自动驾驶进入下半场 仿真测试技术成竞争新高地

8月24日，“绿色智能，融合创新”专题产品论坛正式举办，长安 汽车 首度发布了全场景数字孪生开发开放平台、新一代超集电驱系统、技术首发远程无人代客泊车APA7.0。同时长安 汽车 还宣布企业即将量产首发远程智能泊车APA6.0。

一系列全新技术的发布，展现了长安 汽车 坚定不移推进智能化战略北斗天枢计划、新能源战略香格里拉计划、加快成为智能低碳出行 科技 公司的发展决心，也为长安 汽车 加快形成“新 汽车 +新生态”产业公司增添了极为强劲的技术动力。

全场景数字孪生开发开放平台

随着用户的消费升级与技术发展双驱动，座舱不仅仅是驾驶的交互空间，更延伸成为一个有智慧、有 情感 的数字化移动空间。基于这样的理解，长安 汽车 行业首发“用户-车企-开发者”的全链路打通的全场景数字孪生开发开放平台。

首次将原子化服务应用到数字座舱平台，达到功能的无限组合。已经实现600加的原子化服务，提供1万+的功能组合可能。

行业首发驾驶、座舱、车控三域打通的整车级虚拟仿真环境，实现全车功能场景可编排。

提供无限的算力，本地加云端拥有上百万TOPS算力储备，能够满足未来5到10年的平台开发需求。拥有丰富的云服务，为开发者提供10类260个API接口。目前已经接入超过100多个合作伙伴、上线超过200多个应用；后续无限扩展中。

支持快速开展单体级、系统级、整车级的体验评价。

支持虚拟现实、混合现实体验评价。以前，进行全场景整车智能化体验评价。

新一代超集电驱系统

超集电驱系统以电驱超高效率为核心，打造的新一代超集电驱系统。通过技术深度融合，将电机、减速器、电机控制器、DCDC、DCAC、直流升压、高压分线、交流充电等多功能深度集成于一体。相对于“三合一”电驱系统，其体积减少5%、重量降低10%、功率密度提升37%、噪声降低15%、效率提升5%。

从核心优势上来看，超集电驱系统拥有超高电驱总成，电驱总成最高效率>95%，可实现全路况超低百公里电耗；全球首发电驱高频脉冲加热技术，配合电驱余热回收技术，可实现-30度超低温畅快驾享，有效提升冬季低温续航里程40-70km。在充电速度方面，实现了充电10分钟续航200公里。二者结合，让电动车在北方的冬天再无痛点。

当然，长安新一代超集电驱也会率先搭载到使用全新专用电动车平台的C385上，期待能解决冬季电池性能下降，续航打折扣的问题。

APA6.0远程智能泊车

APA6.0突破了行业小车位泊车极限，可做到垂直车位车宽加65cm ，平行车位车长加65cm的小车位泊车，这也标志着长安智能驾驶系统工程和软件工程的体系流程能力达到国内领先水平。

APA7.0远程无人代客泊车系统首发

（1）“呼之即来，挥之即去”的专属停车场私人代驾

我们将在满足国家相关法规前提下，首发车库外的无人自主排队泊车功能——用户可直接在车库外下车，由系统自主排队，驾驶车辆自主通过道闸、自主寻找车位，自主泊车。

同时，我们也将实现：

（2）长安APA7.0技术突破

此次长安 汽车 “新 汽车 新生态”战略、高端智能电动品牌、全新平台系列纯电动产品发布及相关技术的突破，给 社会 展示了长安 汽车 更多的可能性，同时也体现出了长安 汽车 的创新实力，以及加快迈向世界一流 汽车 企业的坚定决心！

中国的虚拟仿真技术，严格来讲应该是从80年代初期开始，得到了质的飞跃发展。虚拟技术的出现并没有异味着仿真技术趋向淘汰，而恰恰有力的说明仿真和虚拟技术都随着计算机图形技术而迅速发展，在系统仿真、方法论和计算机仿真软件设计技术在交互性、生动性、直观性等方面取得了比较大的进步。先后出现了动画仿真、可视交互仿真、多媒体仿真和虚拟环境仿真、虚拟现实仿真等一系列新的仿真思想、仿真理论及仿真技术和虚拟技术。

