汽车碰撞中高压线束挤压失效及保护措施

新能源汽车的数量日益增多,其在碰撞工况中的高压电路安全受到越来越多的关注。针对新能源汽车在碰撞安全性能开发中,如何评价高压线束的绝缘失效以及确定其保护措施这一问题,文章提出一种针对高压线束挤压工况的子系统试验方法,该方法可有效测定高压线束,以及其常用保护措施在不同挤压工况中所能承受的绝缘失效极限载荷。同时,设计直径为30 mm、60 mm以及120 mm三种尺寸的冲击头,以选取50 mm²的高压线束为例,通过该方法获取其绝缘失效极限载荷,为碰撞工况中高压线束的设计保护提供依据和指导。     

汽车碰撞安全与轻量化研发中的若干挑战性课题

汽车结构与动力电池的碰撞安全性是开发轻量化、电动化汽车的强制性要求和关键基础性支撑技术。通过3个方面的10个典型课题及研究结果,介绍并综述了汽车碰撞安全性研发的技术挑战。第一,采用夹层式汽车前舱罩盖技术,提升罩盖结构力学特性的横向均匀性以及冲击响应历程的均匀性,满足汽车吸能位移限定下的行人头部碰撞响应控制;采用精细人体有限元模型解析复杂工况下行人下肢损伤机理和影响参数,基于人体组织损伤层面的虚拟评估改进汽车结构的人体碰撞保护设计;面向复杂道路交通事故工况和多样化人体特征,解决强非线性条件下的自适应乘员智能保护系统优化设计难题,通过在时间和空间上对乘员约束载荷的均衡化实现针对工况可调的碰撞保护。第二,揭示材料冲击测试中系统共振导致信号振荡和材料屈服放大振荡的机理,开发抑制信号振荡的轻质动态力传感器;精细表征材料在碰撞载荷和复杂应力状态下的力学行为,针对高强钢、塑料、胶粘和焊点等轻质高强材料及复合连接接头建立大变形失效断裂预报方法及仿真模型。第三,基于动力电池多工况挤压试验,建立电池在外载荷作用下的材料失效、电压陡降与温度上升的响应特征关联性,提出用力学响应特征预测电池内部损伤起始和短路发生的判据,解决电池在机械滥用载荷下的短路预测问题,建立能准确预测电池变形响应的数值模型及碰撞安全评估方法,并应用于电池包和电动车的轻量化与碰撞安全性设计。     

锂离子动力电池模组碰撞失效行为试验研究

随着新能源汽车的快速发展和普及推广,锂离子动力电池的安全性问题日益突出。文章基于电池系统国标检测项目和典型汽车碰撞工况,设计了锂离子电池模组在不同加载速度和不同方向下的挤压试验,分析了锂离子电池模组的复杂力-电特性和失效行为。结果表明:电池模组在低速和高速挤压试验过程中均出现内短路和热失控现象,高SOC电池模组相比于低SOC模组在发生热失控后更容易起火燃烧。高速冲击工况下电池模组发生内短路时的侵入量比低速工况时小,说明电池模组的损伤容限随着加载速度的提高而降低。电池模组在碰撞工况下的力学特性及安全性具有典型的方向性。电池模组X方向的抗冲击能力相比Y向和Z向更强,但因电池单体堆叠热量积聚使得模组热失控更严重。研究结果为模组耐撞性能提升和整车电池碰撞防护设计提供了重要参考依据。     

汽车用导线现状及发展前景

线束组成了一辆汽车的神经网络,也是汽车行业在未来实现新四化目标的一个重要载体。同时导线作为线束最重要的一个组成部分,导线的现状和发展也可以一定程度上反映出线束或者汽车的整体发展形势。本文从传统单芯导线绝缘层及导体两个方面对导线现状进行分析,对超细导线的发展现状及其可替代性进行阐述。同时结合汽车当前的发展形势对高压线、铝导线及车载以太网线束的应用及发展做简单分析。     

基于梁单元简化模型的锂电池组碰撞安全临界条件的判定

针对现有电池单体有限元模型单元数量多、计算速度慢、在整车碰撞分析难以应用的问题，提出一种采用梁单元，反映电池单体壳体的压溃和弯曲特性的有限元模型。通过对比电池单体的轴向压溃、径向挤压和压痕试验结果，验证了建立的电池单体简化模型的有效性。应用该简化模型进行了6×4电池组撞击刚性墙和刚性墙撞击电池组两种工况的仿真，并根据电池单体短路失效临界应变，确定电池发生短路失效的临界撞击速度和撞击质量。结果表明，在电池组撞击刚性墙工况中，撞击速度为245 km/h时，靠近刚性墙第2和第3层电池单体最先失效；而在刚性墙撞击电池组工况中，撞击质量为16.06 kg时，最先失效的电池单体位于靠近刚性墙的第2层。因此，应依据不同的工况来确定电池组内首先失效单体的位置。     

