观看视频，了解更多精彩内容
Docol EV设计概念向我们展示了如何以经济有效的方式提高电动汽车的安全性、减轻重量和提升空间利用率，并通过对AHSS钢制成的车身进行几何形状优化，从而获得最重要的载荷路径。Docol EV概念目前包括以下创新思路：
- 电动汽车的电池外壳由先进高强度钢制成，采用三维辊压成型工艺。
- 优化底板横梁，以最大程度地减少对电动汽车电池包的碰撞侵入。
- 同时优化电动汽车车体门槛（门槛板）的能量吸收梁。
采用三维辊压成型的型面轮廓以降低电池包外壳的高度
图1：电池包外壳的这部分原型采用Docol EV设计概念中的关键理念：能量吸收门槛梁（图中所示为侧面柱碰测试后的能量吸收门槛梁）；能量传递地板横梁；以及三维辊压成型的电池包承载结构（见下图2）。侧面柱碰测试要求电池包免受碰撞侵入。规格为1742×1320×120mm的电池包外壳的重量轻至75kg。
图2：Docol EV电池包外壳设计概念的模型拆分图。
图3：乘客舱下面的蓝色边梁是电池包外壳的底部“网格”结构——是由三维辊压成型的Docol 1700M马氏体钢制成的梁框结构。X轴向与Y轴向上的型面轮廓相同，但将其上下倒置可使网格的高度减半。
图4：来自瑞典Borlänge的Ortic AB公司的三维辊压成型技术及照片。www.ortic.se
底部的承载结构采用三维辊压成型的型面轮廓，呈网格状，是Docol EV电池包外壳设计概念中一个非常独特的组件。网格在外壳的底板和电池包托盘之间保持一定的距离，确保电池包免受来自Z轴向（即来自汽车底部）的撞击，得到充分的保护。
如果采用二维辊压成型的型面轮廓，垂直放置到相似的二维型面轮廓形成网格状，梁框的高度就会增加一倍。这个问题可以使用三维辊压成型技术来解决。三维辊压成型机的辊轮在进行钢板成型时可以沿所有方向移动。因此制造出的型面轮廓可以部分为恒定截面，而另一部分为可变截面，如图3所示。然后，一个型面轮廓可垂直放置到相同的型面轮廓上（即上下颠倒放置），而Z轴向的高度不会加倍。
由于凹槽沿着每一根边梁的长度方向贯穿始终，因此X轴和Y轴上的载荷路径是连续的，因此是最坚固的。三维辊压成型的生产极其灵活，这意味着可以利用三维辊压成型机软件改变负载结构每根横梁之间的距离。三维辊压成型具有成本效益高、灵活性强的优点，此外，还可以提高材料的利用率。
电池包外壳的托盘由低碳钢制成，将其制成完全垂直的（90°）侧壁，从而优化电池空间。此外，托盘还可以防止电池在碰撞时和碰撞后泄漏到环境中。
电池包托盘周围的框架结构，可提供抗冲击保护以及加固作用。该框架的异型截面边框由Docol马氏体1700Mpa材料采用传统的二维辊压成型工艺制成，四个边框之间用成本效益高的压铸件连接四个拐角。
设计一种用于电动汽车的门槛吸能结构的超高强度钢梁
图5：侧面柱碰测试模拟：碰撞柱侵入门槛结构，其Docol CR 1700M边梁必须证明其吸收能量的效果。
图 6：九种用于电动汽车门槛结构的Docol 1700M不同型面轮廓的力与位移的关系曲线图。点击此处查看本次测试的门槛梁型面轮廓，包括性能最佳的型面轮廓，请联系 Docol。
与配备内燃机的汽车不同，电动汽车必须通过门槛吸收更多的能量。为什么呢？原因有三点：1）电动汽车电池的重量使整车变重，2）电动汽车更坚硬的下车身，3）不允许任何外物侵入电动汽车电池包。门槛结构采用挤压铝，被视为一种吸收能量的有效方式，但是价格却很昂贵。
为了与挤压铝门槛梁的性能相匹配，SSAB对Docol CR 1700M钢制成的辊压成型门槛梁进行了模拟测试。该挤压铝合金为EN AW-6082 T6，外壁厚度为4.5mm，连接筋厚度为3mm。
辊压成型的门槛梁设计有很多方案，图6中的结果只显示了一些典型的设计。SSAB已经对许多门槛梁的型面轮廓进行了模拟，但在此处没有展示。
