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純電時代沃爾沃的技術優勢在哪?

2023-01-17新聞

毫無疑問,我們正在擁抱一個全新時代,因為電氣化、智慧化與汽車深入繫結,全民造車浪潮下,變革比以往任何時代都要精彩。

不過變革本身存在陣痛,我們現在最迫切想要解決的就是純電動汽車安全問題了。

自上世紀90年代開始,由E-NCAP、IIHS汽車安全測試機構為代表,展開的一系列汽車安全測試,極大推動了燃油車安全技術發展( 比如下圖,能明顯看到汽車正碰能力變強了 )。但在近些年才興起的純電汽車安全監管還在建立中,電池起火事故( 特別是碰撞起火 )發生率比燃油車高,安全問題讓大家很不放心。

IIHS於1959年推出,但其碰撞測試設施直到1992年才開放;E-NCAP則是於1996年11月成立。

純電時代本該是一個更好的時代,汽車安全肯定不能允許倒退。

純電汽車如何提升安全,作為汽車工程師( 前車身工程師、現測試工程師 ),我來說說我的理解。

| 純電時代,汽車安全可以補好短板嗎?

解決純電汽車防碰撞起火, 行業的主流思路是:鎧甲級車身防護+電池系統的多維度自保。

比如在車身中部主要的變形吸能區,門檻采用內貫通的加強梁,在發生側碰或者柱碰時,能更好地保護車內乘客和電池不受擠壓,將碰撞風險降到最低。

電池系統多是透過合理的泄氣閥和泄氣通道、更好的絕熱材料和及時的斷電來提升安全。

與早幾年的油改電,以及拼湊車型相比,這些確實帶來了成效。

不過要說能完全解決了,還不見得。

像不遭遇底盤拖地擠壓等不明顯碰撞,數天後電池才起火,這個問題就沒有引起足夠的重視。在這方面,國標以及部份企標反應是慢的。

比如強制性國標GB 38031-2020【電動汽車用動力蓄電池安全要求】在2021年推行,但標準要求電池包擠壓測試觀察時間是靜態觀察1h。而且除檢查時間短外,汽車在運動中還要經歷各種執行沖擊( 這也是為什麽汽車要做振動測試的原因 ),所以汽車執行數天後,才是見真章的時候。

正因此,需要像沃爾沃這樣的企業,在安全上快人一步樹立標桿。

我覺得沃爾沃這些年的安全工作思路一直沒變:基於使用者的數據反饋,及時作出調整,而不是等問題成為行業普遍問題後在被推動著整改,所以沃爾沃總能快人一步。

比如E-NCAP在1997年首批進行碰撞測試的車型中,除沃爾沃S40拿到四星,一同測試的其余12款車型大多都只拿到了一兩顆星。

不僅是被動安全,現在提起的智慧駕駛安全,他們也是最早研發自動駕駛的車企之一,已經有十余年的演算法經驗和數據累計,L2+級別的智慧領航輔助系統更是早早就套用於量產車型等.....

如今在電動汽車安全上,沃爾沃建立了充分的安全冗余。

從被動安全維度看,EX90透過超高強度硼鋼保護材料加固電池,提升電池的堅硬度,有效緩解撞擊帶來的損害。在主動安全技術層面,EX90采用了全棧自研BMS系統,能防止電池過充、直接斷路設計、碰撞後高壓快速下電等問題,還可以7×24小時不間斷監測電池熱失控。

汽車安全很多時候是牽一發動全身,比如電池包發生擠壓後,除了有可能發生的起火問題,還有密封性變差問題。相較於高溫失控、碰撞變形,「受潮和進水」對動力電池的傷害也同樣不容小覷,一旦內部電子元件、路線進水受潮,基本上就會短路報廢。

在技術細節上,沃爾沃做的也很深入。包括EX90在內,沃爾沃旗下的純電車型采用了統一標準。電池上蓋與下托盤之間的縫隙以及電池包內部插口等細部,都做了防水密封膠的加強處理,各種銅排及路線也都用了耐磨絕緣套管進行保護。

與大多宣稱旗下車型達到IP68級別防水的車企做法不同,沃爾沃不僅對電池組做了密封處理,對整個電機系統及其他核心部件也用了同樣的方式進行保護。

現在關於EX90的電池技術可帶來何種程度的保護效果還沒有太多披露的資訊,但從已上市的電車可以看出一些成果。XC40 RECHARGE在實測中可以做到在水中浸泡4分鐘,依然能啟動行駛;連續浸泡12小時後,電池包不會進水,哪怕用80℃的高溫高壓水連續沖洗,也能在一定時間內保持內部幹燥。

| 純電時代的主動安全要「看」得更遠、更細致

當我們要確立汽車碰撞安全的終極目標時,我想答案會是「零碰撞」。

「零碰撞」的魅力就像【天龍八部】裏面的淩波微步。段譽和公孫慕容復相鬥時,段譽肯定暗爽,「任你慕容復有再強的刀法,再狠的腿功,打不到我,能奈何我何?」

為了實作這個目標,汽車上出現了一些很優秀的發明。比如汽車後視鏡幫我們擴大了視野,駕駛員可以看得更全面,規避風險。要說後視鏡的量產也不是簡單得來,雖然英國車手多蘿西·萊維在1906年提出了設想,但只是在賽車領域小有套用,直到1921年以後,汽車才開始量產套用。

