智能純電動汽車碰撞后維修經(jīng)濟(jì)性分析

摘 要：當(dāng)下，智能純電動汽車越來越受到消費(fèi)者的關(guān)注，智能化功能的增加和普及必然會一定程度增加成本，在低速碰撞損傷下如何有效避開雷達(dá)等關(guān)鍵位置，對降低低速碰撞維修成本具有重要的意義。本文選取市場主流的10款純智能純電動車型基于CCRT 2021版修訂版測評規(guī)程開展低速碰撞試驗，找出碰撞后零部件形 變量大、缺陷值高的零部件，分析碰撞后損壞零部件維修經(jīng)濟(jì)性性能的好壞，對碰撞后的車輛維修成本進(jìn)行統(tǒng)計。結(jié)合車輛特點，兼顧車輛耐撞性和輕量化的性能，基于NSGA-II智能優(yōu)化算法，從低速碰撞維修經(jīng)濟(jì)性維度對車輛設(shè)計提出普適性建議。

關(guān)鍵詞：智能純電動汽車 維修經(jīng)濟(jì)性 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 零整比

1 緒論

中國汽車市場的保有量迅速增長，截至目前，整體汽車保有量已經(jīng)突破3.5億輛，中國家庭平均車輛已經(jīng)達(dá)到了1臺以上。新能源汽車的保有量已經(jīng)突破2500萬輛。在2023年，全國共發(fā)生道路交通事故175萬起，較2022年上升了8%。值得注意的是，與2022年相比，全國較大道路交通事故（一次死亡3人以上）的數(shù)量下降了12%。2023年，全國共發(fā)生此類事故436起。在眾多的交通事故中，低速碰撞下發(fā)生的輕微事故占比較大，低速狀態(tài)下發(fā)生的碰撞造成的零部件會發(fā)生輕微變形，單個零部件財產(chǎn)損失金額較低，此種狀況往往未引起車主以及有關(guān)部門的重視，在發(fā)生低速碰撞后大量的零部件被更換，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失數(shù)以億計。此外，新能源汽車是新興產(chǎn)業(yè)，許多方面沒有傳統(tǒng)燃油車那么成熟，與傳統(tǒng)燃油車相比新能源汽車在保險理賠和車輛維修等方面存在著維修費(fèi)用高，部件難維修等問題。因此，加大研究新能源汽車耐撞性與維修經(jīng)濟(jì)性，對新能源汽車研發(fā)與改進(jìn)，降低消費(fèi)者的使用成本具有重要的意義。

2 試驗方案介紹

CCRT 2021版[1]中對車輛的低速碰撞后維修經(jīng)濟(jì)性會進(jìn)行綜合評估，評價維度包含前保險杠靜態(tài)評價和后保險杠靜態(tài)評價，正面低速結(jié)構(gòu)碰撞試驗和尾部低速結(jié)構(gòu)碰撞試驗。本論文中僅考慮正面低速結(jié)構(gòu)碰撞試驗和尾部低速結(jié)構(gòu)碰撞試驗后相關(guān)損傷情況，對數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和分析。

針對正面低速結(jié)構(gòu)碰撞試驗和尾部低速結(jié)構(gòu)碰撞試驗，如圖1所示，在試驗前拍照記錄相應(yīng)位置的車輛狀態(tài)。在試驗過程中，采用高速攝像記錄試驗過程，試驗前后，對車輛閉合件間隙和底盤進(jìn)行測量。正面碰撞時，壁障的前面應(yīng)垂直，誤差±1°以內(nèi)。該壁障的前面應(yīng)相對于試驗車輛的縱向軸線垂線成10°±1°。車輛前端應(yīng)與壁障前面相重疊40%±25毫米。該重疊是在初次碰撞時，通過在車輛縱向軸線方向上的壁障的邊緣投影到車輛前端的方法來量。碰撞發(fā)生時，車輛應(yīng)不受任何牽引力。碰撞速度為15km/h，該速度應(yīng)在接觸壁障前1米內(nèi)測量。壁障前表面垂直度在最初碰撞時應(yīng)在±1°內(nèi)。移動壁障的軸線應(yīng)與軌道對齊，保證其沿直線運(yùn)動。移動壁障應(yīng)裝備有剎車系統(tǒng)或者其他制動措施，防止發(fā)生二次碰撞。重量為1400kg±5kg。在尾部碰撞時，車輛試驗位置應(yīng)保證移動壁障和試驗車輛尾部重疊40%±25mm，并且其縱向軸線和試驗車輛縱向軸線形成夾角10°（±1°）。重疊是在最初碰撞時測量，由移動壁障縱向軸線方向的側(cè)邊投影到車輛尾部的位置所決定，若試驗車輛已進(jìn)行前部碰撞試驗，則需確定是否用該車進(jìn)行后部碰撞試驗。應(yīng)詳細(xì)檢查該車輛，以確保前部碰撞中的損傷不會對后部碰撞的結(jié)果產(chǎn)生不利影響。試驗車輛需在試驗區(qū)域定位，以確保移動壁障撞擊車輛后部一側(cè)。后部碰撞側(cè)與前部碰撞側(cè)相反。碰撞發(fā)生時，移動壁障應(yīng)不受任何牽引力。碰撞速度為15km/h，該速度應(yīng)在接觸壁障前1米內(nèi)測量。

