第八章安全性試驗CONTENTS目錄第一節(jié)整車碰撞試驗第二節(jié)電磁兼容試驗第三節(jié)車內(nèi)空氣質(zhì)量試驗第四節(jié)安全性試驗實例汽車的安全性一直是人們關(guān)注的焦點，隨著現(xiàn)代汽車各種性能的提升和功能的發(fā)展，也引發(fā)了諸多安全風險。新能源汽車的安全性涉及內(nèi)容較廣，包括主動安全、被動安全、電安全、功能安全、預期功能安全、信息安全等。本章將著重介紹整車級別的三類安全性試驗，即整車碰撞試驗、電磁兼容試驗、車內(nèi)空氣質(zhì)量試驗。引言整車碰撞試驗第一節(jié)試驗類別試驗標準及評價試驗設(shè)備試驗原理車與固定壁障碰撞試驗整車碰撞試驗通常是在專業(yè)試驗室內(nèi)實車模擬各類典型道路交通事故工況。隨著對道路交通事故的深入研究以及新能源汽車的快速推廣，碰撞安全試驗項目由正碰、側(cè)碰、尾碰擴展到柱碰、兩車對碰、翻滾、側(cè)面柱碰、電池包撞擊等試驗，評價對象也從對車內(nèi)駕乘人員保護，延伸到車內(nèi)外所有人員甚至物體的防護。第一節(jié)

整車碰撞試驗第一節(jié)整車碰撞試驗一

、試驗類別

整車碰撞試驗主要分為車與固定壁障碰撞試驗、車與移動壁障碰撞試驗、車對車碰撞試驗、行人碰撞保護試驗、整車翻滾試驗以及刮底撞擊試驗等，如右圖所示。第一節(jié)整車碰撞試驗1.車與固定壁障碰撞試驗其核心為評價試驗車輛對車內(nèi)乘員的保護。對于電動汽車，由于側(cè)面與電池包的距離較近，側(cè)面柱碰撞試驗非常重要。主要場景如下：第一節(jié)整車碰撞試驗2.車與移動壁障碰撞試驗該試驗主要考察車輛側(cè)面結(jié)構(gòu)、約束系統(tǒng)、油箱、相容性，同時考核電池包的安全性能。主要試驗場景如下：第一節(jié)整車碰撞試驗3.車對車碰撞試驗該試驗主要采集車輛沖擊力的傳遞路徑、吸能零部件的變形、車輛標定階段的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，同時考核車輛的相容性。試驗工況分為0°和多角度（如15°、30°）等多種模式。第一節(jié)整車碰撞試驗4.行人碰撞保護試驗用于評估車輛在與行人發(fā)生碰撞時對行人頭部、腿部等關(guān)鍵部位保護能力的重要環(huán)節(jié)，其核心目標是通過標準化試驗降低行人傷亡風險。主要測試項目為：頭部碰撞試驗（成人頭型、兒童頭型）、腿部碰撞試驗（上腿型、下腿型）試驗場景如圖所示。行人碰撞保護試驗場景第一節(jié)整車碰撞試驗5.整車翻滾試驗該試驗主要將車輛置于特定的試驗條件下，模擬翻滾事故的發(fā)生，主要考察車身結(jié)構(gòu)、約束系統(tǒng)和泄漏情況。該試驗有邊坡翻滾、螺旋翻滾、馬路牙絆翻、沙坑絆翻四種工況。試驗場景如圖所示。整車翻滾試驗場景第一節(jié)整車碰撞試驗6.刮底撞擊試驗該試驗主要模擬車輛掠過凹坑、凸起物或者石頭路面，此時車輛底部容易受到撞擊和剮蹭，而電池包通常安裝在車輛底部，因此帶來帶來極大的安全隱患。試驗場景如下圖所示，分為車頭方向和車尾方向兩種工況。刮底撞擊試驗場景第一節(jié)整車碰撞試驗二、試驗標準及評價