随着国家教育政策对高校虚拟仿真实验项目建设的支持，目前国内做虚拟仿真软件的公司也如雨后春笋般应运而生。其中做的比较出色的有：东方仿真、润切尔、北京欧倍尔、南京药育等公司，都是研发仿真软件的公司，着重解决高等院校实验方案。北京欧倍尔公司产品和技术涵盖：化学化工、食品工程、环境工程、生物制药、工程力学、材料工程、电气工程等多个专业领域。开发了实验、实训、生产实习、半实物仿真工厂等专业化仿真教学平台，同时将3D技术、AR增强现实技术、VR虚拟现实技术应用于其中，并实现PC端、移动端、网络化等多维度操作，极大丰富了教学应用模式、应用场景，有效解决了教学过程中因时间、空间、教学资源等限制而造成的困扰和问题，为教育教学、人才培养提供了技术支持和保障，创造了条件和优势。

以食品专业为例，食品工程专业的学生需要到企业进行实习,然而在现实中,由于食品生产线制造、保养和维护成本十分昂贵,企业一般不会让实习学生在生产线上直接操作。三维工厂虚拟仿真则为高校提供了一条新思路。比如,奶粉生产虚拟仿真实验室可以逼真地模拟奶粉加工生产工艺的开车、停车、正常运行和各种事故状态。这种现代化的虚拟仿真培训,无需投料,没有危险性,节省了大量费用,也提高了培训效率。真正做到了把‘工厂’搬到学校,实现了教学与就业的零距离。其价值,远远超出学生到工厂观摩。

吐司面包加工虚拟仿真软件

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1、新能源车电安全引人担忧

近年来伴随新能源车市场的火爆， 社会 上已发生多起新能源车起火事故，电池安全渐渐成为了新能源电动 汽车 最重要的议题之一，也是各方关注的焦点。新能源 汽车 国家大数据联盟在2019年08月发布的《新能源 汽车 国家监管平台大数据安全监管成果报告》显示：2019年5月起3个月之内共发现79起安全事故，涉及96台车，情况很严重。已查明着火原因主要是电池自燃、车辆碰撞、车辆浸水、车辆不合理使用问题，它们导致了锂离子热失控。事故车辆中磷酸铁锂电池占比7%左右、三元锂离电池占比86%左右，剩余车辆电池不明。

图1 电动 汽车 起火相关案例

基于此，针对电动 汽车 的法规升级越加频繁，要求也越来越高。国标GB30381-2020《电动 汽车 用动力蓄电池安全要求》加入了电池热失控预警要求，要求车辆在热失控导致乘员舱发生危险前5min发出提示信息提示人员安全撤离，对热失控的检测以及蔓延抑制提出了紧迫而具体的要求。C-NCAP在2021年也引入了柱碰测试法规，国外机构Tesla、三洋、三星等在2014年前就电池热失控领域开展了大量研究，Tesla已申请60多份相关专利；国内机构如CATL、清华大学近几年均成立专门的技术团队研究电池安全特性；以清华大学为例，其热失控方面部分研究成果已用于宝马、戴姆勒、三星、长安、CATL等合作项目。

图2 电动 汽车 中涉及电池安全的相关标准

由于法规的升级和树立 汽车 品牌形象需要，目前国内越来越多的主机厂生产的新能源电动车也开始考虑了绝缘安全防护，如基本绝缘、外壳防护、漏电监测、手动断开等安全防护措施；除此之外，在新能源 汽车 安全开发过程中，GB 以及NCAP 工况只是基本的考核要求，为实现真正的新能源 汽车 的安全性，减小消费者对新能源车不安全的误区，我们需考虑更多的实际交通道路事故中所出现的碰撞工况，在所有测试工况下避免高压电防护失效导致的高压伤害。

图3 新能源车型电安全开发考核工况

2、动力电池简介

从系统的角度来说，电池分为化学电池、物理电池和生物电池三大类。对于我们比较熟悉的化学电池，则是按正负极材料进行分类，有铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等车辆比较常用的动力电池。铅酸电池技术成熟、价格便宜，但其污染严重，比能量低，一般应用于大型不间断供电电源以及电动自行车；镍氢电池安全性高、耐过充过放性能好，但其比能量低、低温性能差、自放电率高，一般应用于混合电动 汽车 以及电动工具；锂离子电池相比以上2种电池具有比能量高、循环寿命长、充电功率范围宽、倍率放电性能好、污染小等优良特性，现今被电动 汽车 广泛采用，也是现今国网力推的一种电动 汽车 充电电池类型。

