电动汽车底部电池包碰撞安全和典型工况研究

<正>随着新能源汽车的蓬勃发展,带来了机遇也带来了挑战,各品牌的电动汽车起火事故接连发生。车辆的行驶过程中,存在着各种不可估测的路面异物对底部电池包进行挤压或刮蹭而导致电池包受损,甚至发生爆炸,极大地威胁了乘员安全。笔者通过收集和回顾公开报道的电动汽车底部碰撞事故实例相关数据,总结了常见的电池包底部碰撞工况,简化提取出道路异物典型特征,由此设计出对应的壁障模型,给日后相关的碰撞测试提供合理的测试实践方法和理论。笔者简述了市场上颇受欢迎的锂电池使用安全优越性和未来需要丰富考量的方向,通过查阅大量事实数据,结合电动汽车动力电池变形失效机理,实验分析出电池包碰撞变形速度容限。     

中国体征3岁儿童乘员损伤仿生模型在C-NCAP正面碰撞测试仿真中的应用EI北大核心CSCD

本文中应用已验证的具有详细解剖学结构特征的中国3岁儿童乘员图斯特损伤仿生模型(TUST IBMs3YO-O),参照C-NCAP(2021年版)两种正面碰撞乘员保护动态试验,建立仿真模型。通过分析3岁儿童乘员在不同工况下的头部、颈部、胸部的运动学和生物力学响应,研究正面碰撞测评试验中3岁儿童乘员的损伤机理和不同工况下损伤的差异。结果表明:在运动学响应方面,与正面100%重叠刚性壁障(FRB)碰撞试验相比,3岁儿童乘员在正面50%重叠移动渐进变形壁障(MPDB)碰撞试验中损伤风险更大,且远离碰撞侧的儿童损伤更严重;在生物力学响应方面,FRB碰撞中,3岁儿童乘员头部下颌与胸部接触可能出现轻微脑震荡。MPDB碰撞中,儿童出现向左的横向运动,头部下颌与右侧胸部接触,导致生物力学响应峰值较大,可能出现轻微脑震荡、肋骨骨折、肺部挫伤等损伤。     

MPDB工况下碰撞兼容性的基本问题与车体设计原则

2021版中国新车评价规程(C-NCAP)首次引入了正面50％重叠可渐近变形移动壁障碰撞工况(MPDB)用于评价车辆的碰撞兼容性.为了提高试验车在MPDB工况中的碰撞兼容性表现,得到影响碰撞兼容性的关键车体结构和基本的结构设计原则,应用对碰理论分析MPDB工况的2个基本物理问题——壁障与车体的吸能关系和运动变形关系.基...     

正碰和偏置试验中的Q3损伤对比研究

针对目前儿童乘员保护不足的问题,本文在某款C级轿车上采用50km/h的正面100%重叠刚性壁障碰撞试验(简称正碰试验)和64km/h的正面40%重叠可变形壁障偏置碰撞试验(简称偏置试验)对比分析Q3儿童的损伤情况。依据C-NCAP 2021版评价规程对2个试验工况中Q3儿童进行评价。2种工况,儿童假人体现的损伤情况均严重。正碰试验中头部、颈部和胸部压缩量的损伤值更大。对胸部累积3ms合成加速度而言,偏置试验得分很低,损伤更大。目前,5点式儿童安全带起不到很好的缓冲吸能的保护效果。车辆开发商可以设计能更好保护儿童乘员的约束系统。     

一种应对MPDB工况碰撞相容性的车辆前端设计研究

Euro NCAP(New Car Assessment Program,欧盟新车评价规程)在2020年加入正面MPDB(Mobile Progressive Deformable Barrier,正面可变移动壁障)碰撞工况,并加入碰撞相容性评价。对MPDB碰撞工况及碰撞相容性评价规程进行了简要介绍,识别出现有某车型在MPDB工况试验后碰撞相容性的典型问题;对一种应对MPDB工况碰撞相容性同时兼顾其他典型碰撞工况的车辆前端优化设计思路与过程进行介绍说明,为其他需满足相应评价规程要求的车型提供了设计参考。     

基于OLC拐点的车体结构较优设计

基于OLC理论,研究了正面碰撞中车体结构设计与乘员损伤的关联性.基于56 km/h正面刚性壁障(Frontal Rigid Barrier,FRB)碰撞工况,通过二阶波简化得到一阶加速度a1、二阶加速度a2、动态位移D三个车体结构设计指标.分析了不同车体结构设计指标与OLC的关系,发现在D不变的情况下,当a1≤215....     