基于有限元的高压线束温升特性仿真研究

为实现对高压线束温升特性的有限元分析，建立高压线束温升仿真等效模型并对相关仿真参数进行计算。分别在25℃和45℃工况下对高压线束进行温升特性仿真，并选取不同的测试点位与试验结果进行对比验证，误差约为1.2℃，证明基于有限元方法分析高压线束温升特性的准确性和可行性。使用有限元分析法代替试验法研究高压线束的温升特性，对加快高压线束的开发和提升其安全性具有重要意义。     

新能源汽车高压线束支架设计方案研究

结合多年的汽车线束零部件设计经验，新能源汽车高压线束的固定方案大体上可设计为3类：金属支架方案、塑料支架方案和包胶金属支架方案。本文详细介绍这几类设计方案、材料选型、加工工艺、设计验证和DVP实验等。     

复杂工况下铆粘复合接头的碰撞仿真研究

以母材为铝板的自冲铆接+粘接复合连接点为研究对象，前期通过设计连接点拉剪、撕裂和正拉3种工况下的动态拉伸试验和CAE仿真建模标定，准确获取了CAE仿真模型本构关系中的各项参数，最后对叠加多种工况的T型部件开展CAE碰撞仿真与高速撞击对比验证试验，CAE仿真准确预测连接点的失效，仿真精度达到了95.9%，精准表征了铆粘复合连接点在混合复杂工况下的变形与失效行为，在整车碰撞CAE仿真中具有较高的实用性。     

汽车碰撞中低压线束的失效评价方法研究

为了获得汽车碰撞过程中低压线束较为准确的失效评价方法,选择现有车型中使用较多的16 mm2、25 mm2、35 mm23种不同截面尺寸的低压线束,根据整车中线束受到的挤压情况,设计M10螺栓、5 mm钢片、20 mm钢片3种挤压头进行了试验研究,结果表明,挤压速度对线束的挤压破损失效影响很小,线束的变形压缩比可以作为线...     

电池包内高压线束辐射发射仿真与屏蔽优化

电磁兼容性是新能源汽车的一项关键共性技术,电池包内部电磁环境复杂,包内高压线束的电磁辐射易对电芯监控单元（CMU）、电池射频模块（BRFM）等电子器件产生干扰。文章首先创新建立完整的电池包内高压线束电磁辐射（EMI）和电子元器件电磁抗扰（EMS）仿真模型,分析得到高压线束在加载特定的高频激励载荷下,在不同电子元件位置不同激励频率下的电场强度值,参考整车电子元器件抗扰企标,对电子元器件存在的EMC失效风险进行评估。然后,建立高压屏蔽线结构,分析得到屏蔽层材料、厚度、编织形式对屏蔽线屏蔽效能的影响,为工程中基于屏蔽性能选择屏蔽线提供参考。     

考虑PEMFC动态降载特性的FCV制动能量回收协调控制

为使燃料电池汽车(FCV)更大程度回收制动能量,基于质子交换膜燃料电池(PEMFC)动态降载特性,研究了一种FCV制动能量回收控制策略。建立燃料电池汽车动态特性模型,提出考虑PEMFC动态降载特性时基于协调的制动能量回收控制策略,用自行搭建燃料电池汽车制动能量回收硬件在环(HIL)仿真平台进行仿真。结果表明：与基于规则的控制策略相比,本文提出的基于协调的控制策略下,动力电池荷电状态(SOC)在城市工况下提高1.3%,在高速工况下,提高2.0%;对应的最大冲击度分别降低3.2%、2.1%。因而,燃料电池汽车回收更多的制动能量的同时,制动舒适性有一定程度的提高。     

汽车安全碰撞仿真的材料断裂卡片对比研究

为研究不同硬化和断裂模型对汽车材料仿真精度的影响，设计并进行了DP590板材在多种应力状态下的材料级别力学试验。根据试验结果标定了路德维克（Ludwik）、斯威夫特（Swift）、沃斯（Voce）、霍克特-谢尔比（H-S）、斯威夫特-霍克特谢尔比（S-HS）5种硬化模型和修正摩尔库仑（MMC）、损伤起始和演化模型（DIEM）、约翰逊-库克（J-C）3种断裂模型。使用上述模型进行了试样级仿真和防撞梁落锤试验及仿真。对比结果表明，S-HS硬化模型和MMC断裂模型对于材料的变形行为和断裂行为的预测结果最精确。结合其他研究成果，推荐使用S-HS硬化模型结合MMC断裂模型预测高强钢板材塑性变形和断裂行为。     

