《新能源汽车试验学》第2版 课件 第8章 安全性试验 第1-2节

第八章安全性试验CONTENTS目录第一节整车碰撞试验第二节电磁兼容试验第三节车内空气质量试验第四节安全性试验实例汽车的安全性一直是人们关注的焦点，随着现代汽车各种性能的提升和功能的发展，也引发了诸多安全风险。新能源汽车的安全性涉及内容较广，包括主动安全、被动安全、电安全、功能安全、预期功能安全、信息安全等。本章将着重介绍整车级别的三类安全性试验，即整车碰撞试验、电磁兼容试验、车内空气质量试验。引言整车碰撞试验第一节试验类别试验标准及评价试验设备试验原理车与固定壁障碰撞试验整车碰撞试验通常是在专业试验室内实车模拟各类典型道路交通事故工况。随着对道路交通事故的深入研究以及新能源汽车的快速推广，碰撞安全试验项目由正碰、侧碰、尾碰扩展到柱碰、两车对碰、翻滚、侧面柱碰、电池包撞击等试验，评价对象也从对车内驾乘人员保护，延伸到车内外所有人员甚至物体的防护。第一节

整车碰撞试验第一节整车碰撞试验一

、试验类别

整车碰撞试验主要分为车与固定壁障碰撞试验、车与移动壁障碰撞试验、车对车碰撞试验、行人碰撞保护试验、整车翻滚试验以及刮底撞击试验等，如右图所示。第一节整车碰撞试验1.车与固定壁障碰撞试验其核心为评价试验车辆对车内乘员的保护。对于电动汽车，由于侧面与电池包的距离较近，侧面柱碰撞试验非常重要。主要场景如下：第一节整车碰撞试验2.车与移动壁障碰撞试验该试验主要考察车辆侧面结构、约束系统、油箱、相容性，同时考核电池包的安全性能。主要试验场景如下：第一节整车碰撞试验3.车对车碰撞试验该试验主要采集车辆冲击力的传递路径、吸能零部件的变形、车辆标定阶段的相关技术参数，同时考核车辆的相容性。试验工况分为0°和多角度（如15°、30°）等多种模式。第一节整车碰撞试验4.行人碰撞保护试验用于评估车辆在与行人发生碰撞时对行人头部、腿部等关键部位保护能力的重要环节，其核心目标是通过标准化试验降低行人伤亡风险。主要测试项目为：头部碰撞试验（成人头型、儿童头型）、腿部碰撞试验（上腿型、下腿型）试验场景如图所示。行人碰撞保护试验场景第一节整车碰撞试验5.整车翻滚试验该试验主要将车辆置于特定的试验条件下，模拟翻滚事故的发生，主要考察车身结构、约束系统和泄漏情况。该试验有边坡翻滚、螺旋翻滚、马路牙绊翻、沙坑绊翻四种工况。试验场景如图所示。整车翻滚试验场景第一节整车碰撞试验6.刮底撞击试验该试验主要模拟车辆掠过凹坑、凸起物或者石头路面，此时车辆底部容易受到撞击和剐蹭，而电池包通常安装在车辆底部，因此带来带来极大的安全隐患。试验场景如下图所示，分为车头方向和车尾方向两种工况。刮底撞击试验场景第一节整车碰撞试验二、试验标准及评价

1.国家标准整车碰撞试验主要依据相关国家标准和第三方评价规程进行。第一节整车碰撞试验2.第三方评价规程整车碰撞试验主要参考的第三方评价规程有中国新车评价规程(C-NCAP)和中国保险汽车安全指数（C-IASI），其中的整车碰撞安全试验项目更全，条件要求更加苛刻，评价（评分）标准更加严格，结果可信度较高，获得行业内较一致的认可，是对国家标准的补充。中国新车评价规程从乘员保护、弱势道路使用者(VRU)保护和主动安全三大板块进行综合评价。中国保险汽车安全指数按照耐撞性与维修经济性指数、车内乘员安全指数、车外行人安全指数、车辆辅助安全指数四项指数分别给出评价结果。第一节整车碰撞试验三、试验设备

