隨著常規(guī)動力乘用車變得更加電子化并且需要更大的電池來運行車載系統(tǒng)，在嚴(yán)重碰撞期中保護電池變得更加困難。雖然電池周圍的結(jié)構(gòu)已經(jīng)具有高強度并且為正常碰撞提供了足夠的保護，但在嚴(yán)重碰撞時，保護結(jié)構(gòu)本身會變形并刺穿電池，使其無法工作。在這種情況下，就需要額外的電池保護，但最好不犧牲設(shè)計或其他安全功能，不會增加太多的重量或成本，并且在車輛使用壽命期間不會妨礙電池維修或更換。因此，開發(fā)了一個新的部件，稱為電池防撞擊保護罩，以在嚴(yán)重碰撞中保護較大的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)電池防撞保護罩

已經(jīng)很嚴(yán)苛的美國聯(lián)邦機動車輛安全標(biāo)準(zhǔn)（FMVSS）208目前要求汽車制造商在正面屏障測試中以30度偏移量進行測試。測試的撞擊器設(shè)計為完全錯過車架導(dǎo)軌，使得保險杠的一角在被推入發(fā)動機艙之前完全擊中。這次試驗?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.）加強電池托盤并開發(fā)電池碰撞防護罩，其目的是將碰撞載荷分散到更大的區(qū)域，這樣就可以保護電池在汽車前端被壓碎時不會被周圍的部件刺穿或短路。

這就為機載診斷系統(tǒng)提供了足夠的時間來檢測事故，并在電池停止工作前向第一反應(yīng)人員發(fā)送“離機(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挽救生命。這些防護罩被設(shè)計成可以放置在金屬電池托盤上，并圍繞最靠近發(fā)動機艙部件的電池部分進行纏繞，碰撞模擬已經(jīng)確認(rèn)，這些部件在嚴(yán)重碰撞時最有可能損壞電池。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罩上并將其固定在適合的位置，因此沒有NVH的問題。在維護或更換電池期間，只需拆下防撞護罩，然后再放回去。

研究2018款別克Enclave運動型汽車（suv）的團隊在開發(fā)周期的后期發(fā)現(xiàn)，用于保護卡車12伏電池的鋼制防護罩不能通過要求的碰撞測試。為了避免代價高昂的生產(chǎn)開始（SOP）延遲，通用汽車公司的先進材料和開發(fā)團隊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。

研究團隊評估了三種商品級的聚丙烯基質(zhì)的GMTex玻璃纖維織物增強復(fù)合材料，其具有來自QuadrantPlasticCompositesAG（QPC，三菱化學(xué)，瑞士Lenzburg的集團公司）。最終選擇用于電池護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。

電池防撞保護罩設(shè)計項目的負責(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重要的安全因素，這正是我們想要的?！?br/>
接下來，使用全尺寸零件驗證小規(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，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，團隊記錄的負載與之前的整車碰撞測試結(jié)果非常相似，這些測試驗證了概念和材料/工藝組合。

熱壓和切割

通用汽車和CSP團隊共同努力，進一步優(yōu)化了c型護罩的設(shè)計，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。每個模塑周期使用單個坯料以形成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上。當(dāng)加熱時，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)時間大約是一分鐘。無需對零件進行任何修改（通過阻燃劑或箔等方式），即可滿足FMVSS302可燃性要求。

這種GMT材料的一個有趣特征是，由于高玻璃負載和織物層，它具有有限的流動性。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，快速制作了一套工具，使項目如設(shè)計技術(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

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