某新能源车型正面40%偏置碰撞优化

1 概述

 

       随着国家政策的推动及新能源技术的进步，人们对新能源车的接受度也日渐提高，新能源汽车与传统的汽油车相比，最大的安全隐患为新能源的高压防护，尤其是车辆在发生碰撞过程中的电安全性能指标将直接影响新能源汽车的安全使用。对于混合动力和纯电动汽车汽车由于车上装有高压元件，如电机控制器、动力电池控制系统、高压驱动系统等，高压可以达到200~350伏，完全超出了安全电压要求的范围。如果对其不加以防护，则存在很多电安全的隐患；尤其是在发生碰撞事故过程中和过程后，如果断电不合理或者不能及时断电均会由于高压的绝缘失效导致整车带电，一旦正负极发生接触出现短路问题将可能发生起火爆炸的风险。

 

       目前，国标GB/T 18384系列规定了电动汽车在正常使用时需要满足的电安全要求，C-NCAP 2018版也明确了电动车碰撞后的防触电要求。随着法规的升降完善，对新能源车的安全防护也将逐渐提升。

 

       本文从C-NCAP 2018版法规对电安全防护的要求入手，结合对试验中出现的绝缘失效问题的分析，提出了优化高压线束布置及护线盒结构的优化方案，并通过运用HyperWorks仿真分析软件进行分析及试验验证，最终解决了试验中存在的问题，验证了所提方案的合理性。

 

2 现有车型存在的问题及分析

 

       2.1 存在问题

 

       某车型在进行64km/h正面40%偏置碰撞试验后对电安全测量发现试验后车辆出现绝缘失效问题。经过对车辆进行拆解发现，直流母线碰撞中出现被挤压破损问题，导致绝缘失效。

图1 试验后高压线束变形情况

 

       2.2 原因分析

 

       碰撞中随着纵梁的变形，动力总成发生后移，导致变速器后部直接挤压到高压线束的护线盒，同时由于护线盒的强度较低，无法承受碰撞中大的冲击力的作用而发生变形，导致其内部的高压线被挤破，发生短路问题。另外，由于发动机舱的空间有限，高压线束的布置无法避开动力总成的直接撞击。

 

       同时由于发动机舱内布置较满，无法直接避开刚性件进行布置，因此造成刚性件（动力总成）直接撞击到高压线布置的区域。

图2 机舱布置情况

 

3 碰撞模拟及优化方案

 

       3.1 仿真模型

 

       模型搭建采用前处理软件HyperMesh，具体模型如下图3所示，模拟与试验相同条件下的64km/h正面40%偏置碰撞工况。

图3 正面偏置碰撞模型

 

       经碰撞仿真计算，分析结果采用后处理软件HyperView和HyperGraph，能量关系如下图6所示。其中沙漏能占总能量的3%，小于5%的要求，模型求解具有参考意义。

图4 能量关系

 

       3.2 护线盒优化

 

       碰撞过程中由于护线盒强度不足无法承受碰撞中大的冲击力的作用，因此对护线盒结构进行优化，优化方案如下：

 

       1）材料变更 将护线盒的材料由DC01，厚度1.0mm，变更为铸铝件，材料ADC12，厚度3mm；该材料压铸成型性良好，适用于做薄铸件，具有良好的耐蚀性和抗氧化性。

 

       2）结构修改 将护线盒结构进行修改（图5），其中图5（a）为优化前结构，护线盒结构上无加强和支撑结构，看上去结构较弱；图5（b）为优化后结构，在护线盒内外侧均有加强筋结构，既可以起到增加强度的作用又可以起到支撑作用；同时材料厚度也由原来的1.0mm增加到了3mm。

图5 优化前后护线盒内外结构对比

 

4 优化方案结果评定

 

       4.1 护线盒的变形情况

 

       将结构优化后的护线盒在仿真中进行分析发现，护线盒无明显变形和失效（如图6），因此可以说明该护线盒在碰撞中可以承受刚性件的冲击，支撑保护作用较好。

 

       从图7的碰撞试验结果可以看出试验后护线盒无破损，保护效果较好。

图6 优化后碰撞仿真中护线盒变形情况

图7 优化后碰撞试验中护线盒变形情况

 

       4.2 零部件试验验证

 

       通过设计零部件试验定性分析防护措施的效果，试验方法如下（如图8）：

 

       1、被试验测试线束一端连接电压传感器，另一端与550uf直流正负极端连接；

 

       2、充电线路与550uf电容某一交流正负极端连接；

 

       3、试验测试线束固定在刚性金属平台上，合金压头垂直挤压被测试线束；

 

       4、压头挤压速度：40mm/min，挤压剩余距离1mm~1.5mm；

图8 试验方法

图9 试验前后图片

 

       试验后（如图10）测得，当电压降到0伏时高压线护线盒可承受的最大力值，铝合金护线盒可承受32KN左右的力,较其他常规材料的护线盒可承受的最大力值明显增加，如表1所示：

图10 试验后力-位移图片

       4.3 试验验证高压测量结果

 

       优化后的结果经过碰撞试验验证，试验后测得高压变化情况，如下表2，从表中可以发现，试验后负载端绝缘电阻满足要求，因此说明此方案效果可行。

 

表2 试验验证高压测量结果

5 结论

 

       通过对某车型正面40%偏置碰撞试验中出现的绝缘失效问题进行优化分析得到如下结论：

 

       （1）优化后护线盒的结构强度明显提高，可以很好的抵抗碰撞中变形挤压，避免了高压线被挤破出现的短路的风险；

 

       （2）通过HyperWorks仿真分析和零部件试验可以缩短开发及验证的周期，提高方案的可行性；

 

       （3）该优化方案的提出对其他新能源车高压防护提供参考。