每种设计的型面轮廓的壁厚都是不同的，保证Docol 1700M门槛梁的重量与6082 T6铝制的门槛梁重量相同。
力与位移关系的模拟结果表明，先进高强度钢的横截面必须拥有连接筋才能有效运作。因此，所有这些型面轮廓都有连接筋。为了降低制造成本和复杂度，许多模拟都是采用方形管焊接而成。
焊接方形管的方法显示可行，但其焊接连接筋的厚度加倍。而且，根据模拟试验，型面轮廓外壳的厚度比连接筋的厚度更重要。
SSAB选定的型面轮廓，即单壁加强筋，可以获得更厚的外壁。并且在两种材料的重量相同的情况下，其碰撞性能与铝制边梁相似。
用 Docol 1700M 先进高强度钢制成的吸收能量的门槛梁是否能承受碰撞变形而不产生裂纹？Docol最初的样件测试显示，它可以实现这一目标。然而，所有这些方形管的型面轮廓都需要某种类型的焊接，SSAB需要进行更多的测试，从而确定焊接接头是否具有足够的延展性来应对变形而不产生裂纹。
设计先进高强度钢地板横梁以实现高效的碰撞载荷转移
图7：左图：通过地板横梁的侧面碰撞传力路径。右图：横梁优化。
图8：模拟Docol CR 1700M横梁的受力位移曲线。标记的数据是横梁的半径（单位为mm）与壁厚的倍数。了解有关本次测试的横梁的型面轮廓，包括性能最佳的型面轮廓，请联系Docol。
侧面碰撞时，保护电动汽车电池包不被侵入的最有效方法是，确保乘客舱地板的横梁不变形。横梁必须坚固且完全不变形，相反，它们应将侧面碰撞力从汽车的一侧传递到其另一侧（见图7）。
为了获得最佳的碰撞性能/重量/成本，横梁必须采用由先进高强度钢制成的薄钢板。当钢板进行压缩时，可能带来了挑战。
SSAB对不同型面轮廓的横梁（全部是由Docol CR 1700M制成的）进行了模拟，其性能差异巨大。我们从正方形型面轮廓开始，面临的一个问题是半径应该有多大。加工硬化面积适中且覆盖范围更广的大半径型面轮廓是否比加工硬化更高但非常局部化的小半径型面轮廓要更好？下图8的模拟结果显示，15xt【半径（单位为mm）与横梁外壁厚度的倍数】比1xt的性能更为出色。经过调整由Docol 1700M制成的横梁厚度，不同横梁的型面轮廓的整体重量相同。
先进高强度钢具有很高的屈服点，因此，对于在压缩状态下工作的宽段和薄型零件，必须考虑到一种被称为“局部失稳”的现象。预防局部失稳的一种方法是通过增加凹槽使型面轮廓的宽段“变窄”并提高材料的有效率。
根据图8表明：1) 大半径比小半径更好；2) 凹槽通过消除局部失稳有重大作用——它们为力的传递提供了更多的弧度。值得注意的是，具有一个或多个凹槽的型面轮廓，其表面积实际上更大，为了保持相同的总重量，必须使用更薄的Docol 1700M。
模拟结果表明，横梁经过优化后，可以在方形的型面轮廓基础上使碰撞载荷传递性能提高一倍以上。对于这种横梁应用而言，至关重要的是峰值负载，而不是能量吸收。如果发生碰撞，横梁受力不得超出峰值负载。
Docol EV设计概念的下一步是什么？
我们希望从主机厂切身利益出发，推动它们在纯电动汽车的关键部件采用先进高强度钢，在实现轻量化时，可与价格昂贵的铝合金或其他高二氧化碳排放材料相媲美。
此外，我们还希望主机厂商能够提高先进高强度钢的材料利用效率，从而为他们节省更多的成本。我们将为汽车设计师提供先进高强度钢的模拟，例如侧面柱碰模拟，以展示如何提高关键安全组件的性能，正如上文所述使地板横梁的性能加倍。
最后，我们想展示先进高强度钢的创新设计和生产方法，例如用于提高电动汽车电池外壳空间效率的三维辊压成型。利用三维辊压成型工艺生产的先进高强度钢边梁组成网格结构，可用于对空间布置要求非常严苛的环境，这样的创新技术将真正为设计人员，提供致力于实现最大轴向载荷（包括横向和纵向）的思路。
您是否想利用先进高强度钢来解决纯电动汽车的设计挑战？请随时联系我们，为您的新项目提前做好准备！