本次參與試驗的10款車的相關(guān)參數(shù)信息如表1所示，試驗車在完成低速碰撞測試后，會統(tǒng)計相關(guān)零部件的損傷情況以及維修費(fèi)用，維修費(fèi)用包含配件費(fèi)、工時費(fèi)和輔料費(fèi)。正面低速碰撞和尾部低速碰撞均依據(jù)維修總費(fèi)用占新車指導(dǎo)價的比例確定相應(yīng)碰撞形態(tài)下的得分，正面和尾部各占50分，相應(yīng)的得分系數(shù)如表2所示。低速結(jié)構(gòu)碰撞維修費(fèi)用比R=低速結(jié)構(gòu)碰撞的總維修費(fèi)用/廠商新車指導(dǎo)價*100%。

基于實際測試數(shù)據(jù)，采用構(gòu)建符合實際的車輛模型，采用仿真方案對車輛結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案進(jìn)行分析和比對，提出了相應(yīng)的改善建議[2-5]。

3 數(shù)據(jù)匯總分析

基于CCRT測評，本文對10款市面上主流的智能純電動汽車開展低速碰撞測試，包含前碰和尾碰，車輛價格分布在13.98萬-57萬之間，車型詳情如表1所示。從維修經(jīng)濟(jì)性的總體得分來看，10款車型之間的得分差異較大，最低得分為27.5分，最高得分為77.5分，得分極差達(dá)50分。這表明不同車型之間的維修經(jīng)濟(jì)性差異較大。10款車型的平均得分為59分，5款車型得分處在平均線以下，這表明10款車得分分布比較均勻。5款得分處于平均線以下的車型指導(dǎo)價均在本價格區(qū)間內(nèi)均勻分布，這表明指導(dǎo)價的絕對高低對車輛的維修經(jīng)濟(jì)性并沒有決定性作用。

3.1 正面低速結(jié)構(gòu)碰撞試驗結(jié)果分析

車輛在完成正面低速結(jié)構(gòu)碰撞后，拆解分析車輛損傷情況并核算車輛維修至試驗前狀態(tài)的費(fèi)用Y，除以車輛指導(dǎo)價F，得到維修費(fèi)用占比R，依據(jù)R值（參照表2）計算該車型正面低速結(jié)構(gòu)碰撞試驗得分。10款車型的得分分布以及相應(yīng)維修價格如圖3所示。10款車型中，正面低速結(jié)構(gòu)碰撞試驗得分（滿分50分）最低分僅為12.5分，該車型指導(dǎo)價為39.9萬，最高分為42.5分，該車型指導(dǎo)價為57.0萬。在正面低速碰撞后的維修過程中，維修費(fèi)用主要集中在配件更換部分，包含前保險杠皮、前防撞梁、發(fā)動機(jī)罩、前翼子板、前大燈、冷凝器、散熱器、行李箱蓋、前門殼、倒車鏡總成等。據(jù)統(tǒng)計，配件費(fèi)用大約能占到整體維修費(fèi)用的80%以上，因此配件費(fèi)用基本決定了該車型的維修經(jīng)濟(jì)性優(yōu)劣，即零整比。因此，作為消費(fèi)者的日常使用工具，零整比也是消費(fèi)者購車時需要重點考慮的因素，避免出現(xiàn)“買得起、養(yǎng)不起”的困境。

此10款車型正面低速碰撞維修費(fèi)用介于19303-80369元之間，相應(yīng)得分分別為35分和12.5分，平均維修費(fèi)用為38430元?？梢姡^對維修費(fèi)用并不能直接決定該指標(biāo)的最終得分，不同車型車主對于維修經(jīng)濟(jì)性的接受能力和預(yù)期是不同的，本文通過比值這樣的一個相對概念來表征。

3.2 尾部低速結(jié)構(gòu)碰撞試驗結(jié)果分析

車輛在完成尾部低速結(jié)構(gòu)碰撞后，拆解分析車輛損傷情況并核算車輛維修至試驗前狀態(tài)的費(fèi)用Y，除以車輛指導(dǎo)價F，得到維修費(fèi)用占比R，依據(jù)R值（參照表2）計算該車型尾部低速結(jié)構(gòu)碰撞試驗得分。10款車型的得分分布以及相應(yīng)維修價格如圖4所示。10款車型中，尾部低速結(jié)構(gòu)碰撞試驗得分（滿分50分）最低分僅為10分，該車型指導(dǎo)價為25.6萬，最高分為45分，該車型指導(dǎo)價為57.0萬。在尾部低速碰撞后的維修過程中，維修費(fèi)用主要集中在配件更換部分，包含后防撞梁、后保險杠皮、后門殼、外尾燈、輪胎、后輪眉等。據(jù)統(tǒng)計，配件費(fèi)用大約能占到整體維修費(fèi)用的85%以上，因此配件費(fèi)用基本決定了該車型的維修經(jīng)濟(jì)性優(yōu)劣，即零整比。

