从被动安全谈蔚来汽车的未来

时间:2019-09-06 03:18 点击:

  汽车作为现代社会不可或缺的交通工具,走进人们的生活已经有100多年的历史,为我们的出行以及货物运输都提供了极大的便利,对很多其他行业也都起到了积极的促进作用,但是越来越多的汽车保有量也造成了很多问题,比如加剧了能源危机问题,以及进而导致的环境污染问题。

  其实,之所以叫新能源,是因为能量的来源以及能量的转化率相对传统能源来讲较高,排放可以有效减少,所以新能源并不是零排放。

  如果让大家选汽车中最看中的一项性能,大概90%的人会选择安全性能,毕竟生命太珍贵,整车安全,尤其是被动安全是主机厂的工程师们不可懈怠的工作职责,也是他们每天都要考虑和面对的问题,但这并不是一个非对即错的问题,每个厂家、每个车型都是不同的,不能一概而论。

  之前受邀参去天津参加了蔚来汽车的Nio House工程体验日,所以就借蔚来的体验日以及蔚来的产品来谈一谈电动车的安全问题,在笔者看来,需要从以下两个方面来衡量纯电车型的安全性能:

  对于纯电动车而言,相比传统燃油车,多了一项特殊任务,就是电动汽车在充电及运行过程中的电池保护,因此,结构强度、高压电的快速切断以及回路的绝缘等软硬件方面的电池组的安全策略就成了重要的前提。

  那蔚来来讲,在设计初期就已经考虑到三电系统的合理布置问题,将电池组尽量避让出碰撞区,基于蔚来自己的纯电研发平台,将电池底置,相比油改电模式把电池放到油箱(后座下面)的位置,可避免追尾时危险,此外,电池底置使车身重心更低,也会使得整车操控性能更好,让驾驶者获得更多的驾驶乐趣。

  车身结构是十分复杂的,不同车型的力的传导路径也不尽相同,而电动车因为有电池组的存在,燃油车使用的车底传力路径就更加不适用于电动车,因此,全新碰撞路径也应运而生,以ES8为例:

  在前碰发生时,嵌入式的铝合金前防撞梁是第一道防护,之后碰撞力将通过7003铝材挤出成形的吸能盒以及前纵梁向后传递,由Torque box防护枢纽进行分流,进而通过门槛梁、A柱继续向后传递而保障乘员舱及电池仓的不变形,从而有效的对乘员进行保护;

  在侧碰发生时,碰撞冲击力通过多条加强横梁,向外传递,前后防护枢纽也能够起到侧向支撑的作用,使得车辆在侧面柱碰时,最大侵入量仅有120mm,最大程度上保证乘员与电池在侧碰冲击下的安全,实现了良好的整车防撞性能;

  在追尾事故时,第三排成员的安全至关重要,蔚来的铝合金后防撞梁通过吸能盒与后纵梁连接,由位于后轮拱位置的高强度铸造防护枢纽相连,来自后部的碰撞冲击力经过两个后防护枢纽传递至门槛梁,以绕过乘员舱和电池舱,再加上完全覆盖第一排到第三排的超长侧气帘的作用,无论对成员还是电池组都可以实现最大化的安全防护。

  其实碰撞性能最简单直观的体现是官方公布的试验结果。像蔚来ES8车型,在2019第二次C-NCAP测试中获得五星级碰撞成绩,虽然C-NCAP相对欧标和美标来讲标准偏低,但这也从侧面反映出蔚来对整车安全方面的重视以及蔚来产品的可靠性还是不错的。

  电动车作为新能源汽车的终极体现,目的就是为了节能减排,而电动车因为额外电池组的存在,会在很大程度上增加电动车整备质量,而整备质量的增加又会对节能减排有着负面的影响,这与电动车的初衷相违背,因此如何在保证车辆安全的前提下合理的对电动车实现轻量化就成了没新能源企业的必经之路。

  车身轻量化是指在汽车保持原有的安全性、耐撞性、抗震性及舒适性能不降低,且不增加研发成本的前提下,有目标的减少车身自身重量。在学术上有个词叫车身轻量化系数,轻量化系数考虑了车身扭转刚度、车身大小、质量水平,同时该系数引入了扭转刚度的概念,这样开发人员就通过轻量化系数初步的了解一款车的NVH性能和操控性。轻量化系数:

  L(L越小,轻量化做得越好)为白车身轻量化系数,单位KG/[N•M/(°) •M2];

  从车身钣金产品工程师的视角出发,车身轻量化的途径多种多样,材料—结构—工艺,往往在整车设计的过程中是相互促进的,是集多学科多目标于一身的优化手段,就目前而言,全铝车身绝对是车身轻量化的最有效途径之一。

