“自動(dòng)駕駛的安全性目標(biāo)是什么？是達(dá)到目前人類司機(jī)的平均水平。而智能碰撞保護(hù)是自動(dòng)駕駛車輛上路的最終保障！”

　　“自動(dòng)駕駛的安全性目標(biāo)是什么？是達(dá)到目前人類司機(jī)的平均水平。而智能碰撞保護(hù)是自動(dòng)駕駛車輛上路的最終保障！”4月26日，清華大學(xué)車輛與運(yùn)載學(xué)院學(xué)術(shù)委員會(huì)主任、中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)汽車安全技術(shù)分會(huì)主任委員周青教授在109周年校慶之“車輛與運(yùn)載學(xué)院成立一周年校慶云論壇”上如是說(shuō)。

　　在未來(lái)智能交通環(huán)境下，智能汽車的安全性面臨著怎樣的挑戰(zhàn)呢？已經(jīng)上路的電動(dòng)汽車存在著怎樣的安全問(wèn)題？是否已經(jīng)滿足了我們的安全需求以及我們?nèi)绾谓鉀Q好安全問(wèn)題？

　　交通乘員復(fù)雜化

　　智能碰撞保護(hù)是優(yōu)勢(shì)

　　目前的汽車是否滿足了我們的安全需求？周青給出的答案是多數(shù)情況下未滿足。第一，未實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)事故工況的最優(yōu)保護(hù)；第二，未針對(duì)中國(guó)事故工況和中國(guó)人體型；第三，未考慮自動(dòng)駕駛場(chǎng)景下可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)因素和事故形態(tài)。

　　周青認(rèn)為，交通參與者復(fù)雜是很重要的因素。目前，所有的碰撞標(biāo)準(zhǔn)都不是針對(duì)老年人的，但隨著人口老齡化問(wèn)題日益嚴(yán)重，老年人的損傷容限將會(huì)被納入考慮范圍中。另外，近年來(lái)很多美國(guó)人的體重已超過(guò)平均值，而目前的碰撞標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)正常身材而言的。

　　在目前的道路交通事故中，90%以上的事故成因是人的錯(cuò)誤引起的。既然如此，很多人會(huì)認(rèn)為，自動(dòng)駕駛把人類司機(jī)從系統(tǒng)中取出，是不是就可以說(shuō)明事故風(fēng)險(xiǎn)降低了90%？周青表示，當(dāng)然不是。這無(wú)外乎把犯錯(cuò)主體由人轉(zhuǎn)為電腦。他認(rèn)為，自動(dòng)駕駛汽車的駕駛水平至少應(yīng)達(dá)到目前人類司機(jī)的平均水平，才算實(shí)現(xiàn)了安全性目標(biāo)，這也是最低要求。當(dāng)然，自動(dòng)駕駛有很多特殊的優(yōu)勢(shì)，比如環(huán)保、智能等。智能碰撞保護(hù)是自動(dòng)駕駛車輛上路的最終保障，它可以涵蓋危險(xiǎn)工況、不常見的工況等，這樣自動(dòng)駕駛車輛才可以上路。

　　自動(dòng)駕駛車輛需要克服的就是面臨危險(xiǎn)情況時(shí)的預(yù)判和實(shí)時(shí)防護(hù)的時(shí)間延遲。

　　那么，針對(duì)這種工況，自動(dòng)駕駛汽車如何進(jìn)行智能的安全防護(hù)？周青從正常行駛、感知預(yù)警、臨界險(xiǎn)態(tài)、碰撞四個(gè)階段分析了一體化智能安全體系下的預(yù)防和保護(hù)，主要包括以下三個(gè)方面：第一，精準(zhǔn)實(shí)時(shí)的車輛狀態(tài)和成員狀態(tài)感知及預(yù)估；第二，基于乘員損傷風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)的碰撞保護(hù)型決策；第三，考慮乘員狀態(tài)和碰撞形態(tài)的自適應(yīng)碰撞保護(hù)。

　　周青預(yù)測(cè)了在未來(lái)智能交通環(huán)境下汽車碰撞事故的新問(wèn)題，展望了面向未來(lái)交通場(chǎng)景下的汽車乘員的安全保護(hù)。一方面，網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)和自動(dòng)駕駛技術(shù)可降低汽車碰撞事故的發(fā)生率，將有更多高速隊(duì)列行駛的情況出現(xiàn)，這樣的高動(dòng)能系統(tǒng)中因小概率意外引發(fā)的多車高速碰撞事故后果不容忽視。另一方面，智能行車技術(shù)也將提升碰撞預(yù)判的準(zhǔn)確性與乘員約束系統(tǒng)的優(yōu)化。結(jié)合乘員狀態(tài)識(shí)別技術(shù)、不同人體的碰撞損傷特性數(shù)據(jù)以及賽車駕駛員約束形式，為不同的碰撞工況、乘坐形式和姿態(tài)以及乘員的生物力學(xué)特性，提供有針對(duì)性的實(shí)時(shí)、自適應(yīng)碰撞保護(hù)，在確保高速碰撞事故中乘員安全的同時(shí)兼顧舒適性和方便性。

