小鹏大讲堂 | 汽车被动安全的开发与新技术展望

来源:知乎-小鹏汽车
2020-05-09
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如果你有关注被动安全或者汽车安全,一定会对这些问题感兴趣:

为什么C-IASI的测试标准更加严格?主机厂的被动安全开发流程是怎样的?主动安全和被动安全未来是否会走向融合?

“安全就是生命”,如果说主动安全的作用是尽量避免事故的发生,那么被动安全研究的就是在事故发生时如何将伤害和损失降到最低。



11月21日,在小鹏汽车与知乎联合举办的《被动安全的开发与新技术展望》主题沙龙上,知乎汽车话题优秀回答者 

@Quosan

 对汽车的被动安全进行了系统地讲解。


以下为演讲全文:



非常欢迎大家来参加今天的沙龙。今天的主题是被动安全的开发与新技术展望,主要包括以下四个方面:





在了解什么是被动安全之前,先了解什么是汽车安全。我认为,汽车安全就是汽车在运行过程中,对人身与财产的保护性能。那对于被动安全来说,就是在交通事故无法避免必然发生时对人身、财产提供保护性能。



那中国市场有哪些有关汽车安全的标准呢?主要包括三个。

第一个就是大家非常熟悉的 C-NCAP,这是隶属于中国汽车技术研究中心旗下的评价机构。



有人说 C-NCAP 是五星批发户,但是我认为这其实是个好事,标准都是公开的,也是相对公平的,这对于提升中国市场汽车的安全性能,做出了不可磨灭的贡献。

第二个就是 C-IASI(中国保险汽车安全指数),它是由中保研与中国汽车工程研究院合作成立的。可以认为是一个民间组织,代表着保险行业的利益。他们为了降低市场上车辆事故造成的保险赔付额,参考美国 IIHS(美国公路安全保险协会),联合成立了这样一个评价机构。

第三个就是国标了,这是政府强制力的保证,可以说是汽车安全性能的底线了,所有上市的车辆都必须满足该标准。



下面介绍一下 C-NCAP 的评价规程。

主要包括三个方面,乘员保护、行人保护、主动安全试验。

乘员保护包括 50kph 全正碰、64kph 的40%偏置碰、50kph 侧面可变性移动壁障碰撞以及座椅鞭打试验。

行人保护包括成人、儿童头型冲击试验、柔性腿型冲击腿型,分别对应的行人的头部、腿部保护性能。

主动安全(AEB)包括车辆追尾自动紧急制动试验、行人检测自动紧急制动试验。

下面有一个视频,大家可以直观的感受一下各个试验是怎样的。(文中视频我们将在近期上传补齐,敬请期待)



那2018版的 C-NCAP 相比2015版有什么区别呢?

主要在于增加了行人保护试验以及主动安全(AEB)试验。



为什么要增加行人保护试验呢?

因为汽车碰撞行人的事故占所有事故数量的21%,行人轻伤比例14%,重伤比例18%,而行人死亡比例更是占所有事故死亡人数的29%。要知道,中国的车辆事故率本身已经位列世界前列,行人死亡比例如此之高,可谓触目惊心。

这就是为什么中国应该尽快导入行人保护的性能要求。(数据来源2015年 CIDAS 事故统计)



那为什么要增加AEB的评价内容呢?

E-NCAP 的车辆事故分析统计结果显示,90%的事故是由于驾驶人注意力不集中导致的。而根据 E-NCAP 与 A-NCAP 的研究结果,配备 AEB 技术的车辆,能够减少38%的追尾事故。

按照最乐观的估计,如果市面上所有车辆都配备了 AEB 装备,那全中国的追尾事故能够减少38%,这该是多么大的一个成就。



这里还有一些 C-NCAP 2018版相比2015版的变更点,可见规则都是加严。

其中要注意的是,侧气帘、后排安全带提醒作为加分项进入了规程。对于标准的侧碰试验来说,有没有侧气帘,以目前的标准来说,对结果影响不大,但是在其他非标准条件下的事故中,侧气帘却能起到较好的保护作用。