  目前,铝合金在工业中的应用极为广泛,无论是在航空航天、汽车机械还是化学工业中铝合金的应用都很普遍。全铝车身,其实并不是字面上的“全铝”,并不是100%的车身用材都是铝合金,实际上就是指车身骨架主要承重的结构部分,当然很多覆盖件也都是应用的铝合金,但通常不会被计算在全铝车身范围内。铝合金之所以是众多厂家都青睐的轻量化用材,主要跟铝合金本身的特性有关:

  铝的密度约2.68g/cm³,大概只有钢材的1/3,在相同体积情况下,相比钢材而言,重量可减少30%-40%;

  经过合金化的铝,力学性能将会得到大幅度的提升;抗撞吸能性更好,可比刚多吸收50%的冲击能量,有利于提升车身碰撞安全性;

  铝合金在空气中很容易发生氧化反应,表面生成一层三氧化二铝,这层氧化膜的抗腐蚀性能相当高;

  因为铝合金良好的挤压性能和低熔点,因此铝合金很容易进行二次加工,具有良好的可回收性。

  当然,有利端自然就有弊端,这些弊端也是导致全铝车身汽车行业受限的主要原因,毕竟全铝车身需要投入大量的研发成本,更多的弊端都是由于工艺限制,因此,虽然全铝车身是众所周知的有效轻量化手段,但却并不是想用就能用,其实侧面也可以看出,蔚来作为一个造车新势力,还是有一定的魄力和足够的技术支撑的:

  铝合金最大的劣势大概就是成本高的问题了,不过重量轻会综合掉一部分成本问题;

  铝合金的成型能力和延伸率都相对较差,冲压过程中更容易产生碎屑,回弹大、易裂这些缺点都需要主机厂进行工艺管控;

  铝合金的另一个缺点就是可焊性差,因为熔点高,需要较大的电流去焊接,因为和钢板熔点不同,因此钢铝连接就成了一个技术难点,通常只能通过SPR、FDS等螺接或者铆接,也是导致全铝车身成本增加的一个因素。

  蔚来选择的正是很多主机厂想用却又不敢碰的全铝车身,这对蔚来一个造车新势力企业来讲。无论是技术底蕴、研发周期、开发成本还是技术人才,都是一个又一个的巨大挑战,所以从这些方面来讲,蔚来还是勇气可嘉的。

  作为白车身钣金工程师,我想到的第一个也是最大的挑战,就是全铝车身的连接问题,铝合金之间因为熔点高的问题,会导致成本增加还不是大问题,更重要的是钢铝之间的连接问题,因为不同的熔点,钢铝之间是无法通过点焊来连接的,那么新的连接方式就是蔚来的工程师们面临的一个大问题,不过这对蔚来似乎丝毫没有造成任何技术层面上的阻碍,我们来看看蔚来的连接方式,真的是天女散花一般的丰富精彩:

  铝合金因为铝的含量以及合金成分的不同被分成7个系列,每个系列的材料特性也各自不同,汽车结构中最常用的是2系铝、5系铝、6系铝和7系铝,其中7系铝主要以锌为主硬度很强,7系铝中有部分还可进行热处理强化,使其拥有更大的强度,主要应用于航空航天。在需要高强度的地方大量使用6系铝,在纵梁等核心安全零件上更是首次引入航空级7系铝,在保证车身强度的同时实现减重335kg的超轻量表现。

  此外,在车身结构方面,蔚来也展示出国内全铝车身先驱者的实力,设计出了一些令人惊艳的全新结构,比如一体式门槛梁和后防护枢纽采用的单体铸件设计,再加上未来独有的Torque Box防护枢纽结构,尽可能在每一处设计都最大程度上保护驾乘者的安全。

  车身轻量化的好处自然是不言而喻的,不仅可以减少车身开发成本,还能有效降低油耗、减少排放量,同时对整车的操稳性能和安全等性能有着显著的提高,其实,从工程师角度来看,全铝车身的开发相较钢材来讲难度要大一些,举个简单的例子,因为车身同个零件的不同区域也通常有不同性能需求,对此热成型钢板材料可以通TWB/TRB/PB/Soft Zone等一些工艺方式简单的就能实现,而铝材在这方面从选材到连接到工艺则都会面临很大的挑战。

  而蔚来作为国内第一家完全正向研发全铝车身平台的车企,保证轻量化、高性能的同时,也兼顾了整车的抗扭刚度,这这一点上来讲,蔚来敢创新敢挑战,表现不错。

  从项目经验上来讲,主被动安全之间往往需要一些相互妥协,当然这需要工程师的专业素养为支撑。蔚来在主被动安全之间做出了良好的平衡,这也是它的产品安全性和可靠性得以保障的重要原因,同时蔚来还兼顾到了整车的舒适性。

