纯电动客车尾部碰撞安全防护结构设计.pdf
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1、 10.16638/ki.1671-7988.2023.018.012 10.16638/ki.1671-7988.2023.018.012 纯电动客车尾部碰撞安全防护结构设计 崔崇桢,李建平(宇通客车股份有限公司,河南 郑州 450001)摘要:纯电动客车尾部布置有动力电池、整车控制器、高压配电盒等高压零部件,在遭受卡车、公交车等大型车辆追尾碰撞时容易产生短路、漏电,甚至电池起火。为了提升和评估纯电动客车尾部结构防护效果,文章采用卡车以 100%和 30%重叠率追尾电动客车的仿真方法分析了客车尾部结构变形,并设计了吸能结构、碰撞传力结构改善电动客车尾部碰撞安全性。从仿真分析结果来看,客车尾部
2、结构的变形量显著减小,纯电动客车尾部动力电池、高压配电盒等高压零部件被挤压损坏的风险降低。关键词:纯电动客车;尾部碰撞;吸能结构;动力电池 中图分类号:U469.13 文献标识码:A 文章编号:1671-7988(2023)18-56-06 Design of Safety Protection Structure of Pure Electric Bus in Rear End Impact CUI Chongzhen,LI Jianping(Yutong Bus Company Limited,Zhengzhou 450001,China)Abstract:Power battery pa
3、cks,vehicle control unit and power distribution unit of pure electric bus are always located at its rear end.Short circuit,leakage of electricity and fire would occur when the rear end of pure electric bus is impacted by truck or bus.In order to improve and evaluate the protection effect of pure ele
4、ctric bus rear end structure,the simulation method of rear impact by truck with 100%and 30%overlap is used to analyze the rear end structure deformation of electric bus.The energy absorption structures and impact force transfer structures are designed to improve electric bus safety in rear end impac
5、t.The simulation results show that the deformation of bus rear ear structures and the damage risk of battery packs,power distribution unit of pure electric bus are decreased obviously.Keywords:Pure electric bus;Rear end impact;Energy absorption structures;Power battery 近年来纯电动客车在我国大中小城市迅速普及,已经成为人们日常出
6、行的重要交通工具。由于客车质量大,搭载的动力电池电量也较高,电池箱一般布置在前后轴中间的乘客舱下部、车辆尾部、顶部等,整车控制器、高压配电盒等高压零部件常布置在尾部舱体内。一旦发生侧面、尾部碰撞等安全事故,会造成高压零部件和动力电池挤压损坏,产生短路、漏电、起火、爆炸等危作者简介:崔崇桢(1984),男,博士,高级工程师,研究方向为汽车安全技术,E-mail:。第 18 期 崔崇桢,等:纯电动客车尾部碰撞安全防护结构设计 57 险情况,危及车内的乘客1。为了提升电动客车安全性,2016 年工信部组织制定了电动客车安全技术条件,并于 2020 年 5 月正式发布了电动客车安全要求(GB 3803
