整車及臺車底部碰撞試驗剖析

王佳琪，盧鑫，王文濤

（1.上海集度汽車有限公司，上海 201800；2.威凱檢測技術有限公司，廣州 510663）

引言

近年來，新能源汽車產業蓬勃發展，銷量極速增長的同時也暴露了部分安全問題。根據中國交通事故深度研究（China In-Depth Accident Study CADAS）對車輛事故統計，由于碰撞導致的起火事故案例中[1]，底部磕碰占七成左右，可見底部碰撞帶來的安全風險極高。國外電動汽車品牌特斯拉、現代，國內造車新勢力蔚來、小鵬均有涉及，蔚來自燃車輛起火前底盤遭受嚴重撞擊，動力電池左后部外殼與冷卻板大面積變形，電芯受到擠壓導致形成短路，小鵬正常行駛時與路面異物發生碰撞托底，造成車底電池包嚴重受損進而引發火情[2]。

中國汽車工程協會于2020 年6 月開始 《純電動乘用車底部抗碰撞能力要求及試驗方法》的立項研究，2021年12 月30 日完成了團體標準的編制與正式發布。該標準是首個針對純電動乘用車底部抗碰撞能力評估的測評規范，利用特定的工裝及設備對電動汽車底部進行刮底及托底測試，該團體標準現階段正在征集意見準備修訂。除了中國汽車工程協會最初發布的《純電動乘用車底部抗碰撞能力要求及試驗方法》，中國汽車技術研究中心2023 年9 月27 日發布中國新車評價規程（C-NCAP）2024 版征求意見稿，對電動汽車刮底試驗提出了明確的要求，同時面向全社會廣泛征求意見。中國保險行業協會聯合中國汽車工程研究協會計劃2026 年在C-IASI 測評中增加“新能源汽車底部碰撞及維修評估”項目，覆蓋安全性、耐撞性、維修經濟性三個維度，確保對純電動乘用車底部抗碰撞能力進行全方位評估，現階段測評規劃方案已具備，評價指標還在細化中。有鑒于此，本文將對目前整車及臺車底部碰撞行業標準要求及發展趨勢進行詳細剖析解讀，便于企業人員更好地對自身產品進行安全風險評估，為產品設計方向提供參考。

1 試驗背景及目的

電動汽車的底盤重心相對較低[3]，位于車身底盤的動力電池系統極易受到高強度撞擊和刮蹭，一旦底部濫用變形不僅會導致內部電芯受到損傷，還會造成絕緣失效、底護板或冷板開裂、冷卻液泄漏、整包箱體密封失效或短路起火，給車輛用戶造成財產損失及為人身安全埋下隱患。

底部碰撞主要有兩種模式，一種是刮底模式，一種是撞底模式[4]。刮底模式表現為障礙物沿著動力電池前后方向發生的電池前端和底部剮蹭，一般電池刮底側邊框及箱體底護板前部位置因為首先受到沖擊會發生變形，如圖1 所示，這種位置的變形容易造成整包氣密不合格，嚴重時會將電池底部從前往后撕裂開來，如圖2 所示，使用剛性線性障礙物進行刮底測試時，底護板開裂，會造成電芯外漏，安全風險高。整包氣密不通過，電芯容易被破壞造成電解液泄漏，甚至起火爆炸[5]。撞底模式表現為動力電池底面受到垂直方向的擠壓或碰撞，嚴重時底護板有可能被擊穿，如圖3 所示，一方面是撞擊能量比較高，另一方面底護板強度薄弱也可能造成擊穿破裂。

圖1 底護板及邊框變形

圖2 底護板開裂

圖3 底護板被擊穿

對整車及臺車開展底部碰撞試驗，有助于驗證碰撞后安全性、耐撞性、維修經濟性，整體評估抗碰撞能力及摸底C-NCAP、C-IASI 法規符合性，及時發現“失分點”并進行產品升級，做好C-NCAP 年度抽檢的準備，防止低分評價對產品銷量和品牌形象造成負面影響。底部碰撞作為極其嚴苛的一項試驗要求，采用整車及臺車做底部碰撞試驗，可打造品牌宣傳亮點。同時，再現因車輛發生刮底、碰撞的失效場景，分析車輛在該場景下的電特征、控制策略等，評估車輛安全設計缺陷，為車輛及動力電池系統結構設計、功能安全、控制策略提供技術支撐。

2 送樣要求

整車底部抗碰撞試驗前車輛制造商需向測評機構提交電池包結構設計信息，包括下殼體結構、高低壓接插件位置、模組及電氣系統布置方式等。試驗前，車輛需按照表1 要求準備。C-NCAP 要求SOC 充至100 %，C-IASI 要求SOC 低于50 %，《純電動乘用車底部抗碰撞能力要求及試驗方法》中要求SOC 不低于50 %，目前國內對試驗前車輛電荷狀態尚未達成統一，SOC 狀態主要影響試驗過程中安全風險指標和高壓絕緣性評價，考慮充電后極端碰撞情形，C-NCAP 更嚴苛，覆蓋面更廣。試驗前應對車輛質量進行調整，若車輛試驗質量未達到要求范圍，則可在車輛行李箱內進行配重，若車輛試驗質量超過此范圍，則將車輛后部不影響試驗結果的部件拆除。試驗前車輛應完成四輪定位，保證車輛直行穩定性，該措施有利于提升刮底位置精確度，避免車輛跑偏。

