周青：电动汽车和智能汽车的安全性挑战

　　“自动驾驶的安全性目标是什么？是达到目前人类司机的平均水平。而智能碰撞保护是自动驾驶车辆上路的最终保障！”

　　“自动驾驶的安全性目标是什么？是达到目前人类司机的平均水平。而智能碰撞保护是自动驾驶车辆上路的最终保障！”4月26日，清华大学车辆与运载学院学术委员会主任、中国汽车工程学会汽车安全技术分会主任委员周青教授在109周年校庆之“车辆与运载学院成立一周年校庆云论坛”上如是说。

　　在未来智能交通环境下，智能汽车的安全性面临着怎样的挑战呢？已经上路的电动汽车存在着怎样的安全问题？是否已经满足了我们的安全需求以及我们如何解决好安全问题？

　　交通乘员复杂化

　　智能碰撞保护是优势

　　目前的汽车是否满足了我们的安全需求？周青给出的答案是多数情况下未满足。第一，未实现对真实事故工况的最优保护；第二，未针对中国事故工况和中国人体型；第三，未考虑自动驾驶场景下可能出现的风险因素和事故形态。

　　周青认为，交通参与者复杂是很重要的因素。目前，所有的碰撞标准都不是针对老年人的，但随着人口老龄化问题日益严重，老年人的损伤容限将会被纳入考虑范围中。另外，近年来很多美国人的体重已超过平均值，而目前的碰撞标准是针对正常身材而言的。

　　在目前的道路交通事故中，90%以上的事故成因是人的错误引起的。既然如此，很多人会认为，自动驾驶把人类司机从系统中取出，是不是就可以说明事故风险降低了90%？周青表示，当然不是。这无外乎把犯错主体由人转为电脑。他认为，自动驾驶汽车的驾驶水平至少应达到目前人类司机的平均水平，才算实现了安全性目标，这也是最低要求。当然，自动驾驶有很多特殊的优势，比如环保、智能等。智能碰撞保护是自动驾驶车辆上路的最终保障，它可以涵盖危险工况、不常见的工况等，这样自动驾驶车辆才可以上路。

　　自动驾驶车辆需要克服的就是面临危险情况时的预判和实时防护的时间延迟。

　　那么，针对这种工况，自动驾驶汽车如何进行智能的安全防护？周青从正常行驶、感知预警、临界险态、碰撞四个阶段分析了一体化智能安全体系下的预防和保护，主要包括以下三个方面：第一，精准实时的车辆状态和成员状态感知及预估；第二，基于乘员损伤风险预测的碰撞保护型决策；第三，考虑乘员状态和碰撞形态的自适应碰撞保护。

　　周青预测了在未来智能交通环境下汽车碰撞事故的新问题，展望了面向未来交通场景下的汽车乘员的安全保护。一方面，网联汽车技术和自动驾驶技术可降低汽车碰撞事故的发生率，将有更多高速队列行驶的情况出现，这样的高动能系统中因小概率意外引发的多车高速碰撞事故后果不容忽视。另一方面，智能行车技术也将提升碰撞预判的准确性与乘员约束系统的优化。结合乘员状态识别技术、不同人体的碰撞损伤特性数据以及赛车驾驶员约束形式，为不同的碰撞工况、乘坐形式和姿态以及乘员的生物力学特性，提供有针对性的实时、自适应碰撞保护，在确保高速碰撞事故中乘员安全的同时兼顾舒适性和方便性。

　　在自动驾驶汽车技术开发问题上，周青做了以下总结。如果在标准的工况下，即规范的道路环境和简单的交通场景下正常行驶，实现自动驾驶的碰撞保护虽然也有难度，但是是可以预期的；但如果在复杂、危险的工况下，实现自动驾驶的碰撞保护可谓任重道远。

　　允许电池变形

　　托底评价方法正待开发

　　电池包是电动汽车上最重、最大、最贵的部件，这就决定了我们需要投入更大的资源去研究电池。

　　大约在七八年前，周青团队就从顶层设计方面分析电动车动力电池碰撞保护设计。周青表示，最初的目标是如果只要求碰撞时电池部件不发生变形就算安全，则需付出增重的代价，这也与最初设计电动汽车节能的初心背道而驰。后来，周青团队将设计目标改为允许碰撞时电池发生变形，甚至允许发生内部短路，只要不起火就行。在整个设计思路中，借鉴人体碰撞保护设计思路，即允许一定程度的受伤。

　　那么，以什么碰撞严苛程度为设计目标呢？基于目前的汽车碰撞保护水平，发生90km/h碰撞时乘员的存活可能性很大。在国外，美国FMVSS 301法规对碰撞程度的要求是80km/h尾部碰撞测试后油箱无泄漏或起火。

　　碰撞后，受到挤压后的电池组分材料的破坏机理和规律是怎样的呢？周青解释道：在间断的测试下，电池在挤压下负极涂层与隔膜黏附及隔膜会减薄。在机械载荷试验中，均发现挤压力对挤压位移曲线的斜率拐点对应着内部损伤演化的起始时刻。该发现为建立有效的电池挤压失效判据奠定了基础，明确承受机械载荷的动力电池在发生内短路之前允许一定的变形量。

　　那么，在冲击载荷下，电池的动态变形在不同加载速率下开展电芯挤压变形与失效机理研究并分析其差异，试验结果表明，動态冲击载荷下电芯的结构刚度增大，内短路时刻对应的变形量减小且载荷降低，即电池在动态载荷下变形的安全阈值更低。上述现象体现电池力学响应特有的率相关性。

　　目前，精细化电池仿真模型支持电池碰撞失效机理分析，因为电池实验存在一定的危险性，所以，可以利用精细化电池仿真模型去做实验室没有的工况。有了模型以后，提供给厂家去做电池包的安全化设计和轻量化设计。

　　在整车的层面上，侧面柱撞和托底碰撞值得关注。值得一提的是，一般车的碰撞保护不需要考虑托底工况，但是由于电动汽车的电池在底部排列，所以不得不考虑此工况。针对2013年美国的一起电动车底部异物碰撞引发的电池着火事故，周青的研究团队对该碰撞工况进行了再现分析，对比分析多种底部碰撞保护结构形式，提出了兼顾轻量化和底部碰撞保护性能的波纹构型填充的三明治底部护板结构。 最近，周青团队正与国内厂家合作联合开发托底实验的评价方法。

　　最后，周青表示，团队的科研核心虽是汽车碰撞事故，但终极目标还是回归到保证人的安全上。

　　郭文佳