而后排安全带提醒的加入,却能挽救很多人的生命。



下面介绍一下 C-IASI,它主要包括四个方面,

  1. 耐撞性与维修经济性,参考欧洲 RCAR 标准,主要是要求在低速碰撞事故时,尽量降低车辆的维修费用和减少车体、底盘的变形。这代表了保险行业降低车辆维修保险费用的利益诉求。

  2. 车内乘员保护,类似于 C-NCAP 的乘员保护规程,不过与 C-NCAP 互补的关系,并且要求更高。这个主要对应着座位险。

  3. 车外行人保护,类似 C-NCAP,主要对应着三者险。

  4. 车辆辅助安全,主要是降低事故率,从而减少保险的赔付率。



车内乘员保护的标准参考 IIHS,大家可以看到25%小偏置碰撞相比40%偏置碰的要求更高。侧碰壁障重量达到1500kg,高于 C-NCAP 侧碰壁障,其尺寸也更大,更能够贴合中国市场 SUV 较多的情况。

而车顶静压试验的要求是达到车重的4倍以上才为优秀。大家猜一下,国标的要求是多少?对的,这位搞被动安全的研究生就比较了解,国标是1.5倍。



下面是 Model S 和宝马 i3 的25%小偏置碰撞试验视频对比。

大家可以看到,两个车型的情况不一样。Model S 是车辆溃缩之后直接怼在壁障上,而i3是车体碎裂脱离之后滑出壁障。其实这都是正常的,这是两种不同的设计方案,都有各自的难点。



关于 50kph 侧碰,大家可以看到,壁障远大于平常所见壁障。



耐撞性与维修经济性包括两个试验,前部和后部的40%偏置 15kph 带角度碰撞试验。主要考察的是车辆的碰撞损伤程度。大家可以看看下面的视频,估计以前都没有见过。试验人员在试验后,关注的也是车辆的变形、损伤情况。



行人保护和 AEB 就大同小异没有什么好说的了。



前面我们介绍了被动安全的概念和相关标准,那下面我们介绍一下主机厂是如何开发被动安全的。



一般都是V字形开发流程。

1、商品企划。商企团队根据品牌、车型的定位,确定该车的安全性能定位。比如设定为Top水平,那就应该达成 C-NCAP 五星+以及 C-IASI 优秀评级的目标。

2、安全性能目标设定。根据商品企划,设定各安全性能的目标。比如 C-NCAP 64kph 的40%偏置碰时,总分要达到多少,前排假人的各个关键伤害值应该达到多少。每一个安全相关的关键评价数据,都会设定一个目标,最后各个小目标合成为一个大的目标,比如 C-NCAP 五星。

3、性能计划。根据性能目标,将目标分解至各分总成的设计。比如,正碰时,防撞梁、吸能盒、纵梁的吸能要求,由性能集成团队分解要求给各工程设计团队。

4、零件、系统开发。根据性能计划,各零件、系统按照要求进行设计,并进行相关的单品安全试验。比如气囊、安全带、座椅的设计。

5、骡子车先行验证试验。在进行整车工程数据设计的同时,会在基准车的基础上进行手工改制,比如车体结构的更改、一些新安全配置增加,然后再进行碰撞试验,以验证一些变更较大的新设计方案的可行性。

6、试制车试验。在第一次工程数据冻结后,将进行一轮车辆的试制和试验。这一轮的试验数量较多,一般发生的 NG 问题也较多。通过车辆拆解、测量、解析、对策,解决掉 NG 问题之后,会进行第二轮的车辆试制试验。最终,在两轮试制试验之后,车辆将进入 SOP 的准备阶段。

7、目标达成度确认。通过试制试验之后,对安全性能目标进行确认,如果目标达成,则进入下一个阶段。这里需要高层领导参与决策。

8、外部标准试验阶段。一般在此阶段会进行 C-NCAP、C-IASI 的正式摸底试验,法检也早已完成。

9、商品、顾客。车辆完成开发,并 SOP、SOS 之后,就会作为商品进入市场,接受顾客的考验。在市场上的反馈,将被收集并反馈到车型的小改款或 MC 上,甚至反馈到整个品牌的工程设计或者产品策略上。打个比方,大概五年前,市场上对日系车低速碰撞损伤严重的抱怨非常大,也就是我们前面所说的 C-IASI 耐撞性与维修经济性较差。但经过市场的教育,日系车目前显然已经有所改善,类似的抱怨变得很少了。