　　在自動(dòng)駕駛汽車技術(shù)開發(fā)問(wèn)題上，周青做了以下總結(jié)。如果在標(biāo)準(zhǔn)的工況下，即規(guī)范的道路環(huán)境和簡(jiǎn)單的交通場(chǎng)景下正常行駛，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的碰撞保護(hù)雖然也有難度，但是是可以預(yù)期的；但如果在復(fù)雜、危險(xiǎn)的工況下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的碰撞保護(hù)可謂任重道遠(yuǎn)。

　　允許電池變形

　　托底評(píng)價(jià)方法正待開發(fā)

　　電池包是電動(dòng)汽車上最重、最大、最貴的部件，這就決定了我們需要投入更大的資源去研究電池。

　　大約在七八年前，周青團(tuán)隊(duì)就從頂層設(shè)計(jì)方面分析電動(dòng)車動(dòng)力電池碰撞保護(hù)設(shè)計(jì)。周青表示，最初的目標(biāo)是如果只要求碰撞時(shí)電池部件不發(fā)生變形就算安全，則需付出增重的代價(jià)，這也與最初設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車節(jié)能的初心背道而馳。后來(lái)，周青團(tuán)隊(duì)將設(shè)計(jì)目標(biāo)改為允許碰撞時(shí)電池發(fā)生變形，甚至允許發(fā)生內(nèi)部短路，只要不起火就行。在整個(gè)設(shè)計(jì)思路中，借鑒人體碰撞保護(hù)設(shè)計(jì)思路，即允許一定程度的受傷。

　　那么，以什么碰撞嚴(yán)苛程度為設(shè)計(jì)目標(biāo)呢？基于目前的汽車碰撞保護(hù)水平，發(fā)生90km/h碰撞時(shí)乘員的存活可能性很大。在國(guó)外，美國(guó)FMVSS 301法規(guī)對(duì)碰撞程度的要求是80km/h尾部碰撞測(cè)試后油箱無(wú)泄漏或起火。

　　碰撞后，受到擠壓后的電池組分材料的破壞機(jī)理和規(guī)律是怎樣的呢？周青解釋道：在間斷的測(cè)試下，電池在擠壓下負(fù)極涂層與隔膜黏附及隔膜會(huì)減薄。在機(jī)械載荷試驗(yàn)中，均發(fā)現(xiàn)擠壓力對(duì)擠壓位移曲線的斜率拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)著內(nèi)部損傷演化的起始時(shí)刻。該發(fā)現(xiàn)為建立有效的電池?cái)D壓失效判據(jù)奠定了基礎(chǔ)，明確承受機(jī)械載荷的動(dòng)力電池在發(fā)生內(nèi)短路之前允許一定的變形量。

　　那么，在沖擊載荷下，電池的動(dòng)態(tài)變形在不同加載速率下開展電芯擠壓變形與失效機(jī)理研究并分析其差異，試驗(yàn)結(jié)果表明，動(dòng)態(tài)沖擊載荷下電芯的結(jié)構(gòu)剛度增大，內(nèi)短路時(shí)刻對(duì)應(yīng)的變形量減小且載荷降低，即電池在動(dòng)態(tài)載荷下變形的安全閾值更低。上述現(xiàn)象體現(xiàn)電池力學(xué)響應(yīng)特有的率相關(guān)性。

　　目前，精細(xì)化電池仿真模型支持電池碰撞失效機(jī)理分析，因?yàn)殡姵貙?shí)驗(yàn)存在一定的危險(xiǎn)性，所以，可以利用精細(xì)化電池仿真模型去做實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有的工況。有了模型以后，提供給廠家去做電池包的安全化設(shè)計(jì)和輕量化設(shè)計(jì)。

　　在整車的層面上，側(cè)面柱撞和托底碰撞值得關(guān)注。值得一提的是，一般車的碰撞保護(hù)不需要考慮托底工況，但是由于電動(dòng)汽車的電池在底部排列，所以不得不考慮此工況。針對(duì)2013年美國(guó)的一起電動(dòng)車底部異物碰撞引發(fā)的電池著火事故，周青的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)該碰撞工況進(jìn)行了再現(xiàn)分析，對(duì)比分析多種底部碰撞保護(hù)結(jié)構(gòu)形式，提出了兼顧輕量化和底部碰撞保護(hù)性能的波紋構(gòu)型填充的三明治底部護(hù)板結(jié)構(gòu)。 最近，周青團(tuán)隊(duì)正與國(guó)內(nèi)廠家合作聯(lián)合開發(fā)托底實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)方法。

　　最后，周青表示，團(tuán)隊(duì)的科研核心雖是汽車碰撞事故，但終極目標(biāo)還是回歸到保證人的安全上。

　　郭文佳

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