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。     

汽车用先进高强钢板材断裂性能研究进展

根据汽车碰撞过程的动态应变响应和大变形特点,针对汽车用先进高强钢板材,从断裂失效机理、影响材料断裂行为的关键因素、断裂预测模型、基于复杂承载工况下材料的断裂预测模型建立方法等多方面进行论述。基于应力三轴度、洛德角、应变速率及极限断裂应变于一体的断裂准则模型,相比于传统方法可实现对汽车安全件碰撞性能的高精度预测,具有行业推广应用价值。     

燃料电池汽车正面碰撞安全性研究

燃料电池汽车在结构上有别于传统汽车,其碰撞安全性尤应关注.文中重点对燃料电池汽车结构特点进行研究,建立燃料电池汽车正面碰撞有限元模型,运用LS-DYNA仿真确定车辆安全性能设计方案.同时根据燃料电池汽车的特点阐述了对其碰撞试验方法的思考.通过实车正面碰撞试验,验证了车辆结构改进设计的效果.     

基于超单元理论的焊接疲劳分析

为解决汽车尾门疲劳工况中激光焊开裂问题,更准确地反映尾门疲劳工况中激光焊开裂情况,文章基于超单元理论,建立用于激光焊的精细化模型,通过对激光焊临近裂纹尖端区域的细化模型,得到修正的多维度刚度矩阵。同时引入密封条的非线性材料属性标定,准确模拟汽车尾门密封条在高应变率下非线性的动态性能,有效提高了车辆尾门激光焊计算效率和疲劳开裂的风险预测精度。最后通过相关试验验证该精细化疲劳模型的合理性和准确性,高效助力尾门结构改进,减少实验周期及成本。     

车辆乘员眼部损伤风险仿真评估

基于中国50百分位成年男性人体测量学参数,开发了具有眼组织生物力学响应的中国体征安全假人头部模型。在LS-DYNA软件中验证了跌落标定试验中头部模型的加速度响应,探究了正面碰撞工况下气囊对眼组织损伤的影响。并利用仿真数据建立了归一化能量与眼组织损伤概率的损伤风险曲线。结果表明,在头部跌落仿真试验中,中国体征碰撞假人头部加速度响应高于HybridⅢ假人;在正面碰撞工况下乘员约束系统仿真试验结果表明,当碰撞速度高于55 km/h时,视网膜脱落风险将增大,巩膜von Mises应力、变形量均达到引发眼球破裂损伤的阈值。     

基于转鼓循环工况的燃料电池轿车故障分析

针对汽车城市道路行驶特点,设计了一次循环工况下转鼓耐久试验,以研究燃料电池汽车在城市道路下的故障特点。定义了燃料电池故障等级,借助可靠性理论分析方法分析了燃料电池汽车故障特点。该试验方法为新能源汽车关键部件的可靠性和耐久性试验提供了有价值的参考。     

基于J-C型材料模型的整车正面碰撞结构优化

根据拉伸试验结果,考虑应变率效应及温度效应,确定了B420LA及HC420/780DP材料的J-C型动态拉伸本构方程,并将这2种材料用于某款新能源汽车的前纵梁结构设计。基于LS-DYNA程序,采用数值仿真的方法,考虑整车正面碰撞工况前纵梁结构的变形模式及压溃吸能效果,对前纵梁结构进行了优化设计。结果表明,优化后的前纵梁压溃变形模式更好、吸能效果更优,左、右侧整车加速度峰值由58.1g与56.2g分别降为38.0g与39.2g,前围板过程最大侵入量由208.7 mm降低为182.2 mm,符合汽车正面碰撞工况研发的需要。     

电动汽车动力电池包仿真模型设计

随着新能源汽车的普及,各个整车厂在新能源车型投入的越来越多,车型也越来越多,而每个车型对应的电池包也不同。为了在电池包设计前期了解电池的性能,基于Matlab/Simulink设计了一种动力电池包的仿真模型。此仿真模型可以通过输入电池参数仿真出电池的温度变化曲线、电压变化曲线以及荷电状态变化曲线,通过输入继电器和高压系统参数仿真出预充时间和高压输出变化曲线,通过导入车辆工况仿真出电池运行的实时状态（温度、电压、荷电状态等）。这些变化曲线对于电芯的选型以及预充电阻的选型具有重要的参考价值。经过仿真后的曲线分析,此模型与电池的电化学特性相符,高压变化也符合物理变化特性,可以用作电芯和预充电阻的选型参考。