汽车塑料燃油箱滑块碰撞试验系统研制

2023年11月23日发(作者：起亚4s店地址大全)

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内燃机与配件

汽车塑料燃油箱滑块碰撞试验系统研制

ResearchofSled-ImpactTestingSystemforPlasticFuelTank

孙皓SUNHao

（上汽大众汽车有限公司，上海201805）

（SAICVolkswagenAutomotiveCo.，Ltd.，Shanghai201805，China）

摘要院本文介绍了一种汽车塑料燃油箱滑块碰撞试验系统的设计方案遥该系统利用滑块势能和动能转换产生碰撞能量对被试燃

油箱进行碰撞冲击袁可以考核不同温度条件下的塑料燃油箱耐冲击强度遥

intokineticenergywhichcouldserveastheimpactenergyfortheplasticfueltank.Withthistestingsystemtheplasticfueltankcouldbe

testedunderdifferenttemperatures.

关键词院塑料燃油箱曰滑块碰撞试验

Keywords:plasticfueltank曰sled-impacttest

Abstract:Thispaperintroducesasled-impacttestingsystemforplasticfueltank.Thepotentialenergyofsledcouldbetransformed

0引言

在汽车工业发展初期，燃油箱大部分以金属材质制换而来，而燃油箱质量是一定的，那么滑块在撞击燃油箱

成。金属燃油箱存在重量大、易腐蚀、不耐冲击、使用寿命之前的碰撞速度必须得到精确控制。

短、工艺复杂等先天不足，并且在环保、安全性能等方面存

在诸多缺陷。相比较而言，塑料燃油箱具有重量轻、耐腐稳定运行，滑行阻力尽可能小，减少能量损失。

蚀、耐冲击、形状设计自由度大、燃油渗漏量小及使用寿命

长等优点。随着对汽车环保要求、油箱安全性能要求的逐燃油箱，必须设计防止二次碰撞机构。

步提高，以及新材料的不断出现和生产工艺的不断改进，

塑料燃油箱的使用越来越普及。燃油箱滑块碰撞试验系统主要由电气控制系统、碰撞

汽车发生碰撞事故时，燃油箱容易破损，造成燃油泄滑块、滑块牵引机构、卷扬机、滑块滑行轨道及框架、燃油

漏起火甚至爆炸。为了减轻汽车交通事故中因燃油箱损坏箱固定装置、测速装置和安全保护装置等部分组成。附属

和燃油泄漏造成的人员伤亡、车辆损坏和环境污染程度，设施包括温度箱和高速摄像机等。

有必要在设计研发环节及批量生产阶段对塑料燃油箱的

耐撞击性能通过试验手段进行验证。

本文介绍一种汽车塑料燃油箱滑块碰撞试验系统。该

系统采用电气、气动及机械控制相结合的控制模式，与已

往单纯机械控制的碰撞试验系统相比，具有模拟精度高、

响应迅速、启动可靠和操作简便等特点。

1系统设计

1.1基本原理

燃油箱滑块碰撞试验的基本原理是利用质量块以一

定的能量撞击油箱的薄弱部位（箱体正面以及加油管和

箱体焊接处等部位）。碰撞能量由质量块动能转化产生。

试验规范中规定的碰撞能量为在油箱前端一定距离处

（30毫米）实际测得的滑块动能。碰撞结束后，查看碰撞

部位是否有裂缝、焊接处是否脱开以及油箱内的液体试

验介质是否外泄，以确定油箱碰撞试验是否合格。碰撞试

验一般是在特定环境条件下完成，比如在高温、室温、低

温状态下进行碰撞试验，以考察油箱在各种使用温度下

的强度。

1.2设计准则

要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要

作者简介院孙皓（1975-），男，山东人，工学硕士，工程师，研究方

向为轿车整车和零部件强度。

淤由于作用在燃油箱上的碰撞能量是由滑块动能转

于滑块动能由滑块势能转换而来，要求滑块在导轨中

盂初次碰撞完成后，要防止弹回的滑块再次撞击被试

2系统组成

1碰撞滑块；2试验台框架和滑块导轨；3滑块牵引装置；

4燃油箱固定装置；5碰撞挡板；6混凝土地基.

