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纯电时代沃尔沃的技术优势在哪?

2023-01-17新闻

毫无疑问,我们正在拥抱一个全新时代,因为电气化、智能化与汽车深入绑定,全民造车浪潮下,变革比以往任何时代都要精彩。

不过变革本身存在阵痛,我们现在最迫切想要解决的就是纯电动汽车安全问题了。

自上世纪90年代开始,由E-NCAP、IIHS汽车安全测试机构为代表,展开的一系列汽车安全测试,极大推动了燃油车安全技术发展( 比如下图,能明显看到汽车正碰能力变强了 )。但在近些年才兴起的纯电汽车安全监管还在建立中,电池起火事故( 特别是碰撞起火 )发生率比燃油车高,安全问题让大家很不放心。

IIHS于1959年推出,但其碰撞测试设施直到1992年才开放;E-NCAP则是于1996年11月成立。

纯电时代本该是一个更好的时代,汽车安全肯定不能允许倒退。

纯电汽车如何提升安全,作为汽车工程师( 前车身工程师、现测试工程师 ),我来说说我的理解。

| 纯电时代,汽车安全可以补好短板吗?

解决纯电汽车防碰撞起火, 行业的主流思路是:铠甲级车身防护+电池系统的多维度自保。

比如在车身中部主要的变形吸能区,门槛采用内贯通的加强梁,在发生侧碰或者柱碰时,能更好地保护车内乘客和电池不受挤压,将碰撞风险降到最低。

电池系统多是通过合理的泄气阀和泄气通道、更好的绝热材料和及时的断电来提升安全。

与早几年的油改电,以及拼凑车型相比,这些确实带来了成效。

不过要说能完全解决了,还不见得。

像不遭遇底盘拖地挤压等不明显碰撞,数天后电池才起火,这个问题就没有引起足够的重视。在这方面,国标以及部分企标反应是慢的。

比如强制性国标GB 38031-2020【电动汽车用动力蓄电池安全要求】在2021年推行,但标准要求电池包挤压测试观察时间是静态观察1h。而且除检查时间短外,汽车在运动中还要经历各种运行冲击( 这也是为什么汽车要做振动测试的原因 ),所以汽车运行数天后,才是见真章的时候。

正因此,需要像沃尔沃这样的企业,在安全上快人一步树立标杆。

我觉得沃尔沃这些年的安全工作思路一直没变:基于用户的数据反馈,及时作出调整,而不是等问题成为行业普遍问题后在被推动着整改,所以沃尔沃总能快人一步。

比如E-NCAP在1997年首批进行碰撞测试的车型中,除沃尔沃S40拿到四星,一同测试的其余12款车型大多都只拿到了一两颗星。

不仅是被动安全,现在提起的智能驾驶安全,他们也是最早研发自动驾驶的车企之一,已经有十余年的算法经验和数据累计,L2+级别的智能领航辅助系统更是早早就应用于量产车型等.....

如今在电动汽车安全上,沃尔沃建立了充分的安全冗余。

从被动安全维度看,EX90通过超高强度硼钢保护材料加固电池,提升电池的坚硬度,有效缓解撞击带来的损害。在主动安全技术层面,EX90采用了全栈自研BMS系统,能防止电池过充、直接断路设计、碰撞后高压快速下电等问题,还可以7×24小时不间断监测电池热失控。

汽车安全很多时候是牵一发动全身,比如电池包发生挤压后,除了有可能发生的起火问题,还有密封性变差问题。相较于高温失控、碰撞变形,「受潮和进水」对动力电池的伤害也同样不容小觑,一旦内部电子元件、线路进水受潮,基本上就会短路报废。

在技术细节上,沃尔沃做的也很深入。包括EX90在内,沃尔沃旗下的纯电车型采用了统一标准。电池上盖与下托盘之间的缝隙以及电池包内部插口等细部,都做了防水密封胶的加强处理,各种铜排及线路也都用了耐磨绝缘套管进行保护。

与大多宣称旗下车型达到IP68级别防水的车企做法不同,沃尔沃不仅对电池组做了密封处理,对整个电机系统及其他核心部件也用了同样的方式进行保护。

现在关于EX90的电池技术可带来何种程度的保护效果还没有太多披露的信息,但从已上市的电车可以看出一些成果。XC40 RECHARGE在实测中可以做到在水中浸泡4分钟,依然能启动行驶;连续浸泡12小时后,电池包不会进水,哪怕用80℃的高温高压水连续冲洗,也能在一定时间内保持内部干燥。

| 纯电时代的主动安全要「看」得更远、更细致

当我们要确立汽车碰撞安全的终极目标时,我想答案会是「零碰撞」。

「零碰撞」的魅力就像【天龙八部】里面的凌波微步。段誉和公孙慕容复相斗时,段誉肯定暗爽,「任你慕容复有再强的刀法,再狠的腿功,打不到我,能奈何我何?」

为了实现这个目标,汽车上出现了一些很优秀的发明。比如汽车后视镜帮我们扩大了视野,驾驶员可以看得更全面,规避风险。要说后视镜的量产也不是简单得来,虽然英国车手多萝西·莱维在1906年提出了设想,但只是在赛车领域小有应用,直到1921年以后,汽车才开始量产应用。

