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[摘 要]电动客车的安全仿真是通过模拟真实的驾驶情景，对可能发生的内外部环境变化进行模拟分析，从而得到安全仿真的模型数据。本文在对电动客车的侧向被动安全进行研究时，选用有限元模型作为研究方法，通过多个侧面对某型号电动汽车进行了整车安全性能的仿真分析，并通过动力电池和车身骨架两个方面的结构优化，提升电动客车的安全性能。
[关键词]电动客车；侧向被动安全；有限元仿真；结构优化
中图分类号：P58 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）44-0327-01
前言：
仿真作为对现实世界所发生情况的一种模拟，在进行实际操作时，需要尽可能地与真实的情况向吻合。电动客车的安全性能模拟，最直接的方法是实车碰撞试验，但是由于实车碰撞的成本过高，同时其结果与事故情况相接近，难以完全确保驾驶人员安全，因此只能借助仿真分析手段对电动汽车的安全性能加以判断，最终获得其性能分析数据。
一、电动客车侧向被动安全有限元仿真分析
（一）电动客车侧向被动安全模型
为了能够对电动客车进行准确的研究和分析，本文选择了某市教育委员会规定的小学学生增程式BJ型号电动校车作为研究对象。BJ型电动校车为某汽车生产商制造，具有防撞型的前车身构造以及半承载式从车体骨架，具有较高的车身强度。在进行有限元模型设计时，本文选择了其车身骨架和动力电池作为模拟分析内容，展开分析。
首先，在车身骨架方面，本文运用CAD几何模型，进行了三维模型的搭建，将电动客车结构特点真实的反应出来。通过模型分析可以看到，该电动客车具有构件以及载荷分配两个方面的特点。在构件方面，汽车当中的零件连接方式主要以倒角、圆角为主，同时大部分车身构件中都采用了直杆和曲杆相结合的处理方式，使得构件表面更加顺滑有韧性；而在载荷分配方面，车身当中的空调位置、电机配件位置，处于非碰撞区域。在以往的交通事故数据当中可以看到，这些配件不会在交通事故当中受到过大的沖击力，变形可能微乎其微。因此在受力过程中，车架整体的受力载荷相对平均。
其次，在动力电池方面，BJ型电动客车的电池系统为常见的锰酸锂离子电池，这种电池在出厂之前经过模块化处理，被旱牢在电池箱内部，进行锁死。在汽车内部，电池箱会以电缆作为桥梁，构成电池组。为了保证安全，电池箱集成于车辆下方，并增设异常状态监测、过流保护、绝缘控制、真空断路等安全功能。如图1所示：
图1 电池箱实拍图
在图中可以看出，电池箱的设计特征为内箱和外箱相结合的抽屉式结构，其中，内箱封闭与车体之内，而外箱选用框架结构悬挂于车体之外。这种结构方式既能够保证电池安全，同时又为维修、更换提供便利条件。
通过有限元软件的建模分析，对动力电池系统的特征进行了简化分析。使动力电池能够形成网格化的划分，单元网格尺寸设置为0.8层面，形成了壳单元，能够开展相应的网格质量检查。其中，电池箱内外挡板的部件材料模型为ls-dyna的分段线性材料模型，因此依据材料的特性可以形成材料特性参数曲线，通过曲线观察可以获得电池箱外部骨架和钣金件配件的强度情况[1]。
（二）电动客车整车的被动安全性分析
本文将电动客车可能面临的安全挑战集中在车体结构和电池使用情况上，因此在进行仿真的安全性分析时，也针对这两个层面开展。
首先，本文通过有限元仿真模型，对BJ型电动客车进行了侧面碰撞的模拟，并将碰撞过程依据不同的时间段进行了整车位移情况的数据记录。通过记录可以更全面的对电动客车受到被动侧撞时安全性能变化情况进行观察。在碰撞初期，时间为0s到0.03s之间时，客车的车身骨架并为发生变形，其中碰撞区的骨架开始发生形变。而在0.03s到0.07s之间，未愈碰撞区的电池箱开始迅速变形，电池箱形变导致前围骨架开始扭曲，位移量增加。在0.08s左右时，汽车的车身骨架位移出现剧烈波动，表明在这一时间段内发生了震荡。在此后，碰撞活动结束，客车依靠惯性向前运动。在具体运动过程中，为了提升整个研究的准确性，相关研究人员还可以设置对照组，以此来形成对比观察。
