深度分析

2019

03/22

深度分析

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2019-03-22 09:39:57

汽车安全路向何方

    他很忙。 

    新春将至,学生返乡。完成了一学期教学任务,他的工作节奏并没有因此慢下来。

    刚从欧洲出差回北京,下周又要奔赴西安参加“道路交通安全共享平台第四届道路交通安全论坛”。

    教学与科研两手抓,身为学者,他有自己的态度。攻克技术壁垒,筑牢安全防线,入行30多年,他依然坚持本心。

    新时代需要新担当。在汽车领域,小型化、轻量化、电动化和智能化的发展趋势,给汽车安全和人体碰撞保护带来了新的技术挑战。他带团队开展课题研究,并对接国际学术前沿,梳理汽车电动化和交通智能化给汽车碰撞安全保护带来的挑战,并提供解决方案。

    周五下午四点,错开工作“高峰期”,《产品安全与召回》记者终于在清华大学汽车碰撞实验室见到了他——清华大学教授周青。整个采访过程轻松又自然,采访最后,周教授在实验室还向记者介绍了电池碰撞试验的各个环节,不禁想起此前学生对他的评价“至真,至善,至亲”,记者亲历,所言非虚。

 

    【人物简介】周青,1985年本科毕业于北京大学力学专业,1994年获得麻省理工学院应用力学专业博士学位。1994年至1999年在美国通用汽车公司研发中心工作,1999年至2003年在美国联邦政府交通部Volpe研究中心工作,2003年开始在清华大学汽车工程系任教。研究领域为汽车碰撞安全、人体碰撞保护、轻量化材料和结构在碰撞载荷下的大变形失效、电池碰撞安全等。

    轻量化对汽车安全利大于弊

    中国汽车工业协会数据显示,2018年,我国汽车产销分别为2780.9万辆和2808.1万辆,连续10年全球第一。公安部交通管理局1月11日发布的数据显示,截至2018年底,我国汽车保有量已达2.4亿辆。庞大的数据背后,能源消耗量也在不断增长。

    近年来,随着化石能源消耗、温室气体排放导致全球变暖效应的不断加剧,节能减排已经成为我国乃至全球的主要议题。

    2016年,我国正式实施第四阶段油耗标准,并规定到2020年乘用车平均油耗降至5.0L/100KM。但近两年,乘用车企业平均燃料消耗量并不理想。工信部等4部委联合发布的《2017年度中国乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分情况》显示,56家车企平均燃料消耗量不达标。

    “汽车轻量化为汽车节能减排提供了技术路径。”周青告诉记者。据业内统计估测,汽车整车重量若减少10%,能节油6%-8%,油耗降低0.3~0.6L/100km,二氧化碳排放降低5~8g。“不仅是传统燃油车,电动汽车设计同样要考虑轻量化,否则只会越来越重。”

    目前,消费者普遍对汽车轻量化有误解。周青解释,汽车既不是越重越安全,也不是越轻越安全,总体来看,汽车轻量化对道路交通安全利大于弊。

    分析历年交通事故原因可以发现,涉及人员伤亡的道路交通事故中,单车事故占比较大,而非小车撞大车。同时,在道路交通环境中,行人及二轮车相对弱势。如果能够推动降低道路车辆的平均重量,就能在一定程度上减少道路交通事故中的净伤亡数量。

    “在推进汽车轻量化过程中,节能减排与安全始终要兼顾。”周青一再强调,“这也是我们一直在研究的问题,比如,允许使用高强钢、镁合金、碳纤维复合材料等材料和技术,同时,我们要对这些材料和结构在碰撞载荷下的破坏行为有预测能力,进而不断改善与完善。”

    对电池失效短路进行重点防护

    2018年,我国新能源汽车产销量逆市上扬,保有量达261万辆,占我国汽车总保有量的1.1%。与此同时,新能源汽车产品的安全问题逐渐凸显。特别是2018年以来,电动汽车安全事故呈现上升的态势。如果任其发展,到2030年,新能源汽车保有量可能突破1亿辆,大批量的安全问题及事故或将集中爆发。

    发展新能源汽车是实现我国汽车产业转型升级的重要路径之一,也给汽车碰撞安全性设计提出了更大的技术挑战。

    “在电动化方面,与我们高度相关的是电池的碰撞安全。”周青指出,为了提升行驶里程,绝大多数电动汽车厂商在动力电池组中都采用了具有高能量密度的锂离子电池。而高能量势必带来碰撞事故中的高风险,国内外数起电动汽车碰撞事故都展示了动力电池组短路起火后带来的灾难性后果。