1.國家標準整車碰撞試驗主要依據(jù)相關(guān)國家標準和第三方評價規(guī)程進行。第一節(jié)整車碰撞試驗2.第三方評價規(guī)程整車碰撞試驗主要參考的第三方評價規(guī)程有中國新車評價規(guī)程(C-NCAP)和中國保險汽車安全指數(shù)（C-IASI），其中的整車碰撞安全試驗項目更全，條件要求更加苛刻，評價（評分）標準更加嚴格，結(jié)果可信度較高，獲得行業(yè)內(nèi)較一致的認可，是對國家標準的補充。中國新車評價規(guī)程從乘員保護、弱勢道路使用者(VRU)保護和主動安全三大板塊進行綜合評價。中國保險汽車安全指數(shù)按照耐撞性與維修經(jīng)濟性指數(shù)、車內(nèi)乘員安全指數(shù)、車外行人安全指數(shù)、車輛輔助安全指數(shù)四項指數(shù)分別給出評價結(jié)果。第一節(jié)整車碰撞試驗三、試驗設(shè)備

1.牽引系統(tǒng)牽引系統(tǒng)由牽引電機、液壓張緊系統(tǒng)、牽引鋼絲繩、牽引軌道、控制軟件等組成，用于牽引試驗車輛達到標準規(guī)定的加速度和試驗速度，并保證整個碰撞過程的偏移量(橫向、縱向)在規(guī)定的范圍內(nèi)。2.高速攝像系統(tǒng)高速攝像系統(tǒng)由相機、控制分析軟件、觸發(fā)裝置等組成，用于拍攝車輛試驗過程中的運動情況，記錄假人在車輛碰撞瞬間的運動姿態(tài)及車身結(jié)構(gòu)的破壞過程。試驗牽引系統(tǒng)高速攝像系統(tǒng)系統(tǒng)第一節(jié)整車碰撞試驗三、試驗設(shè)備

4.試驗假人系統(tǒng)試驗假人系統(tǒng)由假人、標定系統(tǒng)、數(shù)采系統(tǒng)、控制軟件等組成，用于在碰撞試驗中模擬真人，檢測碰撞時刻各種物理量，評價車輛對駕乘人員的保護能力。試驗假人系統(tǒng)3.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由數(shù)采單元、點爆單元和控制軟件等組成，用于采集和處理車載傳感器和假人傷害值數(shù)據(jù)，同時可代替氣囊控制器用于試驗中點爆安全氣囊。試驗數(shù)采及傳感器第一節(jié)整車碰撞試驗三、試驗設(shè)備

5.車身形變量測量系統(tǒng)車身形變量測量系統(tǒng)由探針、紅外相機、標準測量墻及控制軟件組成，如下圖所示，用于測量車身、底盤等碰撞區(qū)域的形變量。該系統(tǒng)也可以用三坐標測量儀替代。車身形變量測量系統(tǒng)6.燈光照明系統(tǒng)燈光照明系統(tǒng)由燈管、燈管移動支架、控制軟件等組成，用于為高速相機提供補光照明。燈光照明系統(tǒng)第一節(jié)整車碰撞試驗三、試驗設(shè)備

7.電安全測量系統(tǒng)電安全測量系統(tǒng)由數(shù)采單元、觸發(fā)單元及控制軟件組成，用于測量試驗過程中的電壓、絕緣電阻和電能。8.車輛保溫間車輛保溫間由保溫箱、空調(diào)系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、電器控制(柜)系統(tǒng)以及安全保護系統(tǒng)組成，用于對調(diào)節(jié)完成后的試驗假人進行保溫。電安全測量系統(tǒng)車輛保溫間試

