本，并且在車輛使用壽命期間不會(huì)妨礙電池維修或更換。因此，開發(fā)了一個(gè)新的部件，稱為電池防撞擊保護(hù)罩，以在嚴(yán)重碰撞中保護(hù)較大的12伏電池，并且這也是復(fù)合材料不斷增長的應(yīng)用方式中的一種。

嚴(yán)苛的車輛安全標(biāo)準(zhǔn)促使通用研發(fā)電池防撞保護(hù)罩

已經(jīng)很嚴(yán)苛的美國聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車輛安全標(biāo)準(zhǔn)（FMVSS）208目前要求汽車制造商在正面屏障測試中以30度偏移量進(jìn)行測試。測試的撞擊器設(shè)計(jì)為完全錯(cuò)過車架導(dǎo)軌，使得保險(xiǎn)杠的一角在被推入發(fā)動(dòng)機(jī)艙之前完全擊中。這次試驗(yàn)?zāi)M的嚴(yán)重碰撞載荷促使美國密歇根州底特律市的通用汽車公司（GeneralMotorsCo.）加強(qiáng)電池托盤并開發(fā)電池碰撞防護(hù)罩，其目的是將碰撞載荷分散到更大的區(qū)域，這樣就可以保護(hù)電池在汽車前端被壓碎時(shí)不會(huì)被周圍的部件刺穿或短路。

這就為機(jī)載診斷系統(tǒng)提供了足夠的時(shí)間來檢測事故，并在電池停止工作前向第一反應(yīng)人員發(fā)送“離機(jī)(offboarding)”安全電話——這一功能可以在乘客失去知覺或無法打電話時(shí)挽救生命。這些防護(hù)罩被設(shè)計(jì)成可以放置在金屬電池托盤上，并圍繞最靠近發(fā)動(dòng)機(jī)艙部件的電池部分進(jìn)行纏繞，碰撞模擬已經(jīng)確認(rèn)，這些部件在嚴(yán)重碰撞時(shí)最有可能損壞電池。在使用中，控制模塊和連接到電池的其他部件懸掛在防撞護(hù)罩上并將其固定在適合的位置，因此沒有NVH的問題。在維護(hù)或更換電池期間，只需拆下防撞護(hù)罩，然后再放回去。

研究2018款別克Enclave運(yùn)動(dòng)型汽車（suv）的團(tuán)隊(duì)在開發(fā)周期的后期發(fā)現(xiàn)，用于保護(hù)卡車12伏電池的鋼制防護(hù)罩不能通過要求的碰撞測試。為了避免代價(jià)高昂的生產(chǎn)開始（SOP）延遲，通用汽車公司的先進(jìn)材料和開發(fā)團(tuán)隊(duì)被引入以快速找到替代技術(shù)。

新一代GMT復(fù)合材料

新的替代技術(shù)需要達(dá)到或超過所有聯(lián)邦安全法規(guī)，包括可燃性要求（FMVSS302），并且還要滿足GM的總體系統(tǒng)成本目標(biāo)。研究人員轉(zhuǎn)向了不同的技術(shù)-玻璃纖維墊熱塑性（GMT）復(fù)合材料。

研究團(tuán)隊(duì)評估了三種商品級的聚丙烯基質(zhì)的GMTex玻璃纖維織物增強(qiáng)復(fù)合材料，其具有來自QuadrantPlasticCompositesAG（QPC，三菱化學(xué)，瑞士Lenzburg的集團(tuán)公司）。最終選擇用于電池護(hù)罩的材料為性能最高的等級,厚度為4.3毫米，具有多層編織定向玻璃墊(glassmats)（4/1編織，0/90度），其芯為隨機(jī)取向的50毫米短切玻璃纖維(choppedglass)。編織纖維和短切玻璃纖維的整合提供了高沖擊、一致和均勻的層壓材料，F(xiàn)WF為61％。