1.牵引系统牵引系统由牵引电机、液压张紧系统、牵引钢丝绳、牵引轨道、控制软件等组成，用于牵引试验车辆达到标准规定的加速度和试验速度，并保证整个碰撞过程的偏移量(横向、纵向)在规定的范围内。2.高速摄像系统高速摄像系统由相机、控制分析软件、触发装置等组成，用于拍摄车辆试验过程中的运动情况，记录假人在车辆碰撞瞬间的运动姿态及车身结构的破坏过程。试验牵引系统高速摄像系统系统第一节整车碰撞试验三、试验设备

4.试验假人系统试验假人系统由假人、标定系统、数采系统、控制软件等组成，用于在碰撞试验中模拟真人，检测碰撞时刻各种物理量，评价车辆对驾乘人员的保护能力。试验假人系统3.数据采集系统数据采集系统由数采单元、点爆单元和控制软件等组成，用于采集和处理车载传感器和假人伤害值数据，同时可代替气囊控制器用于试验中点爆安全气囊。试验数采及传感器第一节整车碰撞试验三、试验设备

5.车身形变量测量系统车身形变量测量系统由探针、红外相机、标准测量墙及控制软件组成，如下图所示，用于测量车身、底盘等碰撞区域的形变量。该系统也可以用三坐标测量仪替代。车身形变量测量系统6.灯光照明系统灯光照明系统由灯管、灯管移动支架、控制软件等组成，用于为高速相机提供补光照明。灯光照明系统第一节整车碰撞试验三、试验设备

7.电安全测量系统电安全测量系统由数采单元、触发单元及控制软件组成，用于测量试验过程中的电压、绝缘电阻和电能。8.车辆保温间车辆保温间由保温箱、空调系统、显示系统、电器控制(柜)系统以及安全保护系统组成，用于对调节完成后的试验假人进行保温。电安全测量系统车辆保温间试

