传统燃油车相比电动汽车更安全这种说法并没有十足的数据来支撑。
我们先来看看,电动车与传统燃油车在结构安全方面共性与不同:
稍微懂一些汽车基础理论的鹏友都知道,汽车的被动安全性能指的是汽车在发生碰撞事故时对车内乘员及车外行人的保护,主要由两方面决定:
一是结构安全性,包括车身结构、底盘副车架结构、材料、吸能空间等;
二是约束系统,包括安全带、气囊等。约束系统设计是在车体结构设计的基础上,对安全带、安全气囊、座椅等涉及乘员保护的零部件进行合理匹配以达到保护车内乘员的目的。
那么,电动车与传统燃油车在约束系统设计方面是几乎相同的,这里不再赘述,下面主要介绍两者在结构安全设计方面的异同点。
首先,电动车与传统燃油车在结构安全设计方面的思路是一致的,车身结构设计都要满足以下两点基本要求:
1、在溃缩变形区域尽可能多的吸收碰撞能量,尽量降低车体的减速度以缓解车内乘员受到的冲击;
2、尽量降低车体侵入量,确保碰撞后乘员舱区域的有效生存空间,保证乘员易于逃脱和进行车外救护。低的减速度与小的侵入量,存在一定的对立,通过合理平衡设计,可以化对立为统一。
电动车相比传统燃油车在结构上最大的区别在于动力总成和传动系统。纯电动汽车电驱系统尺寸相比传统燃油车动力总成尺寸更小,传动系统也有所简化,对于结构安全设计来说电动车的布局具有巨大的天然优势。
对于前驱布置的电动车,相比同尺寸级别的燃油车,前机舱溃缩吸能空间(D1+D2)可以增加200~300mm,因此机舱布置更加灵活,前纵梁和副车架结构设计自由度更大,可以完全抛开燃油车由于发动机和变速箱尺寸过大带来的诸多设计约束。
由于电驱总成尺寸较小,纯电动车更容易设计为后驱布置。对于后驱布置的纯电动车型,前机舱溃缩吸能空间可以增大600~800mm,整个前机舱有非常充足的溃缩吸能空间。通过合理设计,纯电动车前碰的车体减速度相对于传统燃油车可以降低25%~40%,可以大大降低对乘员的伤害。同时,发动机罩下部空间更大,也有利于对行人保护结构设计。
那么,电动车在结构设计上就全是优点没有缺点吗?
并不是,这个世界上没有十全十美的东西。
电动车电池包布置在乘员舱地板下部,侵占了地板Z向高度,因而无法布置较强的地板加强梁,造成前纵梁后端没有足够强的支撑。前碰时容易造成纵梁根部及脚踏板处较大的车体侵入量,不利于乘员保护。
相比电动车,传统燃油车驾驶员脚步空间更足,可以设计较大截面的地板加强梁,将前纵梁和地板横梁牢固连接。针对此问题电动车的车体结构采用多传递路径和多环状结构设计。每一条路径都能将前碰撞力逐步分散传递到车身后端,且主要力传递路径形成多环形结构,互为支撑,在前碰、侧碰、后碰等各种碰撞工况下均可有效降低局部集中受力过大,阻止碰撞事故车体的侵入。
相对于传统燃油车,虽然电池包的布置给安全性能设计带来了不小的挑战。但只要车体结构设计合理,充分发挥纯电动车溃缩吸能空间大的优势,纯电动车相对于燃油车可以更安全。
电动车被动安全性能开发之高压安全
如果说前面的电动车结构安全设计仍然没有脱离传统设计的范畴,那么下面的高压安全就是电动车所特有的安全设计了。
基于电动车的特点,在传统设计的基础上,被动安全性能开发必须要增加对于高压安全的考虑。包括碰撞发生时及碰撞后动力电池的完整性、安全性,电控、高压线束等高压部件的安全性。电池在高速碰撞后的安全性,如是否会着火、爆炸、导致人员触电、释放有害气体等诸多问题,都是关乎每位消费者生命财产安全的大事,下面我们来看看在高压安全设计上,需要做哪些考量:
- 结构防护–避免动力电池模组受到撞击
在设计前期,要充分考虑各工况下车体变形的侵入边界,将电池组布置在该安全边界之内。电池包前后和两侧都需要设计充分的防护结构和缓冲空间。对于前碰,设计前副车架中部弯折变形,并加强副车架后安装点保证不脱落,可以防止副车架整体后移撞击到电池包。
对于侧碰,首先需要定义门槛梁到电芯之间的距离,距离越大,碰撞缓冲空间就越大,电池模组受挤压的概率就越小。再通过采用超高强度钢材,合理设计门槛梁,座椅安装横梁等侧面结构尽可能多的吸收碰撞能量。同时,电池包侧面采用铝型材,通过多个螺栓直接与门槛梁直接连接,同时电池包内置多个侧向支撑铝型材,可大大提升电池包本体的抗变形能力。
二、高压系统多重保护
当车辆发生一定程度的碰撞时,SRS(安全气囊控制器)会发出碰撞信号,VCU(整车控制器)检测到SRS发出的碰撞信号后迅速执行高压系统紧急下电,将高压电紧急泄放至安全电压。
图4 碰撞断电策略示意图
异常电流相对较小时由继电器进行带载切断主回路;异常电流较大时,高压回路FUSE熔断切断主回路,保证继电器及其他高压部件不受影响;在极限情况下,如继电器粘连,同时FUSE异常时,电芯内部的FUSE会熔断,起到对电池电气的多重保护。
电池包安全设计
除了外部的结构设计,电池包本体还要从化学、电气、机械、功能四个维度进行安全防护设计,等于给高压安全上了双保险。
电池舱要增加隔离膜涂层阻燃结构和防爆阀设计,增加Fuse过热保护,泄压阀等安全设计等;PACK层面需要完善的监控与BMS控制系统,内置高温防火隔层,高强度箱体安装机械式防爆阀有效的起到平衡压力隔绝空气的作用。并达到一定防水防尘标准,进一步提高在恶劣天气下的电池安全。
2019年C-NCAP第二批碰撞测试多款纯电动车获五星安全
2019年第二批C-NCAP碰撞测试中,9款车型有4款新能源车,其中小鹏、威马和蔚来均获得了五星评价。来自小鹏的G3纯电动SUV,以乘员保护得分率96.5%、行人保护得分率70.34%、主动安全得分率94.09%,总得分率为92.2%,成为四款新能源车中得分最高者,其乘员保护得分率超过奥迪Q5L。尤其值得一提的是,在C-NCAP最严苛的64公里偏置碰撞中,G3驾驶员脚部最大侵入量仅为8mm,前向碰撞中人员减速度仅为燃油车的75%,接近行业极致。是对自身的安全实力,甚至是纯电车型车辆安全的一次正名。
高得分,印证了高安全,事实证明只要通过合理设计,充分发挥纯电动车溃缩吸能空间大的优势,纯电动车相对于传统燃油车可以在被动安全领域做得更出色。
来源:知乎 www.zhihu.com
作者:小鹏汽车
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