还没经历过大车祸,按道理我没啥发言权。不过作为前车身工程师,现测试工程师,我近距离看过好多“哎呀,我去”的瞬间。
汽车虽是“铮铮铁骨”,但在极端测试中并不一定经打。因为现行的汽车安全测试还都局限于常见工况,比如国标方法或者汽车安全测试机构如NCAP\IIHS等都是如此。
我之前还在专栏中做过解释——汽车碰撞测试的目的是找到典型工况,而不是极限工况。
好在有越来越多车企或者媒体给我们展示极端测试情况。比如之前沃尔沃做的XC40纯电12h整车浸泡测试,验证了新能源车能达到何种极限防水能力。
最近一鹿有车做的领克01 EM-P“新能源灭绝计划”试验也是挑战极限,一台车可能遭遇的严酷打击试了遍,包含有穿墙测试、集装箱高空坠落顶部测试、双侧夹击碰撞测试及底盘炸雷测试。
仔细想想,这种极端情况确有可能发生。比如每年总有新闻报道高架上飞下来一台车、新手开车没技术撞墙了撞进4S店......
特别是新能源车,相比燃油车只需要关注车内乘员安全,它还要兼顾电池安全。
所以模拟日常重大交通事故的极限碰撞场景,暴力测试车辆车身钢性、底盘安全、三电安全等安全性能,遇到这样的机会当然要好好研究一番。
一、新能源车如何保证“传统安全版块”?
所谓“传统安全版块”,就是指保护车内乘员,新能源车同样不能打折扣。比如现在汽车最薄弱的环节就是车顶。
听到有声音说:“这不算啥,因为汽车安全中有一个车顶静压测试,它就是来衡量车顶保护能力的,现在好像都做得不错。”
我们要保持谨慎,因为现行的测试还不足以模拟全部的严重安全事故。现在一流的车身也只能扛得住10吨左右的峰值压力,比如沃尔沃S90是9.92吨(IIHS)、奥迪Q5L是9.7吨(C-IASI),蔚来EC6是10.33吨( C-IASI)。
要求达到这个水准无可厚非,因为现行标准没有“泰山压顶”要求,车顶静压本质是评估车辆抗翻滚能力,以汽车一般的翻滚速度看,能抗住10吨左右的压力就不错。
当然,领克 01 EM-P这种我们更欢迎了。
它的车顶强度测试【测试车顶&A、B、C 柱刚性】:是将一个1吨多重的标准尺寸集装箱吊至8米高空,松开绳索在重力的作用下砸向车顶。这相当于会给汽车施加25吨的下压力,会非常考验A、B、C柱及顶盖结构的刚性强度。
结果看,领克 01 EM-P高强度笼式车身起到了很好的保护作用,车内仍然留给乘员头部安全空间,并没有发生被严重压瘪的情况。
为什么能达到这样的保护作用,必须肯定白车身安全在过往十年中有了很大提升。
材料提升其实不光是领克 01 EM-P,现在新能源车型中,高强度钢比例通常能做到70%以上,比如比亚迪唐DM-i(73%)、领克01 EM-P(73.2%)等。像荣威eRX5,从宣传看,还从此前的66%提升到79%,表现也很强劲。
关于“高强度材料”,大比例的用料是成功的一半,但需要注意,我们还得多关注下材料的等级。比如汽车相关产品会分为国家标准、行业标准和企业标准几大类。乍听下来,感觉国家标准最强,其实不然。通常国家标准是用来兜底,企业标准才是最严苛的。
比如领克01 EM-P整车材料全部参照沃尔沃VCS标准执行,厚度公差要求比欧洲VDA标准和国内标准更加严苛。材料要求高可以带来很多直接好处,比如焊接工艺好,装配匹配度好,并且仿真和实际之间的相关性会更高,这些都有助于确保整车安全。
二、新能源车如何兼顾电池安全?
