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新能源车辆碰撞安全开发策略

2019-05-22 22:26:32·  来源：车辆碰撞安全  作者：木秀于林  
　
新能源车辆越来越成为市场主流，尤其是纯电动车，因此新能源车辆的碰撞安全也是现在车辆研发的重点。本文从总体上来讲讲新能源车辆的碰撞安全与传统车辆的差异及
新能源车辆越来越成为市场主流，尤其是纯电动车，因此新能源车辆的碰撞安全也是现在车辆研发的重点。本文从总体上来讲讲新能源车辆的碰撞安全与传统车辆的差异及碰撞安全策略。

1、车身结构架构

我们都知道传统的燃油车辆，动力系统，即动力总成都是布置在前舱，在碰撞中，动力总成被视作刚体，对碰撞安全没有什么较大的不利因素，而新能源的纯电动车就不同，动力电池包不能放在前舱，一方面，电池包重量较大，一般在400~800kg，另一方面电池包受到巨大撞击会起火甚至爆炸，因此在碰撞中电池包尽量布置在不受到直接撞击，变形不能太大的地方。

国外有团队通过8612辆事故车辆，通过测量车辆的变形情况，进行加权统计，得出车身变形区域概率图。

图一 事故中车身变形概率分布

通过统计，在车辆乘员舱下部遭受的碰撞变形概率最小，因此在这个区域布置电池包是最安全的，所以现在新能源车辆的电池包基本按照这种原理来布置。

所以车身结构的总体布局一般有两种，一种是基于传统的车型平台开发新能源车辆，车身结构方面，基本沿用传统车型平台的架构，乘员舱底部进行必要的改动，便于布置电池包，一般是底板纵梁进行避让。

图二 传统车型平台方案

这种结构的优点可以大量沿用平台零部件，缺点对碰撞安全不利，原有的碰撞安全载荷传递路径被破坏了。

另一种就是以特斯拉为主的新能源车型的车身结构方案，采用全铝车身与高强度硼钢强化结构，保证乘员舱有足够的强度，既保证了乘员的安全，也保证的电池包的安全。

图三 特斯拉车身结构方案

这种全新的结构形式可以最大化电池包的布置，电池包横向占比能达到75%以上，同时也可以平衡电池包带来车身重量的增加。

总体来看，新能源整车布置最显著的特点是前舱布置重量减小了不少，而乘员舱下部增加了较大的重量—电池包，这样导致整车的重心后移，前碰中对前舱结构和乘员舱结构提出了更高的要求。侧面对门槛结构也有更高的要求。

2、整车脉冲

无论采用哪种车身架构方案，新能源车的整车重量会有较大的增加，但新能源的重量增加并不会导致加速度的提高，通过实车进行碰撞试验证实，同平台的新能源车辆，整车脉冲会较低，通过对市面上以及在研的新能源车辆调查，整车脉冲都相对较低，峰值一般能低于40g，有的可以低于30g。这是为什么呢。

大家知道，车身加速度主要靠车身主要结构的强度，比如，纵梁、Kickdown、门槛等。根据牛顿定律

F = m*a

F可以看着结构的截面力合力

m可以看着整车质量

a为整车加速度

对于特定的车身结构，截面力基本不变，但由于是新能源车辆，因此整车重量m增加了不少，通过牛顿公式，整车加速度a将会降低。

因此一般来说，在前碰工况中，新能源的整车脉冲相对较低。

3、碰撞侵入量

前碰中，新能源车辆整车脉冲对乘员伤害相对较低，而乘员舱侵入可能加大对乘员伤害。对于传统燃油车辆，动力总成布置在乘员舱之前，而新能源重心后移，电池包布置在乘员舱下面，附在乘员舱上，与乘员舱形成一体。

可以举个形象的例子，一个人抱着一个质量块撞向一堵墙，与他背着同样质量块同样速度撞向一堵墙，哪种情况下人受到伤害大呢？很明显是后者。乘员舱就像上面例子中的人一样，当前舱重量后移至乘员舱时，碰撞中，巨大的乘员舱惯性力施加在前面的结构上，使结构产生巨头变形和对乘员舱的侵入。

所以新能源车辆在碰撞中关键是保持乘员舱的结构完整性。从NHTSA官方的碰撞照片和视频看，无论是特斯拉还是Leaf，在碰撞后，乘员舱都能保持很好的完整性。

4、电池包防护

对于新能源车辆碰撞安全另一个最重要的因素是电池包的防护。特斯拉的Model S曾经因为碰撞起火，市值蒸发23亿美元。电池包的安全越来越引起重视。

在NCAP碰撞工况中，电池包会被撞击，发生变形，例如侧面柱碰，还有电池包承受巨大加速度冲击，例如前碰，有时加速度达到60g以上，外部看电池包没有损坏，但内部有时会遭受损坏，时间长了会起火爆炸。

为了应对NCAP工况，要加强车身结构，对于前碰，重点加强纵梁后段，Kickdown，防火墙的强度，疏导碰撞载荷的传递，确保碰撞中前底板不变形或只有轻微变形。

对于侧碰，增加门槛的强度，尽量布置底板纵梁，加强门槛梁到底板纵梁间的横向载荷传递。例如BMW i3的门槛蜂窝吸能结构。

图四 BMW i3门槛蜂窝吸能结构

而在实际使用中，电池包起火很多原因是电池包遭受碎石或突出物冲击。特斯拉在遭受着火事件后，除了增加底盘的防火同时，也在电池包前面增加防护横梁，用于碾压路面碎石或突出物，在实际使用中获得很好的效果。

图五 特斯拉电池包防护横梁

5、碰撞安全策略

综上所述，新能源车基于其结构的特殊性，碰撞安全策略重点在以下两个方面：

一方面，要加强乘员舱的防护，试想一下，如果一个人穿了坚硬的铠甲，无论他抱着质量块还是背着质量块撞向一堵墙，对人的伤害基本是一样的，所以新能源车辆只要做好乘员舱的防护，加强和优化乘员舱的结构强度，在整车脉冲一般较低的情况下一般会获得较好的乘员保护性能。

另一方面，重点加强电池包的防护，既要考虑NCAP工况，也要考虑实际使用工况，可以参考特斯拉的纵向和横向电池包防护技术。
 
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