表1 送樣要求

表2 C-NCAP、C-IASI 及CASE 試驗項目及順序差異

表3 C-NCAP、C-IASI 及CASE 試驗方法差異

表4 C-NCAP、C-IASI 及CASE 評價指標差異

3 試驗方法

3.1 試驗項目及順序差異

C-NCAP 中電動汽車刮底試驗由整車刮底和臺車刮底兩部分組成，若碰撞目標位于電池包前端，如電池包高壓端口、低壓端口、冷卻系統端口等，則選擇整車進行刮底試驗，若碰撞目標位于電池包其它位置，如電池包內部模組或高壓連接線束等薄弱位置在電池包底部 Z 向的投影區域，則進行臺車刮底試驗。C-NCAP 中要求整車及臺車刮底均需要進行測試，C-IASI 及CASE 244-2021 中僅對整車刮底有相應要求，但是C-NCAP 整車只做前刮，C-IASI 及CASE 244-2021 中前后刮都做，C-NCAP 整車刮底及臺車刮底并行，C-IASI 及CASE 244-2021 整車刮底及整車托底串行，總體來說，C-IASI 及CASE 考核的更全面更嚴苛，在同一個電池包上既驗證了刮蹭工況又驗證了撞底工況，C-NCAP 驗證模式更加多樣化，試驗對象使用整車結合臺車，動力電池企業在產品開發設計驗證過程中可以增加臺車刮底，及時發現電池包底部防護邊界能力并做好結構優化。

3.2 試驗方法差異

C-NCAP、C-IASI 及CASE 對整車刮底速度、刮底位置、重疊量要求有一定差異，C-IASI 及CASE 的指標范圍相對更寬一些，靈活性更高，臺車刮底為C-NCAP專項測試，使用中汽研專用刮底臺車，根據電池包尺寸、結構定制化開發轉接工裝，同時臺車軸距、重心位置可調，保證臺車與實車狀態一致，刮底位置重點考核模組、高壓連接線束剮蹭受損情形，臺車刮底雖然車速相對整車刮底有所降低，但是因為缺少整車前副車架和防護梁，沖擊瞬間的能量無法得到吸收分散，嚴苛程度臺車是要高于整車的，整包殼體密封及氣密容易失效，進而導致后續序列的電池系統浸水無法通過。C-IASI 及CASE 整車托底試驗使用25 mm 直徑半球形撞擊頭隨機選定薄弱點進行撞擊，模擬實際底部碰撞案例中向上撞擊的情形，最新的CASE 244 修訂意見稿擬將撞擊位置明確為動力電池包整車安裝點為幾何中心原點半徑240 mm 內區域薄弱點。電池系統浸水方式C-NCAP、C-IASI 及CASE并無差異，都是參考GB/T 4208[6]或GB 38031[7]浸水要求，高度小于850 mm 的試驗對象，其最低點應低于水面1 000 mm。C-IASI 增加整車浸水可選項，整車涉水或電池系統浸水二選一即可，整車涉水貼近用戶使用場景，試驗的水深、涉水總時間要嚴于GB/T 18384.3國標要求[8]，同時可檢驗試驗過程中整車功能表現，如是否上報故障，是否出現停駛拋錨現象等。

3.3 評價指標差異

C-IASI 及CASE 相對C-NCAP 增加了冷卻液泄漏要求，間接要求了整車刮底和托底后的冷板密封性要好，且結構不被破壞，C-NCAP 僅要求了電解液泄漏不超過5L，實際試驗過程中這個泄漏量難以定量收集衡量，且一但發生電解液泄漏情形，整包絕緣測試則無法通過，電池包安全風險較高[9]，需立即隔離，C-IASI 及CASE要求碰撞結束2h 內無電解液泄漏更加合理，符合市場用戶需求。C-IASI 中保研計劃在底部碰撞后評價指標中增加結構可靠性評估，要求線束連接器不出現斷裂或斷開，電池包固定點不出現失效，對于底部碰撞后變形進行測量記錄，通過線性插值法計算得分進行評價，綜合評估安全性、耐撞性水平。

4 薄弱點選取位置

刮底及托底試驗薄弱點選取，根據主機廠或電池廠提供的電池包或整車及系統布置示意圖、電池包結構強度仿真預測圖，從電池縱向中心線，向兩側以≤100 mm*100 mm 的網格大小，從電池前端往后端進行劃分，直到電池邊界，并結合電池Z 方向仿真形變及XY 向變形寬度預測圖[10]，將各點位移劃分為綠色、黃色、橙色、紅色四種顏色，隨機選定橙色或紅色薄弱點作為刮底及托底初始對準位置，選擇該點進行相應測試。

5 結語

近年來因底部碰撞導致的車輛起火屢見不鮮，整車及臺車底部碰撞試驗作為檢驗車輛底部防護能力的黃金標準，當前行業內尚未形成一個統一的規范，本文通過對研討階段的C-NCAP、C-IASI 及已正式發布CSAE 244-2021 進行剖析解讀，從試驗目的、送樣要求、試驗方法、評價指標、薄弱點選取位置等維度闡述當前法規要求，致力于幫助各企業測試人員、設計人員更清晰地理解試驗過程及標準差異。