基于电池保护的侧面柱碰工况下车身结构优化

纯电动车型在发生碰撞时需要考虑对电池的保护,侧面柱碰工况由于柱子接触面远小于壁障,对电池的保护难度远大于前碰和后碰。文章通过研究,制定了柱碰工况下对电池保护的量化指标,识别出半填充挤压铝门槛、“圆管式”四号梁和承载力电池包的方案概念,通过提升管子厚度和曲率,优化挤压铝壁厚和加强筋位置,提高了车身侧面结构整体强度,降低侵入量,提升电池包的安全性能。     

随机振动与冲击条件下电动车电池包结构响应分析

为提高电动汽车电池包结构安全性和电连接可靠性,更好地预判和分析电池包结构损伤和电接触可靠性,建立了电池包精细化模型,通过电池包模态试验验证了模型的有效性;从应力值和加速度两个方面分析了电池包在稳态随机振动和瞬态冲击下的结构损伤和电接触可靠性。结果表明,电池包整体模态对触点的动态响应影响很大;同一振动工况下不同位置触点的应力和加速度都很不均匀;冲击工况产生的交变应力比稳态工况对电池包造成的结构伤害和对内部电触点可靠性的影响都更大。分析结果可为电池包安全性设计、接触保护设计和疲劳寿命预测等提供参考。     

基于AEMDB的侧面碰撞试验参数研究

为了新版中国新车评价规程(C-NCAP)能够有效地辨识车辆被动安全性能,通过对中国现有车辆前端外观参数的统计分析,确定影响车辆侧面碰撞安全性能的主要参数,并提出代表中国车辆特性的"平均"车型,在此基础上提出符合中国工况的移动壁障参数。将该新型移动壁障与2015版C-NCAP和2015版欧洲新车评价规程(Euro-NCAP)所采用的移动壁障参数进行对比分析,并采用3种类型移动壁障进行3次针对同一车型的实车侧面碰撞试验,提出了符合中国实际工况的侧面碰撞试验评价方法。结果表明:不同移动壁障参数对车辆侧面车门侵入量、车门侵入速度和假人损伤都有较大影响;移动壁障质量越大、蜂窝铝保险杠下沿离地高度越高、车门的侵入量越大,车门侵入速度也越高;对于乘员损伤来说,新型移动壁障和2015版Euro-NCAP用壁障试验结果对假人损伤时刻比2015版C-NCAP用壁障结果时刻要提前,且新型壁障峰值更大;研究结果对推动中国汽车被动安全发展和车辆侧面安全防护提升具有重要意义。     

C-NCAP的3种试验形式

目前C-NCAP共有3种试验形式,分别为正面100%重叠刚性壁障碰撞试验、可变形移动壁障侧面碰撞试验和正面40%重叠可变形壁障碰撞试验。这3项试验形式是参考国外NCAP的先进经验及我国道路的实际情况和总体汽车安全水平制定的。两年来的实施情况说明．它是适合我国现阶段国情的。     

电动汽车动力电池碰撞安全设计方法研究

文章结合国内外汽车法规及新车评价规程,研究了不同碰撞工况对某款电动汽车动力电池的损伤影响。研究发现,在侧面斜柱碰工况下,电池模组容易受到挤压,动力电池系统发生短路、漏液及起火的风险较大;同时,通过对某款电动汽车在斜柱碰工况下电安全防护设计的研究,提出一种基于电池模组损伤容限的动力电池防护设计方法,该方法有利于车辆的轻量化开发,可降低电动汽车能耗及整车物料成本。     

纯电动汽车动力电池性能测试方法研究

针对电动汽车核心部分动力电池组,建立相关的动力电池性能测试方法,通过此测试方法可获得汽车在实际运行工况下动力电池的真实性能状态,提高对动力电池性能参数的检测精度,为以后建立完整的电动汽车性能测试提供一定的参考依据。     

智能汽车自动紧急转向避撞的跟踪控制方法对比研究

为了提高智能汽车的主动安全性,提出3种不同的自动紧急转向避撞跟踪控制方法。首先建立汽车避撞简化模型,对制动、转向及两者相结合的3种不同避撞方式进行对比分析。其次,为深入研究汽车避撞过程中的实际响应,建立包含转向、制动及悬架3个子系统耦合特性的底盘18自由度统一动力学模型,并进行相关试验验证。随后构建智能汽车自动紧急转向避撞控制框架,对五次多项式参考路径和七次多项式参考路径的横摆角速度和横摆角加速度进行对比分析。接着以线性2自由度转向动力学模型为参考对象,对最优控制四轮转向、最优控制前轮转向、前馈与反馈控制相结合的前轮转向3种不同的跟踪控制系统分别进行设计。最后,以汽车底盘18自由度统一动力学模型为研究对象,对上述3种避撞控制系统进行仿真试验对比分析。研究结果表明：与制动避撞相比而言,转向避撞所需的纵向距离有较大降低,随着车速的增加和路面附着系数的越低,效果越明显;七次多项式参考路径比五次多项式参考路径的避撞过渡过程更为平缓,当实际车速与控制器所用车速不一致时,前者避撞性能表现更优;最优四轮转向控制系统在高、低2种不同附着路面都具有较好的避撞效果,最优前轮转向控制系统次之,而前馈与反馈相结合的前轮转向控制系统在低附着路面上则表现出严重的失稳。     