图4 电池分类

市场上常见的锂离子电池基本分为4类，其中磷酸铁锂电池的热稳定性最好，锰酸锂电池次优，三元锂LiNiCoMnO2电池略差，而钴酸锂电池最差。磷酸铁锂电池循环寿命长、毒副作用小、成本低廉、充放电倍率大、高温稳定性好，但一致性不好，能量密度低。锰酸锂电池成本低，毒害性较低，但热稳定性差，循环寿命短，应用较少。三元锂（LiMn2O4）电池能量密度高，但大功率充放电后温度升高，高温时释放氧气，热稳定性较差，寿命较短。钴酸锂电池热稳定性最差，它的正极在高温时容易分解，加速热失控，但能量密度高，续航更出色，特斯拉 汽车 采用了这种电池。

图5 主流锂离子电池性能比较

这些种类的锂离子电池最大的区别就是正极材料的不同, 实际上正极材料是影响锂离子电池性能和成本的关键因素，目前国内新能源 汽车 动力电池应用最多的是磷酸铁锂电池和三元锂电池。

图6 磷酸铁锂刀片电池

图7 三元锂硬壳电池

图8 一般动力电池包结构形式

3、电池存在的安全风险

各种电池起火的共性原因是电池热失控，隐患总体可以分为三大类，一类是环境高温，引起电池正负极的剧烈反应，反应会向可燃的电解液中释放大量的能量，并析出氧气，导致电池膨胀、过热甚至失火；一类则是外部的物理性破坏，导致电池隔膜贯穿，正负极直接接触使得电池内短路，短时间内释放大量电能（可转换成热能），导致电池热失控；最后一类则是电池过充、过放导致的内部结构损坏，从而引发电池的热失控。

热失控(Thermal runaway)是指由于锂离子液态电池在外部高温、内部短路，电池包进水或者电池在大电流充放电各种外部和内部诱因的作用下，导致电池内部的正、负极自身发热，或者直接短路，触发“热引发”，热量无法扩散，温度逐步上升，电池中负极表面的SEI(Solid Electrolyte Interface)膜、电解液、正负极等在高温下发生一系列热失控反应(热分解) 。直到某一温度点，温度和内部压力急剧增加，电池的能量在瞬间转换成热能，形成单个电池燃烧或爆炸。引起单个电池热失控的因素很多、很复杂，但电流过大或温度过高导致的热失控占多数，下面重点介绍这种热失控的机理。

以锂离子电池为例，温度达到90 时，负极表面SEI膜开始分解。温度再次升高后，正负极之间的隔膜（PP或PE）遇高温收缩分解，正、负极直接接触，短路引起大量的热量和火花，导致温度进一步升高。热失控时，230 250 的高温导致电解液几乎完全蒸发、分解了。它含有大量易燃、易爆的有机溶剂，逐步受到热失控的影响，最终分解发生燃烧，是热失控的重要原因。电解液在燃烧同时，产生一氧化碳等有毒气体，也是重大的安全隐患。电解液如果泄漏，在外部空气中形成比重较大的蒸汽，容易在较低位置大范围扩散，这种扩散范围极易遇火源引起安全事故。清华大学的研究显示：正极中含镍越多则热稳定性越差，碳素材料的负极在寿命的前期较稳定，但是寿命衰减后变差。这从侧面说明三元锂电池的高镍比例，虽然容量更大，但会导致更大的热失控风险。

图9 热失控随温度的变化过程

4、应对电池可能存在的电池安全风险

应对电池可能存在的电池安全风险，可以从四个层级、七个维度来考虑电池的安全，四个层级指电芯、模组、电池包、整车，七个维度包括可靠连接、高压防护、机械挤压、过充、布置形式、短路和热失控，在每个维度跟层级都有对应的防护措施，全方位有效的保护电池安全。

新能源 汽车 发生冒烟起火的场景一般为车辆静置时充放电和车辆行驶中发生碰撞，下面我们基于锂离子动力电池在机械挤压这个维度来讲解下目前开展的一般研究方法，探究整车碰撞中电池包的受力形态与损伤（失效、起火、爆炸）机理。