驗

車

輛

保

溫

間第一節(jié)整車碰撞試驗四、試驗原理

整車碰撞試驗示意圖整車碰撞試驗類似于彈弓的彈射原理，如圖所示。試驗車輛與牽引系統(tǒng)連接，由牽引系統(tǒng)拖曳運行，經(jīng)過勻加速和勻速行駛兩個階段。當達到設(shè)定的碰撞速度時，牽引系統(tǒng)和試驗車輛自動分離，試驗車輛借助慣性自由運行并與試驗壁障發(fā)生碰撞。第一節(jié)整車碰撞試驗五、車與固定壁障碰撞試驗（正面100%重疊剛性壁障）1.試驗執(zhí)行（1）車輛準備。（2）試驗設(shè)備安裝。（3）座椅及假人安放調(diào)節(jié)。（4）準備好消防預案。（5）確認車輛位置。（6）確認車輛狀態(tài)。（7）確認試驗設(shè)備狀態(tài)。以上確認完畢后，安全倒計時10s，啟動牽引系統(tǒng)，帶動試驗車輛與固定壁障正面碰撞。試驗后車輛外部照片試驗后車輛內(nèi)部照片第一節(jié)整車碰撞試驗2.試驗結(jié)果分析和評價（1）檢查汽車結(jié)構(gòu)，分析車身、發(fā)動機艙、懸架、防火墻等區(qū)域特定點形變量大??；（2）檢查車輛車輛緊急呼叫系統(tǒng)（E-Call）；（3）測量電安全，分析車身各部位加速度、位移、電流、電壓等參數(shù)；（4）處理假人數(shù)據(jù)，并對傷害值進行分析、處理；（5）分析高速攝像機捕捉到的車身結(jié)構(gòu)破壞過程、假人運動姿態(tài)以及假人接觸位置；（6）按照試驗速度、試驗偏移量、假人傷害值、車輛結(jié)構(gòu)變形、電安全、緊急呼救功能、車門開啟狀態(tài)等方面，對正面100%重疊剛性壁障整車碰撞試驗結(jié)果進行總體評價（評分）。電磁兼容試驗第二節(jié)試驗類別試驗原理試驗標準及評價試驗場地試驗設(shè)備輻射抗擾度試驗輔助駕駛功能的輻射抗擾度試驗汽車電磁場人體防護試驗電磁兼容性（EMC）指的是車輛、電子電器系統(tǒng)或部件在電磁環(huán)境中能正常工作，且不影響環(huán)境中其他電子電器系統(tǒng)或部件正常工作的能力。電磁兼容試驗的目的是確保汽車具有良好的電磁兼容性。如果一個車輛、系統(tǒng)或部件本身的電磁干擾超出了規(guī)定的限值，可能會對周圍的其他設(shè)備產(chǎn)生干擾，極端情況下可能會對人員造成傷害或設(shè)備損壞；如果其本身抗干擾性能較差，可能會受到其他電子電器設(shè)備的干擾，從而產(chǎn)生一定的功能異?；驌p壞。新能源汽車電磁兼容試驗的研究范疇第二節(jié)電磁兼容試驗第二節(jié)電磁兼容試驗一、試驗類別汽車電磁兼容安全試驗主要分為電磁干擾（EMI）和電磁抗擾（EMS）兩類，又分別包括傳導和輻射兩種信號傳播方式。電磁干擾類試驗主要評估汽車在運行過程中產(chǎn)生的電磁輻射和傳導發(fā)射水平。電磁抗擾類試驗主要評估汽車在受到外部電磁干擾時的穩(wěn)定性和性能表現(xiàn)。電磁兼容試驗的分類第二節(jié)電磁兼容試驗二、試驗原理為了便于理解和研究電磁兼容試驗的原理，將干擾源(發(fā)射部件)理解為一個發(fā)射天線，將敏感設(shè)備(接收部件)理解為一個接收天線，而信號傳播途徑又分為輻射耦合和傳導耦合兩種方式，從而得到一個簡化的試驗原理模型，如圖所示。電磁兼容試驗原理模型第二節(jié)電磁兼容試驗三、試驗標準及評價電磁兼容試驗常用的國家標準及其與國際標準的對應關(guān)系見右表。相對于國家標準和國際標準，電磁兼容的企業(yè)標準更為嚴格。