图1燃油箱滑块碰撞试验台主体结构

2.1碰撞滑块

滑块质量设计范围为300至520千克。通过调整碰撞

速度产生3900至4300焦耳的碰撞能量。计算公式为：

2.2试验台框架和滑块导轨

框架和导轨为精密钢焊接结构。导轨部分采用可焊性

好的结构板组焊成型，焊接完成后进行校直、抛光和时效

InternalCombustionEngine&Parts

处理，降低滑车非线性阻力，避免偏摆和跳动现象出现，最的长度尺寸，除以该时间差即可计算得到滑块的运动速

大程度减少能量损失。导轨的内宽应根据燃油箱尺寸进行

设计，一般取1300毫米左右。导轨应覆盖碰撞滑块全段运

动轨迹。从档板前约3米处开始，滑块导向应为直线水平，

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度。可通过下面的公式计算出速度。

v=d/t

其中，v：滑块速度；

而且碰撞滑块重心水平方向延长线与固定好的燃油箱的

重心处于同一高度。燃油箱下方在两导轨之间应配备可移

动的不锈钢集液槽，以收集碰撞后可能泄漏的燃油箱充注

液体。

试验台框架主体和地面之间安装高密度减震橡胶板

进行隔振，以降低碰撞对试验室建筑物的冲击。如果条件

允许，试验设备安装固定在空气弹簧之上，减震抗冲击效

果更好。

2.3滑块牵引装置

滑块牵引机构采用直流伺服控制系统进行控制，实现

运行速度可调。牵引装置将滑块拉升至一定高度后，通过

控制操作滑块牵引机构的气动脱钩，使碰撞滑块与牵引机

构迅速彻底脱离后开始向下滑行。

2.4燃油箱固定装置和碰撞挡板

固定燃油箱用的木制靠模的内表面应与燃油箱充分

贴合，其内表面空间尺寸设计应以燃油箱贴合面三维空间

尺寸为依据。

燃油箱固定靠模应牢固安装在竖直碰撞挡板上。碰

撞挡板应与设备框架和混凝土地基牢靠固定。为确保滑

块冲击能量尽可能多地作用在被试燃油箱上，碰撞挡板

吸收的塑性和弹性变形能量不得超过总碰撞能量的

1.2%。碰撞挡板吸收能量的多少是设备验收的一项重要

考核指标。

2.5电气系统

电气系统由计算机系统、控制系统、测量系统和安全

保护装置组成。控制系统主要功能是控制滑块提升速度和

到达终点后的精确定位，还包括防止二次碰撞的滑块阻挡

控制。测量系统用于测量滑块碰撞前的速度和滑块下滑触

发前的高度。

2.5.1计算机系统

通过运行安装在工控机内的设备运行程序，可以设定

滑块高度，操纵滑块提升并控制滑块脱离牵引装置。软件

界面可以实时显示滑块高度、碰撞前速度等试验参数。

2.5.2控制系统

控制系统包括电机转速控制单元、防止二次碰撞机

构的气缸驱动电控部分以及其它电气控制离合装置。电

机转速控制采用可程序控制的直流伺服控制系统进行，

可以按照试验要求设置滑块各提升段的运行速度。其它

控制指令由计算机系统发出，保证试验过程的准确性和

一致性。为了确保试验过程安全可控，设备应具备急停控

制功能。

2.5.3测速系统

测速系统的工作原理是，首先测出与碰撞滑块固定在

一起的测速棒经过光栅时产生的两个触发信号之间的时

间差，然后用测速棒的直径，也就是测速棒垂直切割光栅

d：测速棒直径；

t：测速棒经过光栅的时间。

2.5.4高度测量系统

高度测量原理是利用光删角位移传感器测量电机的

转角，然后通过角度换算出线距离，从而得到位移高度。但

在实际测量过程中，存在一些影响测量精度的因素。比如，

环境温度影响、钢丝绳弹性伸长量影响、绕线轴缠绕位置

影响和缠绕松紧度的影响。为了减小上述影响，在高度约

1米处利用光电开关设置一个基准点，当滑块被提升到此

位置时，触发测量电路，以此处为基准点校正测量偏差。当

滑块接近最终位置时，将滑块的提升速度调整为最低，以

确保滑块准确地停在设定高度。

2.6温度箱

对于塑料材质的燃油箱，其耐碰撞强度受温度影响较

大。因此，需要针对在不同温度条件下存放的燃油箱进行

碰撞试验。温度箱温度范围设计为-40益~+70益。

2.7高速摄像机

为了记录并回看燃油箱的整个碰撞过程，特别是碰撞

点和附近区域在碰撞过程中的变形情况及开裂过程进展，

有必要使用高速摄像机对碰撞过程进行摄像记录。可以选

用摄像性能高于10000帧/秒的高速摄像机。

3总结

本文介绍的燃油箱滑块碰撞试验系统，已成功运用于

多款塑料燃油箱的开发与认可试验。其具有原理简单、结

构紧凑、操作方便、控制精度高、设备造价低等优点。

确与否直接影响到试验结果的可信度。本试验系统对碰撞

淤碰撞能量是碰撞试验的一个重要参数，碰撞能量精

挡板采用了独特的设计和安装方式，确保了碰撞过程中的

能量损失尽可能低。同时，本系统采用数字显示滑块高度，

利用高精度测速仪测量滑块在碰撞前的速度，二者的结合

确保了碰撞能量的准确度。

术，有效地防止滑块和油箱碰撞后的二次碰撞。另外，本系

于对滑块行程采用了气动和电气两种方式的控制技

统采用气动和电气控制技术实现的滑块挂钩脱离技术相

对以往类似试验系统而言，是一种创新和突破。这种挂钩

脱离技术简便，易于控制而且脱离彻底。

已往的单纯机械控制的碰撞试验系统相比，具有响应迅

盂采用电气、气动及机械控制相结合的控制模式，与

速、启动可靠、操作简便、试验与实际使用情况更加吻合等

优点。

参考文献院

技创新与应用，2014（26）.

[1]殷小美，高海建.浅谈汽车塑料燃油箱的结构与特性[J].科

的应用[J].汽车与配件，2010（01）.

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