下面让我们来看一些好玩的东西。



新闻稿的骡子车往往是上图这样的,但实际上,往往这种车不是骡子车,很可能是即将SOP的新车型了。




真正用于被动安全试验的骡子车可能是这样的,只不过发动机变速箱和内饰座椅等都有,但是可能都没有蒙皮,只做了车体结构的改制。



另外,还有一个比较有意思的,就是气囊误作动标定试验。内部一般会做几十种工况下的试验,采集数据交给 ACU 供应商进行气囊标定,以确保气囊在不需要点爆的时候,绝不能点爆。

比如公路与铁路交叉位置,车辆高速通过铁路,铁轨会对轮胎产生强烈的冲击,此时气囊的加速度传感器虽然检测到了这么大的加速度冲击,但 ACU 应该对此进行判断,而不能贸然的点爆气囊。

关于这个好玩的试验,我在下面这篇文章也进行了说明,大家可以看看。

zhihu.com/question/2685



未来新技术的展望,我想从两个方面来讲,一个是试验标准,一个是安全技术(配置)。



从 E-NCA P的 roadmap 可以知道,他们将于2020年导入 50kph 车对车的对碰试验。这个试验相对碰撞速度 100kph,为40%偏置对碰,从能量的角度就可知道其要求是非常高的。

这属于碰撞相容性试验(可参考我的一篇专栏文章zhuanlan.zhihu.com/p/31),但为了试验的一致性,没有使用实车对实车,而是使用移动壁障撞击目标车辆。

第二个还是 E-NCAP 2020年即将导入的侧碰远端乘员保护。现在的侧面碰撞,假人的伤害值只考虑被撞击侧,但实际上如果碰撞的远端也乘坐有人员,则两位乘员之间可能发生头与头的碰撞,这是非常危险的情况。因此,此次导入侧碰远端乘员保护的要求,是更贴近事故实际的,也能更好的提升车辆安全性。

第三个是美版 NCAP,NHTSA 在2019年即将导入的 90kph 35%重叠角度正碰,这也属于碰撞相容性的范畴,跟 E-NCAP 的对碰可以说是各分千秋。

对于中国 C-NCAP 来说,一般是跟随 E-NCAP 的技术路线,所以很有可能在2024年导入 E-NCAP 的对碰和侧碰远端乘员保护要求。

以下是相关试验的一些视频。



对于新的安全技术其实比较多,这里只列几种有产品的新技术。

第一个是预预紧安全带。这在奔驰 C200 等豪华品牌车型已经导入了。这个技术的特点在于跟主动安全相结合,在 AEB 预知碰撞风险时,预预紧安全带能自动提前收紧安全带,减少安全带与人体之间的间隙,并将乘员后拉贴紧座椅靠背,在碰撞最终无法避免的情况下,能够减少人体的向前位移量,最终减少乘员伤害。

第二个是行人保护主动弹起式机盖。对于一些性能车来说,发动机体积大,引擎盖与发动机本体或 12V 蓄电池之间的Z向空间较小。行人被碰撞时,头部撞击在引擎盖上,引擎盖变形后,由于下部空间下,则头部将撞击在发动机本体上,造成严重的头部伤害。

配备了主动弹起式机盖后,行人头部撞上引擎盖之前,引擎盖已经提前向上弹起,预留较大的 Z 向变形空间,从而减少行人的头部伤害。

第三个是行人保护气囊。前面已经了解到,引擎盖能够通过弹起减少行人头部伤害,而风挡玻璃对行人头部的伤害极小,所以车辆前端大部分区域对行人都不会形成致命伤害。但有一个地方例外,那就是 A 柱。

为了确保乘员舱的生存空间,A 柱一般都会选择高强度钢甚至热成型钢,强度、刚度非常大,如果行人头部撞在 A 柱,毋庸置疑会受重伤甚至直接死亡。

为了进一步减少行人的伤害,我们可以开发行人保护气囊,在行人头部撞上 A 柱之前,提前弹出气囊覆盖 A 柱以及风挡前部的高刚性部位,从而避免行人的致命伤害。



下面是这些先进技术的视频介绍,大家可以了解一下。



(上述视频是预紧安全带的说明,仅用作预预紧安全带的原理说明)



以上,是我今天的演讲,谢谢大家!