基于ADVISOR的电动汽车动力性能仿真分析

在某微型燃油汽车底盘基础上,设计以铅酸蓄电池组和无刷直流电动机驱动的电动汽车动力系统。利用ADVISOR仿真软件,建立蓄电池、电动机及驱动系统和整车仿真模型。经过对该车整车动力性能仿真分析,表明该车动力系统设计方案是实用、可行的。     

新型碰撞吸能机构的设计及仿真研究

针对汽车碰撞中乘员的安全性，对原来汽车车架前纵梁（即碰撞吸能区）进行了改进，设计出一种新型可拆装式汽车用安全碰撞吸能机构．利用模拟仿真ANSYS／LS—DYNA软件对其进行了建模和仿真．结果表明该结构在碰撞时产生合理的塑性变形，能达到有效吸收能量的目的。     

电动汽车电池非线性等效电路模型的研究

服务于电动汽车系统仿真,提出一种非线性等效电路电池模型,模型考虑SOC、温度对电池特性的非线性影响。设计了系统的模型参数辨识实验及数据处理方法,使用S imu link建立了以电流为输入和以功率为输入的镍氢电池组模型。通过1 372 s的FUDS实验验证,两个模型最大电压误差分别为电池组额定电压的1.02%和1.39%,精度满足电动汽车系统仿真要求。     

基于前车轨迹预测的高速智能车运动规划

针对现有运动规划算法大多只考虑障碍车当前状态,本文中提出一种基于前车运动轨迹预测的高速车辆运动规划算法。首先,融合考虑驾驶意图与基于车辆运动模型的方法对前车轨迹进行预测;然后,采用贝塞尔曲线(Bezier)规划主车运动轨迹,结合避撞过程中与前车碰撞风险概率,高速避撞车辆速度变化特点以及车辆运动稳定性等因素建立目标函数,并考虑车辆动力学与运动学约束,使用序列二次规划(SQP)方法对Bezier曲线的控制点和主车运动目标点位置进行优化求解,得到最优避撞运动轨迹;最后,以前车直行和换道两种工况为例,对主车的避撞运动轨迹进行规划,分析不同工况下主车避撞过程中的运动状态变化以及与前车碰撞风险概率变化。结果表明,所提出的运动规划算法能够保证车辆的避撞安全性与运动稳定性。     

轻量化系数2.0级车身关键设计及制造技术

汽车的轻量化有着巨大的经济、社会及环境效益,车身轻量化是其中的重要组成部分。新能源汽车需要搭载大容量动力电池以增加续驶里程,电池的安全性也十分重要,要求车身在保证车内乘员和电池安全性的同时提供尽量大的电池包安装空间,又要兼顾轻量化,这些目标给车身设计开发带来了诸多挑战。以一款电动轿跑车为例,介绍了一些关键的轻量化设计和制造技术,实现了C-NCAP五星和C-IASI优秀的碰撞安全性,以及轻量化系数2.03的行业领先水平。     

基于MATLAB电动汽车仿真研究

针对目前电动汽车领域大量使用ADVISOR、CRUISE等专业性能仿真工具进行前期设计的再现状的分析,描述了一种独立于MATLAB／SIMULINK模块,完全依托MATLAB编程语言所构建的纯电动汽车数学模型以及各个子模块模型,解决了传统设计人员不能与专业仿真软件中各模块底层代码交互的问题。这里以某纯电动轻型商用车为例,构建其蓄电池模型并仿真出其恒电流、恒功率放电曲线以及整车加速性能曲线和在SFUDS车辆运行工况下的续驶里程。     

电动汽车锂电池管理系统故障诊断研究

探讨了电池管理系统故障诊断系统设计。从锂离子动力蓄电池管理电池系统预先危险性分析结果着手，研发了电池管理系统高压安全及诊断系统，并研究了故障诊断策略和软件开发。通过验证发现设计的诊断系统符合锂离子动力蓄电池的特性，并能够很好地满足各类电动汽车车载状况下静态和动态高压电安全诊断和控制的需要。