相較于正面低速碰撞，尾部低速碰撞正比維修費(fèi)用較低，主要因為尾部低速碰撞損傷的部件較少且部件價格較低，此10款車型正面低速碰撞維修費(fèi)用介于4475元-22323元之間，相應(yīng)得分分別為42.5分和10分，平均維修費(fèi)用為12669元。同樣，絕對維修費(fèi)用并不能直接決定該指標(biāo)的最終得分，本文通過比值這樣的一個相對概念來表征車輛的維修經(jīng)濟(jì)性好壞。

4 分析及改進(jìn)建議

車輛在低速碰撞過程中，主要由防撞梁和吸能盒對車輛起到保護(hù)和緩沖作用，依據(jù)試驗結(jié)果以及測量數(shù)據(jù)單獨(dú)對防撞梁和吸能盒進(jìn)行優(yōu)化是較為簡單的工作，但整車作為多部件復(fù)雜的組合體，單個部件參數(shù)或者結(jié)構(gòu)的優(yōu)化可能并不能達(dá)到預(yù)期的效果，而且不同部位之間的撞擊緩沖和變形是同時進(jìn)行的，因此在進(jìn)行優(yōu)化時應(yīng)同時顧及多部件的協(xié)同和綜合影響，需采用多目標(biāo)優(yōu)化法對車身主要相關(guān)部件結(jié)構(gòu)和材料進(jìn)行優(yōu)化，兼顧車頭車尾耐撞性和車身輕量化，從而達(dá)到優(yōu)化車輛低速耐撞經(jīng)濟(jì)性的效果。從數(shù)學(xué)的角度考慮，多目標(biāo)優(yōu)化的解一般是可行性范圍，而不是確定的數(shù)值。本文采用Isight軟件中的NSGA-II算法來進(jìn)行目標(biāo)優(yōu)化求解，通過迭代計算求解。

基于設(shè)計變量、約束條件、目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建了相應(yīng)的數(shù)據(jù)優(yōu)化模型，選擇Isight軟件中提供的正交試驗設(shè)計方案，基于某款車的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入，驗證預(yù)設(shè)模型的準(zhǔn)確性，通過實際數(shù)據(jù)的訓(xùn)練，依據(jù)決定系數(shù)、方差、極差、相關(guān)誤差等統(tǒng)計學(xué)參數(shù)，迭代和優(yōu)化模型，形成滿足使用標(biāo)準(zhǔn)的實際模型。在該模型的基礎(chǔ)上采用NSGA-II算法進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化求解，通過迭代優(yōu)化獲得多目標(biāo)優(yōu)化問題的 Pareto 解集。

依據(jù)模型輸出結(jié)果，經(jīng)過優(yōu)化后的吸能盒壓縮距離由123.4mm減少至116.5mm，有效避免了撞擊能量對車身關(guān)鍵零部件的損傷，同時減少了車身形變量，同時考慮車身輕量化，該設(shè)計的調(diào)整未對整體整備質(zhì)量造成太大影響。優(yōu)化后的吸能盒的截面力和塑性應(yīng)變力均獲得了有效提升。

5 結(jié)語

本文的數(shù)據(jù)分析均基于CCRT低速碰撞維修經(jīng)濟(jì)性試驗的測試數(shù)據(jù)，采用實車碰撞實際測量得來。整體分析，車輛的低速碰撞維修經(jīng)濟(jì)性主要由車輛設(shè)計、車輛零整比和新車指導(dǎo)價三個因素決定。

車型的設(shè)計直接影響車輛在低速碰撞過程中的受損傷部件類型和數(shù)量，以及損傷程度，損傷程度決定了部件是否可以進(jìn)行維修，還是需要直接更換，關(guān)鍵部件維修和部件更換的費(fèi)用差額巨大。對于大部分智能純電動汽車，前車大燈的價格較為昂貴，部分車型的貫穿燈帶更是占據(jù)車主維修時的大額支出。此外部分車型由于碰撞標(biāo)定的較為敏感，車輛在低速碰撞后會導(dǎo)致氣囊彈出，這無疑會對車輛的維修帶來巨大影響。

車輛零整比是影響車輛維修經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵因素，在本批次測評車型中，兩款市場銷量較大車型的整體平均零整比為10.83%和12.90%，維修零部件價格相對較低，相應(yīng)車輛低速維修經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)較好。

基于測試數(shù)據(jù)和仿真軟件，構(gòu)建車輛模型并進(jìn)行相應(yīng)的車輛優(yōu)化，有效提升了車輛的低速碰撞維修經(jīng)濟(jì)性，主要體現(xiàn)在對關(guān)鍵零部件的保護(hù)以及絕對形變量的降低。但是本次仿真優(yōu)化僅考慮了低速碰撞形態(tài)，并為高綠高速碰撞的場景，因此，對于該優(yōu)化策略在整車層面的應(yīng)用需要進(jìn)一步驗證。

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