一些權(quán)威檢測機構(gòu)也推出了涵蓋電磁兼容項目的新能源汽車的行業(yè)標準，如EV-TEST、六維電安全等，也受到了行業(yè)的高度認可。第二節(jié)電磁兼容試驗對于汽車的電磁抗擾類試驗，通常可分為A～E五個等級來評價汽車各功能件的抗擾性能。汽車上的功能件通常按功能重要性分為I～IV四類。對于汽車的電磁干擾類試驗，其評價方式主要是與標準限值進行對比，驗證其是否合格。三、試驗標準及評價第二節(jié)電磁兼容試驗四、試驗場地1.開闊場開闊場是平坦、空曠、地面鋪設(shè)金屬鋼板、四周無任何反射物的戶外試驗場地。理想的開闊場具有良好的導電性，面積無限大，接收天線接收到的信號是直射路徑和反射路徑信號的總和。開闊場是早期開展電磁兼容研究的主要場所。但在實際應用中，戶外試驗場地的面積不可能無限大，必然存在不期望的反射，且容易受廣播、通信等無線電干擾，受天氣情況影響較大。因此現(xiàn)在主要使用實驗室來模擬理想的開闊場環(huán)境。開闊場電磁兼容實驗室外景第二節(jié)電磁兼容試驗2.半電波暗室電波暗室分為全電波暗室和半電波暗室，都是經(jīng)過屏蔽設(shè)計的六面盒狀建筑體，內(nèi)部安裝有吸波材料，通常是房中房結(jié)構(gòu)。兩者不同之處在于，全電波暗室地面鋪設(shè)了吸波材料，而半電波暗室的地面使用金屬導電地板，不覆蓋吸波材料。與全電波暗室相比，半電波暗室的場地更接近于理想的開闊場條件，是目前比較理想的電磁兼容測試場地。實驗室內(nèi)通常配置轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)，用于模擬車輛各種使用工況。半電波暗室內(nèi)景轉(zhuǎn)臺的外部和內(nèi)部示意圖第二節(jié)電磁兼容試驗3.屏蔽室屏蔽室是內(nèi)部不安裝吸波材料的暗室，其主要的性能指標為屏蔽效能，常用于做常規(guī)的傳導類試驗，不可以做輻射類試驗。4.混響室混響室也稱混波室，是使用高電導率材料組成的金屬屏蔽腔體，并且配置有攪拌器（可繞軸旋轉(zhuǎn)的金屬葉片），可以通過攪拌器的旋轉(zhuǎn)完成對天線發(fā)射電磁波的多次反射和疊加，從而模擬復雜的電磁環(huán)境，目前主要用于電氣電子部件的抗擾性能驗證。零部件及整車混響室屏蔽室第二節(jié)電磁兼容試驗五、試驗設(shè)備1.電磁干擾類試驗設(shè)備(1)接收天線接收天線在電磁兼容試驗中用于接收車輛對外發(fā)出的電磁波，并將接收到的電壓信號傳給數(shù)據(jù)采集設(shè)備，經(jīng)計算處理得到測試數(shù)據(jù)。寬帶天線磁場天線第二節(jié)電磁兼容試驗(2)接收機接收機主要用于對天線接收到的射頻電磁信號根據(jù)需要進行檢波處理，抑制所有不需要的噪聲，并輸出不同類型的信號值。(3)電流探頭電流探頭是利用安培定律原理來測量電流的設(shè)備。它由一個平均分成兩部分的鐵氧體芯構(gòu)成，通過合頁連接在一起并通過一個夾子來閉合，如下圖所示。ESU26接收機電流探頭1.電磁干擾類試驗設(shè)備第二節(jié)電磁兼容試驗2.電磁抗擾類試驗設(shè)備信號發(fā)生器對數(shù)周期天線電流注入鉗靜電發(fā)生器(1)信號發(fā)生器：用在抗擾性測試中，用于產(chǎn)生各項標準中規(guī)定的測試干擾波形，根據(jù)不同的試驗要求，輸出不同頻段、不同調(diào)制類型的波形信號。(2)干擾信號施加設(shè)備：根據(jù)試驗項目的不同，常見的干擾信號施加設(shè)備有電流注入鉗、發(fā)射天線和靜電發(fā)生器。第二節(jié)電磁兼容試驗3.