Integratingwovenandchoppedfibers

雖然織物增強(qiáng)型GMT并不是新發(fā)明，而且已經(jīng)在汽車工業(yè)中得到了幾十年的商業(yè)應(yīng)用，但這是通用汽車公司和ContinentalStructuralPlastics(CSP,帝人集團(tuán)旗下的一家公司，美國密歇根州奧本山)首次使用結(jié)合了織物和短切玻璃纖維的新一代混合墊GMT復(fù)合材料。

電池防撞保護(hù)罩設(shè)計(jì)項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人。通用材料工程師Kestutus``Stu''Sonta解釋說：“性能較高較厚的材料給了我們一個(gè)重要的安全因素，這正是我們想要的。”

接下來，使用全尺寸零件驗(yàn)證小規(guī)模測試結(jié)果。已經(jīng)開發(fā)出一種非優(yōu)化的C形設(shè)計(jì)，通過仿真評估GMT材料。該模型用于快速切割GM的原型鋁工具，以模塑4.3毫米厚等級（GMTexX103F61-4/1-0/90）的初步測試部件。完成了多輪測試，團(tuán)隊(duì)記錄的負(fù)載與之前的整車碰撞測試結(jié)果非常相似，這些測試驗(yàn)證了概念和材料/工藝組合。

熱壓和切割

通用汽車和CSP團(tuán)隊(duì)共同努力，進(jìn)一步優(yōu)化了c型護(hù)罩的設(shè)計(jì)，隨后用于生產(chǎn)用于檢查成品零件的生產(chǎn)工具，水射流夾具和檢查夾具。

QPC提供的材料為約930×500毫米的預(yù)切割坯料。每個(gè)模塑周期使用單個(gè)坯料以形成C形截面，從該C形截面切割生產(chǎn)部件。該材料首先通過位于俄亥俄州CSP的Conneaut工廠的四級紅外線爐，然后轉(zhuǎn)移到鄰近的低噸位壓縮機(jī)上。當(dāng)加熱時(shí)，由于稱為玻璃回彈的現(xiàn)象，在固結(jié)坯料中切碎的玻璃纖維大約是其先前厚度的兩倍，在這種情況下，進(jìn)入工具的坯料幾乎是9毫米厚并且在模制成形過程中重新固化。按鈕到按鈕的循環(huán)時(shí)間大約是一分鐘。無需對零件進(jìn)行任何修改（通過阻燃劑或箔等方式），即可滿足FMVSS302可燃性要求。

這種GMT材料的一個(gè)有趣特征是，由于高玻璃負(fù)載和織物層，它具有有限的流動(dòng)性。因此，它不是在技術(shù)上壓縮成型，而是在低成型壓力下熱成型（或熱壓）。由于成型壓力低且材料流動(dòng)很少，因此工具上不需要剪切邊緣。

通過簡化零件和工具設(shè)計(jì)，快速制作了一套工具，使項(xiàng)目如設(shè)計(jì)技術(shù)執(zhí)行并降低成本。原型和早期預(yù)生產(chǎn)零件是在鋁制工具上成型的，但考慮到車輛的產(chǎn)量，通用汽車選擇P20鋼用于生產(chǎn)工具以延長使用壽命。LavalInternational（加拿大）生產(chǎn)了該工具。

最終部件設(shè)計(jì)

最終設(shè)計(jì)的部件有一個(gè)平坦的背部和兩個(gè)90度角凸緣，尺寸大致為187×142×161毫米，標(biāo)稱壁為4.0毫米。最佳估計(jì)是復(fù)合材料設(shè)計(jì)的重量比性能相當(dāng)?shù)慕饘僮o(hù)罩要低75%，成本也要低60%。盡管該項(xiàng)目進(jìn)展的速度很快，但小組一致認(rèn)為，過程和設(shè)計(jì)都如預(yù)期的那樣有效，新的防護(hù)罩通過了碰撞測試，為關(guān)鍵的安全系統(tǒng)提供了額外的保護(hù)。