7、22020)。在碰撞安全性方面,参考乘用车侧面碰撞安全性试验方法,要求电动客车最薄弱位置应满足 950 kg 移动变形壁障碰撞后不起火、不爆炸2-3。在纯电动客车碰撞安全性研究方面,王震坡等4采用仿真分析的方法对纯电动客车的侧面碰撞安全性进行了研究,指出了电池舱门骨架刚度小、电池模块固定能力差、碰撞区侧围骨架缓冲吸能能力弱等是影响侧碰电池安全性的主要因素;胡付超等5根据电动客车安全技术条件要求,针对某 12 m 纯电动城市客车侧面碰撞安全性进行了仿真分析和改进研究;郭慧6采用碰撞相容性方法研究了乘用车追尾纯电动公交事故,并提出了纯电动客车尾部电池箱防护结构的改进方案。以上研究主要针对乘用车与电
8、动客车侧面和尾部碰撞事故,而电动客车在停靠站、正常运行过程中被卡车、公交车等大型车辆追尾起火的事故时有发生,采用乘用车追尾客车评价方法不足以覆盖卡车、公交车追尾公交车事故,如何评价纯电动客车后部遭受卡车、客车碰撞中高压零部件的安全性已成为客车行业的一个难题。本文结合某 8 m 纯电动客车特点,提出了采用10 t 卡车有限元模型以 100%和 30%重叠率追尾碰撞客车的仿真分析评价方法,并设计了客车尾部吸能结构和传力结构,有效改善了尾部被撞时高压零部件的安全性,为纯电动客车尾部碰撞安全性改善提供了参考。1 客车尾部碰撞工况建立 纯电动客车为提高其续航能力,布置有较多动力电池箱,为了不影响乘员舱空
9、间,尾部一般会集中布置部分动力电池、控制器、高压配电盒等高压零部件。当被其他车辆追尾时,容易引起高压线束挤压破损,电池箱、控制器挤压变形,导致短路、漏电、起火等事故。结合近年网络媒体的公开报道,分析多起纯电动客车被卡车、公交车等大车追尾起火的事故,从事故碰撞位置来看,可以分为全宽追尾碰撞和偏置追尾碰撞。全宽追尾碰撞是两车参与碰撞部件多,重叠率接近100%的事故类型;偏置追尾碰撞是两车部分部件参与碰撞变形的事故类型,典型事故如图 1 所示。(a)全宽追尾碰撞 (b)偏置追尾碰撞 图 1 纯电动客车被追尾事故 1.1 纯电动客车有限元模型建立 本文以某 8 m 纯电动客车为研究对象,根据车辆几何模
10、型,利用 HyperMesh 软件建立有限元模型,主要包括骨架、车架、电池箱体、控制器外壳、后舱门等。车身型材、板材采用壳单元,单元尺寸控制在 10 mm 左右,型材接头部位通过共节点或刚性单元进行连接。实车骨架材料主要为QSTE700、510L、Q235 三种常用钢材,仿真分析采用 24 号 MAT_PICEWISE_LINEAR_PLASTI-CITY 材料本构模型。电池箱、高压盒、电动空压机等高压部件简化为空壳,不考虑其材料特性和接触特性,仅用来测量仿真中其他结构是否侵入到其结构空间内(产生挤压)。模型整备质量为 6 850 kg,空载重心位置均与实车一致,整车有限元模型如图 2(a)所
11、示。尾部高压零部件如图 2(b)所示,电动空压机位于后部车架中间,左右两个电池箱位于后段中部,高压配电盒位于左侧电池箱上部。(a)整车模型示意图 58 汽 车 实 用 技 术 2023 年 (b)尾部高压零部件布置图 图 2 某 8 m 纯电动客车有限元模型 1.2 碰撞车辆有限元模型 目前,在国内外的碰撞法规中还没有针对客车后碰撞台车的相关规定,乘用车后碰的台车质量仅有 1 100 kg7,不适合模拟客车、货车等大型车辆。本文选择米兰理工大学 ANGHILERI 等建立的某载货汽车模型作为碰撞车辆,并将其配重至 10 t,与电动客车最大载重质量接近,如图 3所示。图 3 碰撞车辆有限元模型
12、1.3 分析工况 中国汽车行驶工况 第 2 部分:重型商用车辆(GB/T38146.22019)提出了我国货车(车辆总质量5 500 kg)在市区和城郊的运行速度标准工况,市区和城郊的平均速度分别为 5.13 km/h和 31.28 km/h8,因此,选择 30 km/h 作为货车碰撞速度,电动客车为静止状态。全宽追尾碰撞采用卡车与客车中心线一致的100%重叠追尾。偏置追尾碰撞相对更加复杂,为了考核客车左后部结构强度,采用 30%客车尾部车宽重叠率,此时客车纵梁后部不参与碰撞变形,货车纵梁与客车左后结构发生碰撞,对客车左后部结构强度要求相比其他重叠率更高。基于以上分析,分别建立 10 t 卡车
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