传统的车身碰撞吸能策略是,现由前后的溃缩吸能区吸收能,吸收不了的能量,尽量往车身地板引,因为这里相对最厚实。但新能源车因为车身地板上安装有电池包,所以必须要注意不能损伤它。
可事与愿违,国家标准在这方面的要求也不高,使得这些问题很难暴露出来。
拿2021年正式实施的强制性国家标准GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》来说,你如果踩着它的要求做产品安全,将很难赢得市场。
比如关于电池包挤压测试,这项标准采用的是缓慢加载力,并且碰撞的力并不算大,以及运行多向同时加载力简化为单向分别加载。但在实际情况中,比如车流量大的十字路口,汽车可能遭遇被多向同时猛烈撞击的伤害。
为更安全,现在不少企业开始在企标中增加难度,包括但不限于增加力加载速度、挤压力以及多向同时加载等。比如之前的一汽-大众ID.4 CROZZ成功挑战双假人侧面柱碰试验,以及这次领克-01 EM-P做的碰撞试验。
可以看到,他们用了两种测试来验证领克01 EM-P的能力。
测试一:穿墙测试【测试车身刚性】:领克 01EM-P 关闭主动刹车功能,分别冲坡 5 道不同材质的墙面,包含玻璃墙、刷漆三合板墙、冰墙、实木墙和实心砖墙。
测试二:低速侧撞测试【测试车身刚性】:将领克-01EM-P 静止停放在场地中央,利用两辆飞度(单车质量1088kg),以 40km/h 速度撞向 01,对车辆两侧进行挤压,考验车身和底盘刚性及电池安全。
在两台车同时冲击下,领克01 EM-P如何确保不会对电池造成伤害,同时把碰撞力给消耗掉。除了高强度材料使用外,关键是在“结构卸力”+“三电安全保护”这两条线。
“结构卸力”绝对是生活智慧的结晶,比如在太极拳法中,当对方以大力向我发来,我方可以先用小臂接住对方的力道,然后迎单臂外旋化掉对方力然后借力打力,把劲沉于双脚。我们还能突然将绷劲的肩松下来,将对方的力道化的无形无影。这个卸力方法用得好,会给别人一种“劲不见了”的感觉。
汽车也是如此。通过合理的传力路径规划可以使得通过纵梁的能量,合理的分配到斜撑、A柱、前围板下横梁以及门槛等骨架上,有效地将冲击力分散到力量更足的“躯干”上。
除此外,领克01 EM-P也使用了类似的“将绷劲的肩松下来”的手法,它采用了正面副车架脱落设计,避免车架对电池包和舱体的侵害。另外,B柱还设计有软区,位于B 柱下部的软区结构,能使B柱受撞击时上、中段不形变,而软区充分变形吸能,减少对车内乘员伤害,保持乘员舱结构空间。
三、汽车要在极端时刻也能留给你思考的时间
新能源汽车一旦发生电池起火,伤害速度会非常快。极端时刻如果还有思考的时间,会大幅提升安全生还几率。这需要电池包系统要有很强的抗击打能力,以及发挥主动安全技术。
在底盘测试【测试底盘强度、电池安全】中,就提供了一种极端场景,来验证汽车的主被动安全技术:从底部对领克 01 EM-P 进行爆破冲击顶起车身10cm左右,车身产生了强烈起伏,对电池包进行了直接打击。结果显示电池包没有发生起火,逃生时间宽裕。
爆破冲击在日常生活中可能比较少见,但电池包托底是有可能发生的。如果汽车还以很高的速度在行驶,那确实有可能产生类似“爆破冲击”的效果。
考虑到爆破冲击还带有高温,这项测试就像是加强版的“GB38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》1”,其实在这个标准里面,是有“挤压测试”、“外部火烧测试”,但常规测试中不会叠加难度,并且冲击能量也要低很多。
领克01EM-P能够抗过去,首先是因为它有很扎实的车身和电池包,比如加厚的底板结构、底部热成型骨架、高强度电池结构等,这能在电池包受到直接冲击时,给到第一层防护。
通常来说,我们理解的汽车主动安全技术是针对行驶的车辆,当汽车遇到危险时,汽车能提醒车主甚至主动干预汽车驾驶。比如AEB主动刹车,就能在遇到危险时,先通过警示音等方式提醒驾驶员,如果驾驶员没有反馈,则汽车会开启主动刹车。
显然本次测试没有给我们这样的机会,它更极端。好在这种极端环境下,主动安全技术也发挥了作用。领克 01 EM-P采用了毫米级断电以及电池包主动泄压技术,一旦汽车发生了危险碰撞,能迅速主动断电以及将电池产生的气体迅速排除,避免电池造成更大的人员和财产伤害。
未来主动安全技术还可以有更多的想象空间。比如领克 01 EM-P未来会通过OTA升级的云端智能BMS系统,这套系统能远程监控电池安全状态,全时保证电池安全,给汽车带来更灵敏的反应能力。
当然,技术理念再好,必须要经过验证才行。
现在的电池安全,如果按照GB 38031-2020的要求去做,其实完全不够,因为那种针对电池包也就15项测试而已。但实际工况中遇到的危害千奇百怪,防不胜防。
所以在车规级标准中,车企就要多规划了。领克 01 EM-P做的是136 项电池安全测试、36 项电池包控制器测试、44 项电池模组测试,包括挤压、跌落、外部火烧、海水浸泡、模拟碰撞、短路保护等,这种就够安全了。
四、总结
要感谢时代的发展,在早些年,汽车发生车祸经常让人无所适从,现在汽车整体安全水平已经有了大幅提升。但安全没有终点,而且随着新能源技术加入,车企要着手解决的功课也不少。
为了能让汽车交到客户手上时,这些“不经打”的毛病能被解决;以及让你有时间除了发泄一句,还能有功夫应对,工程师要花很多心力。今天聊到的这些要点大家不妨对号入座,看看你的车有没有相应能力。
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