  虽然身为车身钣金产品工程师,专业相关,会更喜欢从专业角度进行分享,上面也基本上是从不同的碰撞角度聊了一下安全性能,但其实我更想跳出碰撞跳出理论,针对ES8来谈一谈安全性能。

  无论是正碰、侧碰、小偏置碰还是追尾测试,都无法100%的还原在实际道路上发生碰撞时的场景,因为碰撞测试因为是法规项,所以很多条件是流程化的,有自己的一套体系流程,而在生活中因为成员、车速、车辆载荷、道路情况等各种各样因素的影响,发生碰撞将会发生的实际情况,远不是碰撞测试所能完全体现以及预测出来的。

  跟第一点有些类似,但又不完全相同,碰撞测试通常是最典型的碰撞情况,在现实中发生的很多碰撞情况是碰撞测试所无法模拟的,比如因为爆胎或者冬天路滑导致汽车直接撞到路边障碍物,或者车内乘员发生争执抢夺方向盘导致发生碰撞,又或者像之前常州发生的事故因为司机突发疾病,这些情况都是C-NCAP测试中没有或者无法模拟的情况,所以我认为,抛去碰撞测试不谈,更重要的或者更直观的是实现中发生碰撞时车辆的表现。

  当年ES8的首撞在业界内被津津乐道了很久,我甚至有点怀疑当时的碰撞是蔚来的公关部亲自上阵,毕竟当时的碰撞结果堪称完美,我们来回顾一下ES8首撞的详细情况:

  可能部分人第一感觉会是:哇,被撞的好惨,实际上乘员没有受到一丁点的伤害。

  其次,虽然汽车碰撞安全性的所有研究内容都是围绕对人的保护而展开的,乘员的伤害指标也是各国法规的核心。但是,因为人体的复杂性,目前对此项的研究一直收效不大,对于到底应该取一个什么基准才能准确表示人体的耐冲击阂值的问题,仍然是一个世界性的难题。目前,大多数国家将头部损伤指标(Head Injury Criterion)HIC=1000作为头部冲击伤害的临界值,据试验测定,档HIC达到1000时,发生恶性头骨骨折的概率超过30%。

  其中:a为测量出的合成加速度,t1和t2为碰撞过程中的某两个时刻,t2-t1≤15s。

  乘员的伤害指标是评价整车碰撞特性的重要因素,但是,它却不是唯一的因素。因为尽管较高的伤害指标测量值意味着乘员在真实的碰撞中可能承受严重的伤害,但是较低的伤害指标测量值也并不代表着乘员在真实的碰撞中不会受到严重的伤害。

  最后,虽然被动安全是基础,但不管如何优秀的碰撞成绩,还原到现实情况中,都无法对成员实现100%的保护,一味追求被动安全其实也是不合理的,六合挂牌高手心水论坛。起码从我这个白车身工程师的角度来看,未来的安全趋势将会是主动安全,也是一辆车避免事故能力的体现。一味的追求被动安全,也会造成高强度钢的大量使用,但是这样也就相当于放弃了轻量化,而轻量化的放弃会导致更多的产品失分项,因此,车辆的主动安全就成了未来的大趋势,将开放AEB-P和AEB-B功能。被动安全是基础,主动安全是趋势,至于如何进行合理的主被动安全之间的取舍,对主机厂的工程师们而言是需要好好斟酌的问题。

  关于安全,我们更应该全面的、系统的去看,CAE分析是设计过程中不可缺少的分析手段,碰撞试验也是必备的验证方法,然而,无论是CAE分析还是碰撞试验,都是理论和模拟,而不是真实场景下的出演,所有的碰撞试验就像是考试,90分或者85分,相差并不大,作为用户企业,更应该对真实的使用环境负责,当然,任何一家主机厂都不希望自己的客户体验到五星碰撞安全。

  蔚来确实是一个敢于创新的品牌,从全铝车身的正向开发,到对于安全性能的追求,确实很多地方表现的可圈可点。但蔚来汽车终究还处于新势力的起步阶段,从技术到财力,从管理到市场,前面仍有许多的困难,需要蔚来去克服。关注汽车新闻的朋友应该已经了解到,蔚来汽车又开始裁员了,其实早在几个月之前,蔚来就已经裁掉了一批人,因为恰好笔者有个前同事就在被裁人员之列,入职尚未满一年。

  团队组起来了,产品造出来了,但蔚来的未来却似乎并不明朗,也许会后继乏力,也许会风雨之后见彩虹,但不论怎样,踏实的踏好每一步,才是是蔚来现在最需要做的事。

  点滴之言汽车作为现代社会不可或缺的交通工具,走进人们的生活已经有100多年的历史,为我们的出行以及货物运输都提供了极大的便利,对很多其他行业…[详细]

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