其他試驗設(shè)備(1)場強探頭：主要用于輻射抗擾性測試。其功能主要是對天線發(fā)出的電磁波強度進行測量，以及在試驗中對各位置電磁波強度大小進行監(jiān)控。(2)功率探頭：主要用于電磁抗擾性測試中，對功率放大器輸入/輸出、天線輸入/輸出功率進行實時的監(jiān)測記錄，以便于隨時調(diào)節(jié)信號強度。(3)人工電源網(wǎng)絡(luò)：又稱電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)，在測試時串接在被測設(shè)備電源進線處，能夠在特定頻率范圍內(nèi)為干擾電壓的測量提供規(guī)定的負載阻抗，并使被測設(shè)備與電源相互電氣隔離，同時提供干擾電壓的測量端口。功率探頭場強探頭人工電源網(wǎng)絡(luò)第二節(jié)電磁兼容試驗六、輻射抗擾度試驗1.試驗準備(1)制定試驗計劃：包括：試驗布置、頻率范圍、參考點、車輛工作模式、評價標準、試驗嚴酷等級的定義、調(diào)制方式、極化方向、其他特別說明以及相對標準試驗的差異。試驗目的：檢驗車載電子設(shè)備在受到環(huán)境中電磁輻射時的抗干擾能力。這些電磁輻射可能會耦合到電子設(shè)備線路上產(chǎn)生干擾電壓，嚴重時將影響電子設(shè)備的正常工作。輻射干擾的主要來源包括：車內(nèi)通信終端、車載電子設(shè)備以及車外電磁輻射設(shè)備（例如無線電發(fā)射基站等）。信號調(diào)制第二節(jié)電磁兼容試驗(2)場強校準輻射抗擾度試驗通常都使用替代法，因此需要提前進行場強校準。按照測試頻段和天線類型，場強校準分為單探頭法和四探頭法。通常10kHz～20MHz以及2～18GHz，應用單探頭法校準；20MHz～2GHz，使用四探頭法進行校準。四探頭法中使用垂直參考線的概念，取4個探頭讀數(shù)平均值作為校準值。單探頭法四探頭法第二節(jié)電磁兼容試驗（3）試驗布置輻射抗擾度試驗布置如圖所示，實驗系統(tǒng)由信號發(fā)生器、射頻功率放大器、定向耦合器、功率計、場發(fā)生器(輻射天線)和場強探頭、場強表等設(shè)備組成。試驗時，信號發(fā)生器會發(fā)出符合標準要求的信號，經(jīng)功率放大器放大后，通過射頻線纜經(jīng)定向耦合器、穿墻板傳遞給場發(fā)生器，再由場發(fā)生器對被測車輛施加相應強度的干擾場強。輻射抗擾度試驗布置示意圖功率放大器第二節(jié)電磁兼容試驗2.試驗執(zhí)行將車輛及相關(guān)設(shè)備置于對應位置，運行車輛及各電子電器部件，按照預定的強度值向待測車輛施加干擾信號。完成試驗計劃中規(guī)定的所有頻率、調(diào)制方式、極化方向、車輛方向和天線位置的試驗。試驗時應模擬車輛各種可能的工作模式，例如充電、行駛等工況，使計劃考察的部件工作在正常狀態(tài)，并記錄。3.試驗結(jié)果分析與評價根據(jù)抗擾性能等級判定規(guī)則，對各電子電氣類功能件進行抗擾性能等級判定。對于抗擾性能等級不滿足設(shè)計要求的部件，需要進行記錄并反饋。第二節(jié)電磁兼容試驗七、輔助駕駛功能的輻射抗擾度試驗輔助駕駛功能的穩(wěn)定運行和抗干擾性能是嚴峻的挑戰(zhàn)。對于車輛輔助駕駛功能的輻射抗擾度試驗，其關(guān)鍵在于如何在暗室內(nèi)實現(xiàn)功能的激活，同時實時自動監(jiān)控。駕駛輔助功能激活及抗擾測試監(jiān)控方案駕駛輔助功能抗擾試驗現(xiàn)場第二節(jié)電磁兼容試驗八、汽車電磁場人體防護試驗1.試驗準備（1）測試工況