验

车

辆

保

温

间第一节整车碰撞试验四、试验原理

整车碰撞试验示意图整车碰撞试验类似于弹弓的弹射原理，如图所示。试验车辆与牵引系统连接，由牵引系统拖曳运行，经过匀加速和匀速行驶两个阶段。当达到设定的碰撞速度时，牵引系统和试验车辆自动分离，试验车辆借助惯性自由运行并与试验壁障发生碰撞。第一节整车碰撞试验五、车与固定壁障碰撞试验（正面100%重叠刚性壁障）1.试验执行（1）车辆准备。（2）试验设备安装。（3）座椅及假人安放调节。（4）准备好消防预案。（5）确认车辆位置。（6）确认车辆状态。（7）确认试验设备状态。以上确认完毕后，安全倒计时10s，启动牵引系统，带动试验车辆与固定壁障正面碰撞。试验后车辆外部照片试验后车辆内部照片第一节整车碰撞试验2.试验结果分析和评价（1）检查汽车结构，分析车身、发动机舱、悬架、防火墙等区域特定点形变量大小；（2）检查车辆车辆紧急呼叫系统（E-Call）；（3）测量电安全，分析车身各部位加速度、位移、电流、电压等参数；（4）处理假人数据，并对伤害值进行分析、处理；（5）分析高速摄像机捕捉到的车身结构破坏过程、假人运动姿态以及假人接触位置；（6）按照试验速度、试验偏移量、假人伤害值、车辆结构变形、电安全、紧急呼救功能、车门开启状态等方面，对正面100%重叠刚性壁障整车碰撞试验结果进行总体评价（评分）。电磁兼容试验第二节试验类别试验原理试验标准及评价试验场地试验设备辐射抗扰度试验辅助驾驶功能的辐射抗扰度试验汽车电磁场人体防护试验电磁兼容性（EMC）指的是车辆、电子电器系统或部件在电磁环境中能正常工作，且不影响环境中其他电子电器系统或部件正常工作的能力。电磁兼容试验的目的是确保汽车具有良好的电磁兼容性。如果一个车辆、系统或部件本身的电磁干扰超出了规定的限值，可能会对周围的其他设备产生干扰，极端情况下可能会对人员造成伤害或设备损坏；如果其本身抗干扰性能较差，可能会受到其他电子电器设备的干扰，从而产生一定的功能异常或损坏。新能源汽车电磁兼容试验的研究范畴第二节电磁兼容试验第二节电磁兼容试验一、试验类别汽车电磁兼容安全试验主要分为电磁干扰（EMI）和电磁抗扰（EMS）两类，又分别包括传导和辐射两种信号传播方式。电磁干扰类试验主要评估汽车在运行过程中产生的电磁辐射和传导发射水平。电磁抗扰类试验主要评估汽车在受到外部电磁干扰时的稳定性和性能表现。电磁兼容试验的分类第二节电磁兼容试验二、试验原理为了便于理解和研究电磁兼容试验的原理，将干扰源(发射部件)理解为一个发射天线，将敏感设备(接收部件)理解为一个接收天线，而信号传播途径又分为辐射耦合和传导耦合两种方式，从而得到一个简化的试验原理模型，如图所示。电磁兼容试验原理模型第二节电磁兼容试验三、试验标准及评价电磁兼容试验常用的国家标准及其与国际标准的对应关系见右表。相对于国家标准和国际标准，电磁兼容的企业标准更为严格。一些权威检测机构也推出了涵盖电磁兼容项目的新能源汽车的行业标准，如EV-TEST、六维电安全等，也受到了行业的高度认可。第二节电磁兼容试验对于汽车的电磁抗扰类试验，通常可分为A～E五个等级来评价汽车各功能件的抗扰性能。汽车上的功能件通常按功能重要性分为I～IV四类。对于汽车的电磁干扰类试验，其评价方式主要是与标准限值进行对比，验证其是否合格。三、试验标准及评价第二节电磁兼容试验四、试验场地1.开阔场开阔场是平坦、空旷、地面铺设金属钢板、四周无任何反射物的户外试验场地。理想的开阔场具有良好的导电性，面积无限大，接收天线接收到的信号是直射路径和反射路径信号的总和。开阔场是早期开展电磁兼容研究的主要场所。但在实际应用中，户外试验场地的面积不可能无限大，必然存在不期望的反射，且容易受广播、通信等无线电干扰，受天气情况影响较大。因此现在主要使用实验室来模拟理想的开阔场环境。开阔场电磁兼容实验室外景第二节电磁兼容试验2.半电波暗室电波暗室分为全电波暗室和半电波暗室，都是经过屏蔽设计的六面盒状建筑体，内部安装有吸波材料，通常是房中房结构。两者不同之处在于，全电波暗室地面铺设了吸波材料，而半电波暗室的地面使用金属导电地板，不覆盖吸波材料。与全电波暗室相比，半电波暗室的场地更接近于理想的开阔场条件，是目前比较理想的电磁兼容测试场地。实验室内通常配置转鼓转台系统，用于模拟车辆各种使用工况。半电波暗室内景转台的外部和内部示意图第二节电磁兼容试验3.