在这一过程中，笔者格外对电池箱的情况进行了观察，通过各个时间点的数据发现，电池箱门蒙皮与左侧围骨架作谓语移动臂障进行碰撞的主要接触区，形变严重，且破损骨架已经侵入到电池外箱体。随着碰撞力的递进和传播，电池箱变形增强，随后区域稳定。
二、电动客车结构改进优化
针对有限元仿真模拟分析的BJ型电动客车在侧向撞击下的状态，为了提升客车的安全性，本文从车身骨架和动力电池连个方面提出了优化建议。
（一）电动客车骨架优化改进
针对客车骨架的优化改进，主要目的在于减少客车在碰撞当中造成的骨架变形量，防止车身骨架侵入到生存空间内。在优化方案当中，本文将改良对象设定为骨架的壁厚、材料两个方面。原始的骨架壁厚约为0.28cm，在进行优化时，本文分别选用0.31cm和0.35cm两个厚度水平进行测试，同时为了保证骨架质量，在材料选择方面，选用了高强度钢材料DP600、DP800进行对比分析。在不同材料和不同厚度的仿真比对中发现，0.31cm厚度的DP600骨架设计，在达到侵入峰值时，空间侵入量约为1.28cm，为几种配置优化方案最高，而0.35cm和DP800骨架设计其空间侵入量为-4.92cm，这表明在发生撞击后，骨架虽然发生了形变，但是与生存空间内部距离尚有约5cm的空间，效果最为理想[2]。
（二）动力电池系统的优化改进
为了提升电动客车对于动力电池的防护，本文在BJ型号电动客车的电池箱设计基础上，进行了防撞横梁的增设，增强其防撞能力。作为内外相结合的电池箱，在支架的重要位置，可以设置两条防撞横梁，而在下方设置一条防撞横梁。利用这种布置方式，提升防撞能力。通过有限元模拟分析可以看出，添加防撞横梁后，其电池箱内部的侵入情况下降了超过50%，效果可观。
结论：综上所述，电动客车在运行过程中，侧向被动的安全威胁主要来源于侧向冲撞。通过有限元的模拟分析可以看出，侧向冲撞会影响车辆的骨架形态，影响电池箱的位置状态。为了提升其安全性能，需要通过这两个方面的优化来进行改进。
参考文献
[1].我国电动汽车市场化进程中相关问题综述[J].电工电能新技术，2015，34（07）：1-10.
[2]赵轩，马建，汪贵平.基于制动驾驶意图辨识的纯电动客车复合制动控制策略[J].交通运输工程学报，2014，14（04）：64-75.
[3]田军辉. 纯电动客车整车控制器硬件在环测试系统开发及驱动控制策略研究[D].吉林大学，2013.
[关键词]电动客车；侧向被动安全；有限元仿真；结构优化
中图分类号：P58 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）44-0327-01
前言：
仿真作为对现实世界所发生情况的一种模拟，在进行实际操作时，需要尽可能地与真实的情况向吻合。电动客车的安全性能模拟，最直接的方法是实车碰撞试验，但是由于实车碰撞的成本过高，同时其结果与事故情况相接近，难以完全确保驾驶人员安全，因此只能借助仿真分析手段对电动汽车的安全性能加以判断，最终获得其性能分析数据。
一、电动客车侧向被动安全有限元仿真分析
（一）电动客车侧向被动安全模型
为了能够对电动客车进行准确的研究和分析，本文选择了某市教育委员会规定的小学学生增程式BJ型号电动校车作为研究对象。BJ型电动校车为某汽车生产商制造，具有防撞型的前车身构造以及半承载式从车体骨架，具有较高的车身强度。在进行有限元模型设计时，本文选择了其车身骨架和动力电池作为模拟分析内容，展开分析。
首先，在车身骨架方面，本文运用CAD几何模型，进行了三维模型的搭建，将电动客车结构特点真实的反应出来。通过模型分析可以看到，该电动客车具有构件以及载荷分配两个方面的特点。在构件方面，汽车当中的零件连接方式主要以倒角、圆角为主，同时大部分车身构件中都采用了直杆和曲杆相结合的处理方式，使得构件表面更加顺滑有韧性；而在载荷分配方面，车身当中的空调位置、电机配件位置，处于非碰撞区域。在以往的交通事故数据当中可以看到，这些配件不会在交通事故当中受到过大的沖击力，变形可能微乎其微。因此在受力过程中，车架整体的受力载荷相对平均。