    周青向记者梳理了电动汽车事故中对电池起火风险较高的三种形态:侧面碰撞、托底工况和底部冲击工况。所谓托底工况和底部冲击工况,是电动车的底部受到撞击。大部分电动汽车生产商在设计电池箱布局的时候,都把电池箱放在乘员室的下方或者偏后方,以使电动汽车在正面碰撞和追尾碰撞时,电池箱和电池单体受影响较小,这样的布置使得电池箱最薄弱部分变成来自车辆底部的冲击。早在2013年,特斯拉Model S就曾因路面异物弹起刺伤电池箱而引发起火事故。

    “除了从设计、制造、工艺等方面加强电池系统的管理,我们也需要对动力电池在经历挤压变形时可能发生的失效短路进行重点防护。”据周青介绍,从2011年开始,周青带领团队开始对锂离子动力电池在机械载荷下,特别是冲击载荷下的变形失效行为进行了深入的研究,积累了大量的学术成果。与此同时,与长安、上汽、大众、福特等十几家整车厂、电池供应商展开合作,将成果落地,应用到市场。

    去年11月8日,由清华大学、长安、上汽、清华大学苏州汽车研究院联合申请研发的项目《汽车结构与动力电池碰撞安全关键技术研究及应用》荣获2018年度“中国汽车工业科学技术奖”科技进步二等奖。

    制定专门的电动汽车评价标准

    “电动汽车发展还有一个挑战,但是一直被忽视。”周青严肃地说,“电动汽车的碰撞安全该如何评价?”

    目前,针对电动汽车碰撞安全的法规或标准尚不完善,对于电池碰撞安全的评价也就无从谈起。反观传统燃油车领域,正面碰撞、侧面碰撞和后碰撞三位一体,且逐步完善。其中2006年7月1日实施的《乘用车后碰撞燃油系统安全要求》(GB 20072-2006)对汽车碰撞速度和性能指标等提出了一系列具体的要求,本质上就是为了保护油箱。

    电动汽车最大的隐患在于电池受到撞击后,电池会变形、起火甚至爆炸,这对汽车的安全带来了巨大的隐患。

    “电动车上的电池类似燃油车上的油箱,当前很多车企在电池碰撞上参考保护人的技术法规并不准确,最起码应该参考油箱的碰撞保护。”对于电池的碰撞保护速度,周青告诉记者,“我觉得恐怕得100km/h。针对人体的碰撞保护一般在60km/h的速度工况下评价,而在80km/h或者更高一些的碰撞速度下,多数乘员可以生存,但可能发生重伤,我们不希望在这样的事故中电池发生起火。”

    碰撞速度只是评价标准中的一个指标,最终的评价标准会很复杂。周青强调:“在产业发展初期,我们应该着重考虑这个标准该怎么制定,这是电动汽车产业可持续发展的基础。这个挑战非常急迫,因为中国的产业政策推动电动汽车保有量增长得很快,如果不尽快解决,未来更多的产品安全问题会凸显。”

    自动驾驶安全面临严峻挑战

    有数据显示,目前大约90%的汽车道路交通事故是由驾驶员的失误引起的。作为高度融合的代表,智能网联汽车不仅是我国汽车产业转型的突破口,还在道路交通安全方面被寄予厚望。未来自动驾驶普及后,或将从根源上遏制安全事故。

    “这种逻辑是不成立的。”周青对此观点给予驳斥,“自动驾驶或者无人驾驶,又可以称为‘电脑’汽车,电脑取代人的位置,只是把错误源给替换了而已。我们常用的电脑和手机软件和硬件犯得错误无穷无尽,你怎么保证电脑开车不犯错?”