后视镜的发展就磕磕绊绊,管中窥豹,早些年我们能实现「零碰撞」的方式很有限。大概也是因为这个原因,在汽车百来年的历史中,车企主要关注的是碰撞发生后的被动安全技术提升。

「零碰撞」是比人员不受伤害、电池不起火更高的要求,因为它无法依仗被动安全技术,必须要充分发挥主动安全技术的能力。所以,纯电时代的主动安全要「看」得更远、更细致,如此,汽车才能更快速反应。

EX90恐怕就是加持了「凌波微步」Buff,「躲避」危险的能力很强。

在车外,EX90搭载了一颗Luminar激光雷达,这款雷达的波长达到1550nm,相比于「905nm」波长,它可在确保人眼安全的前提下以更高的发光功率工作,因而可实现更长的探测距离。从测试数据看,Luminar激光雷达在反射率10%的条件下可以达到250米的探测距离,即使在雨、雪、浓雾的恶劣天气中也能有效工作。

除了以上优势, 激光雷达+毫米波雷达的组合可以弥补单纯毫米波雷达/视觉方案的一些不足,特别是数据精度优势明显。

虽然毫米波雷达由于其全天时全天候的特性,能够穿云透雾,具有较强的环境适用性;还能够通过多普勒效应,探测到目标的速度信息。但和激光雷达相比,毫米波雷达的分辨率有限,一般可以得到目标的距离、角度、速度等信息,但在高度向上分辨力较差。

由于电磁波的传播特性和物体的非理想散射等,毫米波雷达数据往往受到杂波、噪声和多径的影响,雷达数据中还存在着虚假目标等。这些都限制了其在智能驾驶感知中的应用,激光雷达传感器能够获取环境丰富的纹理信息及三维结构信息。经过沃尔沃的研究,使用激光雷达技术预计可以将重大伤亡事故将减少20%,避免车辆碰撞的比例整体最多可以提升9%。

在车内,EX90率先在行业内搭载具备车内双摄像头的DUS驾驶员感知系统。这是行业内现在没有引起足够重视的地方,寄希望于车外的感知硬件,而没有充分调动驾驶者的作用。

EX90这套系统由1个电容式方向盘和2个摄像头组成,可以获取驾驶员状态信息并与智能驾驶算法相融合。当检测到驾驶员的注意力不再集中在驾驶上时,系统先略微提醒,若驾驶员没有采取任何措施再逐步加强。当检测到特殊的情况,比如驾驶者在驾驶时进入睡眠状态或突发疾病,系统会通过降低车速、保持车道甚至刹停车辆,并呼叫帮助。

当然,想要实现这些,EX90一大亮点是:软硬件结合和技术整合能力。EX90采用目前行业最前沿的中央电子电气架构。中央计算平台和整车SOA软件架构可以自上而下,将原本相互分散的ECU 及其对应的基础软件功能模块化、标准化,重新部署为分层式的软件架构,各个模块可以协同工作,从性能和安全性上,让辅助驾驶系统运行的更稳定和更准确。

而传统分布式电子电气架构就无法与之匹敌,因为它的硬件系统架构设计采用一个can的总线控制网络和分布式的多功能控制单元,单功能单元微控制器,软硬件不能解耦,专用智能传感,专用自动控制器,专用控制算法。这会带来很多问题,比如算力浪费、各个部分的协调能力不足,这些在需要争分夺秒的安全保护面前都是不利因素。

| 总结

对于非汽车行业的朋友来说,沃尔沃到底水平如何,可能不大关心,只有搞技术的工程师才会去深挖。但 有一点所有人都会在意:我们日常接触最广泛的汽车,何种程度的安全水准才是标杆。

汽车安全分为主动安全和被动安全。在这个维度,燃油时代、纯电时代所要做的没有不同。时代的车轮应该滚滚向前,纯电时代不仅仅是驱动系统的升级,随着电气化、智能化技术的加入,安全技术也应该升级。沃尔沃EX90是一个很好地安全标杆车型,它既解决了因为电池系统加入的安全隐患问题,又为「零碰撞」注入了很强的智能主动安全能力。