本研究从卷芯到单体到模组再到电池包共4个层级，每个层级的研究又分为试验和仿真两个方面，通过不同加载方向、不同加载速度的试验来研究卷芯、单体和模组的各向异性和应变率效应，以及加载方向和加载速度的不同给动力电池变形行为和失效行为带来的影响，全面认识动力电池在不同载荷工况下的响应规律和内在失效机理；借助对试验结果的认知，开发能够表征其应变率效应、各向异性和失效行为的卷芯模型，并以卷芯模型为基础，逐级向上开发兼顾仿真精度和计算效率的电池单体模型和模组模型，以试验结果为参考对各仿真模型的仿真精度进行验证，为电动 汽车 电池包碰撞安全保护的开发提供虚拟仿真工具。

图10 研究总体框架

1）卷芯层级研究

卷芯是组成单体进而构成模组的基础，也是电池包里面最基本的电化学单元，了解卷芯的力学性能，及其力学失效和电化学失效之间的联系，有助于深入认识电池包在碰撞挤压载荷下的响应规律和失效机理。锂离子电池的正极材料通常以铝质集流体为基底，涂布钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）和磷酸铁锂（LiFePO4）等锂离子活性物质。负极材料通常以铜质集流体为基底，涂布石墨或硅层。而隔膜则常为由聚乙烯或聚丙烯等材料制成的多孔薄膜。通过对卷芯中的正极复合体、铝箔、隔膜、负极复合体、铜箔等进行拉伸、压缩、穿孔试验，得到相应材料的材料卡片，为卷芯的精细化建模搭好基础。

图11 卷芯组分研究流程图 研究总体框架

2）单体层级研究

电池单体是向下集成卷芯、向上构成模组的结构，每一个单体都是一个可以独立工作的电化学集合体。目前车用锂离子动力电池单体，通常采用卷绕或叠片式卷芯（交替布置的正负电极和电极间的隔膜）和液态电解质，用金属外壳封装成圆柱形（a）或方形硬壳电池（b），或用镀金属塑料膜封装为软包电池（c）单体层级研究。

图12 (a) 圆柱形硬壳电池单体 (b) 方形硬壳电池单体

(c) 软包电池单体

为了全面了解电池单体在碰撞挤压载荷下的响应规律和失效机理，研究同样对单体进行了不同加载方向和不同加载速度的挤压试验。

图13 （a）Z向圆柱挤压 (b) Y向圆柱挤压 (c) X向圆柱挤压

(d) Z向球头挤压 (e) Z向锥面挤压

通过实验，可以得到对应的力-位移-电压曲线，结合对样件电镜扫描结果，来研究响应规律和失效机理，和建立了单体的有限元模型。

图14 某工况下单体力-位移-电压曲线

对于电池单体，我们通过多种方向和多种不同的加载速度的组合试验对其力电响应进行了测试，可以发现，单体也有着明显的各向异性和应变率效应。其次，单体的短路行为也具有明显的各向异性，相比于Y向和X向，Z向是单体最容易发生短路失效的挤压方向。借助对试验结果的认知，开发能够表征其应变率效应、各向异性和失效行为且兼顾仿真精度和计算效率的单体模型。

图15 单体有限元模型

3）模组层级研究

模组是将一个以上电池单体按照串联、并联或串并联方式组合，并作为电源使用的组合体。其研究方法与单体基本一致，但由于其结构比单体更加复杂多元，研究中需要考虑多种失效形式，包括单体之间的粘胶，壳体撕裂，端板断裂的现象。

图16 模组测试系统

图17 模组试验形式及样件变形情况

通过研究发现，相比单体内短路（卷芯断裂）压降失效而言，模组试验中更多的是由于结构失稳或外部侵入而发生的外短路；由于蓝膜、胶层和铝合金在冲击下韧性明显下降，更易发生失效破坏，而这些失效形式是导致模组发生外短路的关键因素，进而使得模组压降对应的力和位移的响应在准静态和存在较大差异。

图18 某工况下单体力-位移-电压曲线

通过模组多工况试验标定，建立模组有限元模型。

图19 模组有限元模型

4）电池包层级研究

通过对锂离子从卷芯到单体到模组的研究，对电池本身具备充分的了解，包括电池在冲击下的变形和失效规律，内部损伤发生的历程和机理，在发生严重损伤前所能承受的载荷、变形、能量等的最大限度，以及损伤发生过程中机电热的相互耦合和作用关系等。基于仿真模型，便可以开展多工况下电池包层级的研究与对标工作。

