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从丰田的混合动力召回 看新能源汽车的安全问题
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从丰田的混合动力召回 看新能源汽车的安全问题

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        从传统内燃机车辆在转向混合动力、插电式混合动力和纯电动汽车过程中,是需要做充分和长期的转换过程。结合丰田的例子,也谈一谈这一类车辆的安全性问题,也请各位读者给技术成熟稳定,车子的质量控制给予一些时间。这段时间,日本丰田汽车先是宣布,将在日本、北美、欧洲和其他地区召回大约103万辆汽车,随着调查的深入,将会扩大召回数量。召回超过240万辆混合动力车型,车辆召回原因为混动系统内存在缺陷,可能导致车辆在行驶途中失去动力甚至出现熄火现象,这其实是第三次丰田较大规模的混合动力车辆召回事故了。
 
图1 丰田有关混合动力系统的召回
 
        这事情,主要分为两个方面,一个是混合动力在之前看来是一项长期培育的技术,随着厂家对于自己犯的错误及时改正,其实消费者是越来越接受的。混合动力年销售量已经接近150万台/年,如下图所示:
 
图2 丰田和雷克萨斯品牌的混合动力年销售
 
        这个过程也是从日本扩展到美国、欧洲、大洋洲和其他销售区域。面向全球销售区域的时候,对应动力总成技术需要承受更为复杂的环境和使用工况,带来对于系统更大的设计鲁棒性需求,也同时对于汽车里面的安全情况管理提出了细节的要求。
 
图3 丰田混合动力在全球范围的扩展
 
        由于混合动力技术的发展,由电子控制系统引起的安全问题是相对很突出的,丰田的几项内容,都是或多或少和对于功率电子的使用的问题。这些问题,都是车辆正常使用过程中,在高速、低速和中速各种驾驶条件下,由于动力电池系统、混合动力系统、空调冷却系统等能符合功能安全的要求,正常工作。目前来看,丰田对于动力电池的薄收还是有自己的考量的,在驱动系统里面,采用了电驱动单元的芯片内核,其失效机理的相关因素还是很复杂的。为了维持有效的工作范围,必然对核心器件的工作状态予以限制和保护,这就会影响整车的工作状态。在软件、诊断和保护阈值为主导的ECU,配合上越来越大和更为极端的工况,这就使得技术上需要迭代和优化需要很多的时间。这也是丰田在不断混合动力系统降本,和优化安全特性上所做的事情。
 
图4 有关IGBT的失效机理分析(和运行温度有关的部分)
 
        从电动汽车在中国的发展阶段,也大概处在小孩6-7岁的阶段,在质量、安全和控制上面,由整车企业所代表的开发团队,需要平衡电池系统和驱动系统,还有随着整车的特性(续航里程和最高速度)提升之后,车辆暴露在高速环境还有一些极端的环境(开拉萨和新疆)等地,在电动汽车逐渐成熟的过程中。主要有这几项挑战:
 
        1) 在电动汽车领域里面,在电池系统降本,驱动系统三合一的轴驱动器里面,大量考虑系统性的降本措施。这一方面也催生了新技术和新方法去占领市场和获取优势的定价地位,但是也存在一定的风险性,在质量和安全方面,需要很多的时间才能完整覆盖大量的使用工况,极端情况是在较大的保有量和较大区域条件下随着使用时间的积累发生的。从广义来说,产品数量多了,才容易暴露和发现问题,这也使得企业要迈过产量的坎,迈过保有量的坎,迈过极端使用的坎。我们也要容忍一定数量的召回,对企业来说这事情直接带来的影响是成本的上升,公司短期的利润的下降,但是企业的品牌并不是完全随着召回的情况导致影响力的下降。
 
图5 客观来说,降本的趋势,使得把控的难度越来越大了
 
        2) 从某种程度来说 ,如何构建新型的零整关系是非常微妙的。在电动汽车里面,完全依靠供应商,没有自身的设计和控制,几乎能看到类似套娃的方案,而独特的设计方案,不仅意味着风险也意味着需要自身的投入。从总体来看,大部分先驱者都是要面临系统复杂性带来的安全性风险,需要考虑未来可能潜在的召回状况,对每一个有雄心的企业都是一种考验。随着开发越来越多新的动力系统方案,它的安全功能和越来越复杂的系统,在激烈的竞争条件下,改款和新款车型的开发速度,都给汽车厂商带来很大的压力。在这个问题上,如何从创新者Tesla和一步步坚实往前走的Toyota之间取得合适的平衡,大概是每个中国企业往前发展势必遇到的问题。在全球层面,随着Electric Vehicle Safety GTR的全球性的安全要求出来,使得未来保证电动汽车安全性的基础确认,这个也是规范我们在做车和做产品过程中更多共性的东西。为电动汽车在全球性推广和基本安全性做背书。
 
图6 EVS GTR的安全性要求
 
        当然,这里还是有一些矛盾的。由于电驱动系统和电池系统,本身都有对于自身的诊断考虑,特别是电池由于它的能量释放特性,如果不在可控范围能对乘员和周边造成挺大的伤害。因此从车辆的驾驶安全性出发,和电池在某些条件下考虑,这里就有细节的取舍问题,我们以后可以仔细来谈谈这个取舍之间的矛盾点。
 
图7 典型的电动汽车各个状态下防止人员受到电击伤害的考量
 
        小结:
 
        电动汽车的安全,不仅仅是起火的自燃事故,也包括随着保有量提升,私人车辆和其他车辆渗透到我们生活里面带来的变化。从这个意义上来说,我们需要仔细控制电动汽车安全风险,把它控制在一个合理的范围之内。