    此外,在向智能交通过渡阶段,因为自动驾驶车对风险的判断与有人驾驶车的判断不一致也可能导致交通事故。即使是在智能交通已经发展成熟的阶段,系统本身的故障和一些不可预知的外界因素,都可能对驾乘安全造成影响。

    早在四五年前,周青已经提出这个观点。“为什么这么说?电脑与人最大的区别是不犯重复性的问题,而未知就是最大的麻烦。”周青指出,未来一辆汽车里可能有几百万行程序,都是人编制的,不可能不出错。甚至更正一个错误,会诱发其他几百个程序点出现错误,“这不仅是对智能驾驶汽车的挑战,也是对未来软件行业的挑战。”

    未来汽车安全路向何方?周青给出了解决方案:“自动驾驶和智能网联做到80分的安全,通过碰撞安全把剩下那20分补上。”在智能驾驶时代,汽车获取的信息量比以前大很多,“在碰撞前半秒或者前1~2秒,我们能够采集到大量的信息,包括行车环境,人的身高、体重、坐姿等,可以提前分析、预判事故的发生,并采取相应的保护措施,减轻事故伤害,更好地保护人身安全。当然这是要经过深入研发才可能实现的事情。”周青对“电脑”汽车碰撞研究充满了信心和期待。

    标准制定要增加中国元素

    汽车碰撞安全标准是检验或评价汽车碰撞安全性能的重要依据,它不但对汽车制造商具有法律上的约束性,也能够促进汽车安全性能的提高。

    2004年6月1日,我国参照欧洲ECE R94法规制定的国家强制性标准《乘用车正面碰撞的乘员保护》正式出台,标志着我国真正拥有了自己的汽车正面碰撞标准。2006年1月18日,《汽车侧面碰撞的乘员保护》和《乘用车后碰撞燃油系统安全要求》两项国家强制性标准发布,并于2006年7月1日起正式实施。此后,汽车正面碰撞、侧面碰撞及后碰撞三位一体的汽车碰撞国家强制性标准体系不断完善。

    我国还分别于2009年和2013年颁布了国家推荐性标准《汽车对行人的碰撞保护》和行业推荐性标准《汽车对行人的碰撞保护试验规程》,加强了对行人的碰撞保护。

    “我国对道路交通安全法规和标准制定及实施非常重视,但总体来看,前期我们是借鉴国外标准,安全标准体系建设仍相对落后。”其中,让周青深有感触的是,中国汽车产业已经快速发展了二十年,产销规模已经连续多年位居世界第一,但是在碰撞测试中使用的假人还是参照国外标准设计制定的。

    事实上,早在十多年前,周青就开始呼吁研制符合中国体征的碰撞假人,但是当时无论是技术储备,还是创新意识都不够,几乎没有人响应与反馈。

    直到2017年,各部委领导对该项研究给予了高度重视和肯定。2017年12月12日,由工信部、科技部和中国汽车工程学会指导,中国汽车技术研究中心主办的中国体征碰撞假人工作组成立大会暨第一次会议在北京召开。2018年6月29日,中国体征碰撞假人工作组第二次会议在云南昆明召开。周青是这个工作组的主要推动人之一。

    “进行标准制定方面的研发,有利于自主技术的提升,可以提供有针对性的碰撞保护以应对复杂碰撞工况、多样化的乘坐环境以及多种乘员的身材和姿态。”周青强调,“不管是安全标准,还是排放标准,都应该结合中国路况,中国的驾驶员行为、身材尺寸等,不断地增加中国元素。”

    召回是质量管理体系的一部分

    2018年我国召回缺陷汽车221次,涉及1251.28万辆。其中,有31起涉及碰撞安全隐患。

    “从消费者角度,车企主动召回越来越多是好事,召回得越多,说明车企越重视安全。”周青指出,车企基本上每做一次主动召回,在消费者心目中的安全感和品牌形象就会提升一个台阶,这是召回发展良性的必然结果。

    同时,召回又是技术改进的过程,企业通过召回在质量管理方面应该思考更多。早在几年前,就因为一个工程师的“修改零件而不改组件编号”的行为,直接妨碍了通用去寻找问题,以至于延缓了其召回的时间,给公司造成了更大的损失。

    “诸如此类事件给了车企很多教训,是否对顾客和员工反映的问题建立了一套完善的机制?是否足够重视客户和员工的投诉?是否严格执行任何设计变更必须更改零件号码的标准作业?同时也要检查,规章的流程是否太过繁琐,以至于员工都不想去按流程操作?”周青提出疑问。

    周青认为,召回属于企业质量管理体系的一部分,要及时发现问题,并不断完善,从根本上改变经营与管理才能保证技术的及时跟进,并消除缺陷,否则就可能延缓召回时间,招致负面影响。

【来源:产品安全与召回】

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THE END

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