新能源汽車碰撞實驗技術分析

文/安炎彬 王子恒 李濤（河北省機械科學研究設計院）

新能源汽車與傳統燃油汽車相比因無發動機置于車輛前部，所以車輛前部的強度大大下降，正面碰撞時無法起到緩沖的作用；其次，一般車型動力電池組部分均勻布置于駕駛座底部，正是這樣的布置形式，當車輛側面發生碰撞時將有很大的概率波及電池部分，很有可能造成電池漏電漏液從而對駕駛人員的生命安全造成威脅；此外各種控制、傳輸線路的連接對新能源汽車車身的剛度也造成了一定的削弱，因此碰撞安全性試驗對新能源汽車來說就顯得尤為重要。

一、碰撞試驗標準分析

試驗基于我國頒布的GBT 37337-2019《汽車側面柱碰撞的乘員保護》、GB/T 31498-2015《電動汽車安全要求》以及GB/T 19751-2005《混合動力電動汽車安全要求》，分別對電動汽車各部件提出了強制要求，此外試驗還將遵循《乘用車后碰撞燃油系統要求》相關的規定和標準[1]。

二、車輛側面柱碰撞試驗設計及分析

（一）側面柱碰撞性能要求

對于電動汽車而言，為了車上人員的安全以及保證電池包不受到擠壓從而導致電池與電池結構件或者電池與電池之間發生撞擊接觸，一般要求車輛車門的變形量（侵入量）不大于28厘米。

（二）碰撞試驗設計

根據歐盟新車評價規程（Euro—NCAP）對試驗進行如下設計，具體如圖1側面柱工況示意圖所示。以32km/h的試驗速度，撞擊直徑為254mm的碰撞柱。通過駕駛員模型的頭部質心的豎直平面與駕駛員側車體形成的線為車輛碰撞速度矢量線，該平面與汽車縱向中心線呈75°角[2]。

圖1 側面柱工況示意圖

觀察側面柱工況示意圖發現B柱、門檻、地板縱梁及座椅橫梁為汽車側面碰撞的主要承力部件，當碰撞產生時，由于側門腰線位于最外側所以首先發生產生形變，緊接著B柱中部、門檻部分，側門、B柱及門檻受到撞擊產生變形并吸收部分能量,最終碰撞力通過地板縱梁、座椅橫梁等部分傳遞到車身另一側[3]。

在力的傳遞過程中，電池包不可避免地受到沖擊，甚至還參與了一部分力的傳遞，在這過程中電池包因受到擠壓而發生變形。由于變形發生，內部電芯模組會產生相互碰撞接觸，很有可能引起動力電池的泄漏以及爆炸，線路連接部分也有可能在碰撞過程中發生斷裂破損從而產生漏電，此時車上人員很有可能直接與高壓電部件直接接觸，更有甚者可能引發火災，而此時的車門因為變形的原因可能無法及時打開，車上人員的安全將受到嚴重威脅。對于我們的新能源電動汽車來說，在結構設計上應盡量避免電池受到撞擊及力的沖擊，所以電池組一般放在車座下方、縱梁之間，若此時進行駕駛室正面撞擊試驗，新能源電動汽車少了發動機的保護，是否還能有效進行乘員保護是一個問題。

三、新能源汽車碰撞后安全防護策略

通過實驗發現新能源汽車在發生碰撞時對生命安全產生最大的威脅便是電氣安全，這不僅是本文所敘述試驗的重要性所在，同時也是新能源汽車發展所要克服的重大問題，安全問題也會影響新能源車的普及與發展。

（一）動力電池安裝位置的選擇

動力電池作為新能源汽車的“心臟”，當汽車在碰撞過程中產生變形時，應盡可能保護動力電池組不受到損壞，因此動力電池的安裝位置尤為重要。動力電池安裝位置應盡可能選在變形侵入量小的地方，或者結構剛性強度大的地方，例如汽車后備廂下部后橋或者汽車右前方等區域。

（二）動力電池的保護措施

為了最大限度保護動力電池不受侵害，除了安裝位置外，還可以通過對動力電池采取一定的外部保護措施，如果在后排座椅下方和后排座椅后橋上安裝動力電池，可以采用梯形支撐來增加防撞性。如果安裝在車身左右門檻之間時，可以將地板橫梁和車身門檻分開，這樣可以阻礙從車身門檻傳遞到地板橫梁上的力[2]，此外還可以通過填充緩震材料來阻礙力的傳遞。

四、結論

本文通過對新能源汽車側面碰撞試驗的技術分析，可以直觀反映當側面碰撞發生時由于力的傳遞導致電池包受到變形擠壓從而對車上人員安全造成威脅，同時也體現出此項試驗對新能源汽車整車安全性能的重要性，對新能源汽車整車設計尤其是純電動汽車的設計具有一定的指導意義。