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随后,Quosan 与小鹏汽车仿真分析总监饶建鹏就小鹏汽车的被动安全展开了一轮对话。饶建鹏表示,“虽然我们是一家年轻的企业,一个年轻的品牌,但在安全这件事上,我们希望自己不仅不年轻,还要能走到行业前列。”



以下为对话实录:

Quosan:小鹏 G3 安全性的目标是怎样的?目前有没有达成?

饶建鹏:小鹏 G3 是在小鹏1.0基础上的升级迭代版本。不久前,我们刚刚在天津进行过一次 C-NCAP 的摸底,测试结果是非常理想的,不过由于这个成绩还不是最终的正式成绩,所以还不能公布,但是我相信小鹏 G3 碰撞测试的得分一定会排在前列。


Quosan:对 C-IASI 有应对吗?

饶建鹏:这个我们已经在着手准备了。说实话,刚开始我们并没有着重关注这个测试,因为 G3 是小鹏汽车第一款上市车型,而且时间非常紧。

不过凑巧地是,我们之前在解决前撞梁支撑不足问题的时候采取了分散力的设计,把纵梁和A柱进行了非常坚固的连接,这对 C-IASI 小偏置碰撞测试很有帮助。


小鹏 G3 偏置碰撞测试


Quosan:这个能理解,就算对于成熟的老牌车企来说,应对小偏置碰撞测试也很难,因为 C-IASI 发布的时间还比较短,而汽车又有自己的开发周期。那小鹏 G3 在被动安全方面有哪些亮点?

饶建鹏:刚才 Quosan 说了一个被动安全的新技术,预预紧安全带。其实这个配置一般是在非常豪华的车上才会有的,但我们在小鹏 G3 上已经能够实现了。小鹏G3将前向碰撞预警和预紧限力安全带结合,当前向碰撞预警系统监测到碰撞风险时,安全带先自动重复收紧松开提醒驾驶员。当接近障碍物或触发自动紧急制动时,安全带自动收紧提前约束驾驶员,减少碰撞事故中对乘员的伤害。

如果单说被动安全,材料方面,小鹏 G3 车身大量采用高强度材料,高强度钢占比达70%,其中980~1180Mpa超高强度钢板占比6.7%,1500Mpa热成型钢板占7.5%,在同级车中处于领先地位。

设计方面,我们采取了“多路径分散”的设计。好多传统汽车只有一根纵梁,纵梁是悬臂结构,这样带来的问题是,它会比较容易失稳,向一边倒;另外,在碰撞的时候,所有碰撞力都会通过这一根纵梁来传递,局部受力非常大,可能就会导致侵入量过大风险。

而小鹏 G3 是通过3个路径,前纵梁、副车架和上纵梁来进行分散力的设计。前纵梁与副车架、上纵梁牢固连接,再与前围横梁和A柱搭接,形成坚固的框架结构。在碰撞发生时,球笼式框架能够将碰撞力通过多路径分散,有效降低局部受力,减少前围侵入


Quosan:预预紧安全带的成本不低吧?

饶建鹏:成本确实比较高,但就像小鹏同学说过的一样,安全第一。虽然我们是一家年轻的企业,一个年轻的品牌,但在安全这件事上,我们希望自己不仅不年轻,还要能走到行业前列。

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以下为观众提问环节:



Q:这个前档对安全和整车结构有哪些影响?你们是怎么做的?

饶建鹏:大家通常会感觉玻璃比较脆,或者认为它是不安全的,但实际上我们采用的5mm厚度的玻璃是比较坚固的。另外,即使在传统车上,玻璃也不是碰撞力的主要传递路径。

这么大的前挡,那么A柱强度就一定要强,所以在这一块我们采用了热成型的材料。在偏置碰撞中,我们一定要保证乘员舱没有变形。可能你对侧碰有一些担心,其实我们和传统汽车的区别就在于顶盖外板,传统汽车的顶盖盖板是一个0.7毫米的铁板,它的强度也并没有多强。



Q:现在有轻量化的前挡是2毫米厚的,不知道小鹏会不会考虑使用?