後視鏡的發展就磕磕絆絆,管中窺豹,早些年我們能實作「零碰撞」的方式很有限。大概也是因為這個原因,在汽車百來年的歷史中,車企主要關註的是碰撞發生後的被動安全技術提升。

「零碰撞」是比人員不受傷害、電池不起火更高的要求,因為它無法依仗被動安全技術,必須要充分發揮主動安全技術的能力。所以,純電時代的主動安全要「看」得更遠、更細致,如此,汽車才能更快速反應。

EX90恐怕就是加持了「淩波微步」Buff,「躲避」危險的能力很強。

在車外,EX90搭載了一顆Luminar雷射雷達,這款雷達的波長達到1550nm,相比於「905nm」波長,它可在確保人眼安全的前提下以更高的發光功率工作,因而可實作更長的探測距離。從測試數據看,Luminar雷射雷達在反射率10%的條件下可以達到250公尺的探測距離,即使在雨、雪、濃霧的惡劣天氣中也能有效工作。

除了以上優勢, 雷射雷達+公釐波雷達的組合可以彌補單純公釐波雷達/視覺方案的一些不足,特別是數據精度優勢明顯。

雖然公釐波雷達由於其全天時全天候的特性,能夠穿雲透霧,具有較強的環境適用性;還能夠透過都卜勒效應,探測到目標的速度資訊。但和雷射雷達相比,公釐波雷達的分辨率有限,一般可以得到目標的距離、角度、速度等資訊,但在高度向上分辨力較差。

由於電磁波的傳播特性和物體的非理想散射等,公釐波雷達數據往往受到雜波、雜訊和多徑的影響,雷達數據中還存在著虛假目標等。這些都限制了其在智慧駕駛感知中的套用,雷射雷達傳感器能夠獲取環境豐富的紋理資訊及三維結構資訊。經過沃爾沃的研究,使用雷射雷達技術預計可以將重大傷亡事故將減少20%,避免車輛碰撞的比例整體最多可以提升9%。

在車內,EX90率先在行業內搭載具備車內雙網路攝影機的DUS駕駛員感知系統。這是行業內現在沒有引起足夠重視的地方,寄希望於車外的感知硬體,而沒有充分調動駕駛者的作用。

EX90這套系統由1個電容式方向盤和2個網路攝影機組成,可以獲取駕駛員狀態資訊並與智慧駕駛演算法相融合。當檢測到駕駛員的註意力不再集中在駕駛上時,系統先略微提醒,若駕駛員沒有采取任何措施再逐步加強。當檢測到特殊的情況,比如駕駛者在駕駛時進入睡眠狀態或突發疾病,系統會透過降低車速、保持車道甚至剎停車輛,並呼叫幫助。

當然,想要實作這些,EX90一大亮點是:軟硬體結合和技術整合能力。EX90采用目前行業最前沿的中央電子電氣架構。中央計算平台和整車SOA軟體架構可以自上而下,將原本相互分散的ECU 及其對應的基礎軟體功能模組化、標準化,重新部署為分層式的軟體架構,各個模組可以協同工作,從效能和安全性上,讓輔助駕駛系統執行的更穩定和更準確。

而傳統分布式電子電氣架構就無法與之匹敵,因為它的硬體系統架構設計采用一個can的匯流排控制網路和分布式的多功能控制單元,單功能單元微控制器,軟硬體不能解耦,專用智慧傳感,專用自動控制器,專用控制演算法。這會帶來很多問題,比如算力浪費、各個部份的協調能力不足,這些在需要爭分奪秒的安全保護面前都是不利因素。

| 總結

對於非汽車行業的朋友來說,沃爾沃到底水平如何,可能不大關心,只有搞技術的工程師才會去深挖。但 有一點所有人都會在意:我們日常接觸最廣泛的汽車,何種程度的安全水準才是標桿。

汽車安全分為主動安全和被動安全。在這個維度,燃油時代、純電時代所要做的沒有不同。時代的車輪應該滾滾向前,純電時代不僅僅是驅動系統的升級,隨著電氣化、智慧化技術的加入,安全技術也應該升級。沃爾沃EX90是一個很好地安全標桿車型,它既解決了因為電池系統加入的安全隱患問題,又為「零碰撞」註入了很強的智慧主動安全能力。