屏蔽室屏蔽室是内部不安装吸波材料的暗室，其主要的性能指标为屏蔽效能，常用于做常规的传导类试验，不可以做辐射类试验。4.混响室混响室也称混波室，是使用高电导率材料组成的金属屏蔽腔体，并且配置有搅拌器（可绕轴旋转的金属叶片），可以通过搅拌器的旋转完成对天线发射电磁波的多次反射和叠加，从而模拟复杂的电磁环境，目前主要用于电气电子部件的抗扰性能验证。零部件及整车混响室屏蔽室第二节电磁兼容试验五、试验设备1.电磁干扰类试验设备(1)接收天线接收天线在电磁兼容试验中用于接收车辆对外发出的电磁波，并将接收到的电压信号传给数据采集设备，经计算处理得到测试数据。宽带天线磁场天线第二节电磁兼容试验(2)接收机接收机主要用于对天线接收到的射频电磁信号根据需要进行检波处理，抑制所有不需要的噪声，并输出不同类型的信号值。(3)电流探头电流探头是利用安培定律原理来测量电流的设备。它由一个平均分成两部分的铁氧体芯构成，通过合页连接在一起并通过一个夹子来闭合，如下图所示。ESU26接收机电流探头1.电磁干扰类试验设备第二节电磁兼容试验2.电磁抗扰类试验设备信号发生器对数周期天线电流注入钳静电发生器(1)信号发生器：用在抗扰性测试中，用于产生各项标准中规定的测试干扰波形，根据不同的试验要求，输出不同频段、不同调制类型的波形信号。(2)干扰信号施加设备：根据试验项目的不同，常见的干扰信号施加设备有电流注入钳、发射天线和静电发生器。第二节电磁兼容试验3.其他试验设备(1)场强探头：主要用于辐射抗扰性测试。其功能主要是对天线发出的电磁波强度进行测量，以及在试验中对各位置电磁波强度大小进行监控。(2)功率探头：主要用于电磁抗扰性测试中，对功率放大器输入/输出、天线输入/输出功率进行实时的监测记录，以便于随时调节信号强度。(3)人工电源网络：又称电源阻抗稳定网络，在测试时串接在被测设备电源进线处，能够在特定频率范围内为干扰电压的测量提供规定的负载阻抗，并使被测设备与电源相互电气隔离，同时提供干扰电压的测量端口。功率探头场强探头人工电源网络第二节电磁兼容试验六、辐射抗扰度试验1.试验准备(1)制定试验计划：包括：试验布置、频率范围、参考点、车辆工作模式、评价标准、试验严酷等级的定义、调制方式、极化方向、其他特别说明以及相对标准试验的差异。试验目的：检验车载电子设备在受到环境中电磁辐射时的抗干扰能力。这些电磁辐射可能会耦合到电子设备线路上产生干扰电压，严重时将影响电子设备的正常工作。辐射干扰的主要来源包括：车内通信终端、车载电子设备以及车外电磁辐射设备（例如无线电发射基站等）。信号调制第二节电磁兼容试验(2)场强校准辐射抗扰度试验通常都使用替代法，因此需要提前进行场强校准。按照测试频段和天线类型，场强校准分为单探头法和四探头法。通常10kHz～20MHz以及2～18GHz，应用单探头法校准；20MHz～2GHz，使用四探头法进行校准。四探头法中使用垂直参考线的概念，取4个探头读数平均值作为校准值。单探头法四探头法第二节电磁兼容试验（3）试验布置辐射抗扰度试验布置如图所示，实验系统由信号发生器、射频功率放大器、定向耦合器、功率计、场发生器(辐射天线)和场强探头、场强表等设备组成。试验时，信号发生器会发出符合标准要求的信号，经功率放大器放大后，通过射频线缆经定向耦合器、穿墙板传递给场发生器，再由场发生器对被测车辆施加相应强度的干扰场强。辐射抗扰度试验布置示意图功率放大器第二节电磁兼容试验2.试验执行将车辆及相关设备置于对应位置，运行车辆及各电子电器部件，按照预定的强度值向待测车辆施加干扰信号。完成试验计划中规定的所有频率、调制方式、极化方向、车辆方向和天线位置的试验。试验时应模拟车辆各种可能的工作模式，例如充电、行驶等工况，使计划考察的部件工作在正常状态，并记录。3.试验结果分析与评价根据抗扰性能等级判定规则，对各电子电气类功能件进行抗扰性能等级判定。对于抗扰性能等级不满足设计要求的部件，需要进行记录并反馈。第二节电磁兼容试验七、辅助驾驶功能的辐射抗扰度试验辅助驾驶功能的稳定运行和抗干扰性能是严峻的挑战。对于车辆辅助驾驶功能的辐射抗扰度试验，其关键在于如何在暗室内实现功能的激活，同时实时自动监控。驾驶辅助功能激活及抗扰测试监控方案驾驶辅助功能抗扰试验现场第二节电磁兼容试验八、汽车电磁场人体防护试验1.试验准备（1）测试工况