饶建鹏:我现在还没法说小鹏一定会用或者一定不会用。不过我们选用一种材料的标准,一定是从技术的角度来评判它是否安全。


Q:您刚才说小鹏要保证安全,但如果从轻量化的角度考虑,其实前档可以改得小一些、薄一些,现在的我觉得太大了。

饶建鹏:您可能是站在安全、或者成本的角度考虑,希望它小,但我相信,在不降低安全性的前提下,大部分人都是希望它更大的,因为太空舱式的玻璃会带来更好的视野。事实上,无论是侧碰还是偏碰,还是其他测试,我们都是按照最严格的标准。


Quosan:我补充一点,从人机工程的角度来看,前方视野和上方视野是越大越好的。


Q:我之前在网上也看到过小鹏 G3,不过今天是第一次留意到车顶摄像头,能介绍一下这个摄像头的作用吗?

饶建鹏:小鹏 G3 车顶搭载的是360°摄像头,当你在路上遇到漂亮的风景,可以用这个摄像头把它拍下来,相信未来通过迭代,它会有更多有用、有趣的使用场景。

Q:那它有没有在主动、被动安全方面起到一些作用?

饶建鹏:这个问题很好,车顶多了一个摄像头,其实也相当于多了一个传感器,我们以后会把车周围所有的传感器进行整合,它不仅仅是一个拍照装备,更是主动安全重要的探测器。


小鹏 G3 车顶摄像头手势操控功能


Q:您刚才强调 A 柱的坚固性,据我了解,A柱也是导致驾驶员视觉盲区的主要因素。小鹏 G3 的A柱有什么特点或者创新点吗?

饶建鹏:首先回答第一个问题,A柱对安全性是非常重要的,A柱起到了对乘员舱支撑的作用,必须要坚固。您刚才说视野和盲区的问题,这两者其实是有一些矛盾的,所以我们需要做好平衡,在满足视野的情况下,我们对A柱加强板的形状进行了优化,A柱的界面进行了优化,采用了更强的材料。


Q:车顶摄像头凸出,我觉得可能会降低车辆的通过性,有没有可能做成可隐藏式的?

饶建鹏:感谢您的建议,确实有这个可能,这个问题我们会带回去讨论。虽然在实际应用中,这个问题出现的概率可能很小,但我们不会因为概率小就忽略。目前我们是第一家,也是唯一一家做车顶摄像头的厂商,可能没有做到完美,但是相信以后通过不断地优化, 我们能把它做得更漂亮,使用起来也更方便。



Q:主动安全不断发展的今天,被动安全应该如何发展?

Quosan:我了解到的,某汽车主机厂的愿景好像是0事故、0伤害。那怎么做到呢?只有大力发展主动安全技术,才能做到0事故;但是不管如何发展主动安全,事故总是难以避免,那被动安全发展的最终目的大概就是0伤害。

同时,随着主动安全的发展,目前主、被动安全是在不断融合的。比如前面所说的预预紧安全带,其实就是主被动安全相结合的典范。相信后续随着主动安全的发展,被动安全也会不断发展,并最终做到0事故、0伤害。

饶建鹏:主动安全和被动安全以后肯定会走向融合。对于主动和被动安全的结合我最近也在思考,比如在碰撞的时候,转向管柱会压溃,现在都是被动的,达到一定的力才会压溃,但其实这里面会有一些工业上的误差,可能无法达到最好的效果,以后是不是可以通过电子控制去把它做得更好呢?我相信小鹏汽车未来对主动安全和被动安全融合的探索一定会走在行业的前列。

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这是小鹏汽车广州车展第二场沙龙的内容,接下来还有关于新能源汽车历史和现状、汽车销售和选购、自动驾驶的三篇内容将会陆续更新,请大家持续关注我们的知乎机构号哦~


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