其次，在动力电池方面，BJ型电动客车的电池系统为常见的锰酸锂离子电池，这种电池在出厂之前经过模块化处理，被旱牢在电池箱内部，进行锁死。在汽车内部，电池箱会以电缆作为桥梁，构成电池组。为了保证安全，电池箱集成于车辆下方，并增设异常状态监测、过流保护、绝缘控制、真空断路等安全功能。如图1所示：
图1 电池箱实拍图
在图中可以看出，电池箱的设计特征为内箱和外箱相结合的抽屉式结构，其中，内箱封闭与车体之内，而外箱选用框架结构悬挂于车体之外。这种结构方式既能够保证电池安全，同时又为维修、更换提供便利条件。
通过有限元软件的建模分析，对动力电池系统的特征进行了简化分析。使动力电池能够形成网格化的划分，单元网格尺寸设置为0.8层面，形成了壳单元，能够开展相应的网格质量检查。其中，电池箱内外挡板的部件材料模型为ls-dyna的分段线性材料模型，因此依据材料的特性可以形成材料特性参数曲线，通过曲线观察可以获得电池箱外部骨架和钣金件配件的强度情况[1]。
（二）电动客车整车的被动安全性分析
本文将电动客车可能面临的安全挑战集中在车体结构和电池使用情况上，因此在进行仿真的安全性分析时，也针对这两个层面开展。
首先，本文通过有限元仿真模型，对BJ型电动客车进行了侧面碰撞的模拟，并将碰撞过程依据不同的时间段进行了整车位移情况的数据记录。通过记录可以更全面的对电动客车受到被动侧撞时安全性能变化情况进行观察。在碰撞初期，时间为0s到0.03s之间时，客车的车身骨架并为发生变形，其中碰撞区的骨架开始发生形变。而在0.03s到0.07s之间，未愈碰撞区的电池箱开始迅速变形，电池箱形变导致前围骨架开始扭曲，位移量增加。在0.08s左右时，汽车的车身骨架位移出现剧烈波动，表明在这一时间段内发生了震荡。在此后，碰撞活动结束，客车依靠惯性向前运动。在具体运动过程中，为了提升整个研究的准确性，相关研究人员还可以设置对照组，以此来形成对比观察。
在这一过程中，笔者格外对电池箱的情况进行了观察，通过各个时间点的数据发现，电池箱门蒙皮与左侧围骨架作谓语移动臂障进行碰撞的主要接触区，形变严重，且破损骨架已经侵入到电池外箱体。随着碰撞力的递进和传播，电池箱变形增强，随后区域稳定。
二、电动客车结构改进优化
针对有限元仿真模拟分析的BJ型电动客车在侧向撞击下的状态，为了提升客车的安全性，本文从车身骨架和动力电池连个方面提出了优化建议。
（一）电动客车骨架优化改进
针对客车骨架的优化改进，主要目的在于减少客车在碰撞当中造成的骨架变形量，防止车身骨架侵入到生存空间内。在优化方案当中，本文将改良对象设定为骨架的壁厚、材料两个方面。原始的骨架壁厚约为0.28cm，在进行优化时，本文分别选用0.31cm和0.35cm两个厚度水平进行测试，同时为了保证骨架质量，在材料选择方面，选用了高强度钢材料DP600、DP800进行对比分析。在不同材料和不同厚度的仿真比对中发现，0.31cm厚度的DP600骨架设计，在达到侵入峰值时，空间侵入量约为1.28cm，为几种配置优化方案最高，而0.35cm和DP800骨架设计其空间侵入量为-4.92cm，这表明在发生撞击后，骨架虽然发生了形变，但是与生存空间内部距离尚有约5cm的空间，效果最为理想[2]。
（二）动力电池系统的优化改进
为了提升电动客车对于动力电池的防护，本文在BJ型号电动客车的电池箱设计基础上，进行了防撞横梁的增设，增强其防撞能力。作为内外相结合的电池箱，在支架的重要位置，可以设置两条防撞横梁，而在下方设置一条防撞横梁。利用这种布置方式，提升防撞能力。通过有限元模拟分析可以看出，添加防撞横梁后，其电池箱内部的侵入情况下降了超过50%，效果可观。
结论：综上所述，电动客车在运行过程中，侧向被动的安全威胁主要来源于侧向冲撞。通过有限元的模拟分析可以看出，侧向冲撞会影响车辆的骨架形态，影响电池箱的位置状态。为了提升其安全性能，需要通过这两个方面的优化来进行改进。
参考文献
[1].我国电动汽车市场化进程中相关问题综述[J].电工电能新技术，2015，34（07）：1-10.
[2]赵轩，马建，汪贵平.基于制动驾驶意图辨识的纯电动客车复合制动控制策略[J].交通运输工程学报，2014，14（04）：64-75.
[3]田军辉. 纯电动客车整车控制器硬件在环测试系统开发及驱动控制策略研究[D].吉林大学，2013.