图20 电池包系统多工况研究

在新能源 汽车 安全开发过程中，电池包作为更加复杂的系统，不同的试验工况下，会有多种不同的失效形式，其产生的原因和所造成的危害也不尽相同。

图21 常见的动力电池失效形式

5、结语

锂离子电池凭借其能量密度大、循环寿命长、充电效率高等优点，被广泛应用于纯电动或混合动力 汽车 的储能系统。然而，锂离子电池在能量密度迅速增长的同时，对于整车的安全性设计又提出了新的挑战。特别是在经受复杂且严峻的碰撞工况时，为最大程度地发挥电池系统防护结构的作用，最大限度地在碰撞防护和轻量化设计之间寻求平衡，必须首先深入研究锂离子电池的机械性质和碰撞安全性，不但能够对新能源车辆设计和制造提出指导性的建议，也有利于新能源车辆的后期维护和事故处理等工作的进行。

为解决电池单体在机械加载下的力学响应与损伤行为预测问题，开发预测电池包力学响应和失效行为的工具，最终服务于电动 汽车 碰撞安全设计，第一阶段针对典型的车用动力电池开展了从卷芯到单体再到模组共三个层次，逐步深入的研究。每个层次的研究又分为试验和仿真两个方面，通过不同加载方向、不同加载速度的试验来研究卷芯、单体和模组的各向异性和应变率效应，以及加载方向和加载速度的不同给动力电池变形行为和失效行为带来的影响，全面认识动力电池在不同载荷工况下的响应规律和内在失效机理；借助对试验结果的认知，开发能够表征其应变率效应、各向异性和失效行为的卷芯模型，并以卷芯模型为基础，逐级向上开发兼顾仿真精度和计算效率的电池单体模型和模组模型，以试验结果为参考对各仿真模型的仿真精度进行验证，为电动 汽车 电池包碰撞安全保护的开发提供虚拟仿真工具。

有长春汽车工业高等专科学校、长春职业技术学院、吉林工业职业技术学院。

长春汽车工业高等专科学校（Changchun Automobile Industry Insititute）位于吉林长春，简称“长汽高专”，是国家示范性高等职业院校、国家现代学徒制试点单位和中国特色高水平高职学校和专业建设计划高校、全国首批机械行业服务先进制造高水平骨干职业院校。

截至2019年11月，学校有国家示范性高等职业院校重点建设专业5个，国家高等工程专科示范专业1个，国家高职高专精品专业建设项目1个，中央财政支持的实训基地建设项目1个，国家“支持高等职业学校提升专业服务能力”项目2个。

学校荣誉

截至2019年11月，学校先后获国家职业教育先进单位、黄炎培职业教育奖优秀学校、全国职业院校就业竞争力示范校等荣誉称号。

2021年7月，该校“智能网联新能源汽车虚拟仿真实训基地”入选教育部职业教育示范性虚拟仿真实训基地培育项目公示名单。

以上内容参考：百度百科——长春汽车工业高等专科学校

【太平洋汽车网】卡罗拉双擎搭载的是E-CVT电子无极变速系统，这是丰田为混动车型特别研发调教的变速箱。它不仅仅具有普通汽油车变速箱的传动功能，还可以在电动和发动机驱动的情况下做到转换自如，无卡顿。

而且卡罗拉双擎搭载的这个电子无极变速系统，并不具备传统变速箱系统里面的离合器、液力变矩器或是齿轮轴组等这些复杂机构，而是专门为混动车型准备的动力分配机构。

扩展资料：ECVT不仅是传递动力，还能耦合发动机和电动机的能量实现动力输出，所以它实际是一套动力结合系统，是专门匹配混动车型的动力分配机构，所以又被称作PSD，即PowerSplitDevice，丰田官方给出的定义是“动力分配器”，而不是“变速器”。

ECVT是丰田强混合动力方案的电传动机构，由两个电机和一组行星齿轮构成，既能实现电力驱动，又能实现无极变速，还能进行能量回收。

丰田THSIII代混动变速箱，型号P410，主要应用于国内一汽丰田卡罗拉双擎、双擎E+、广汽丰田雷凌双擎、双擎E+车型，与8ZR发动机，排量1798ml配套使用，国内保有量大，可靠性高、故障率极低。由于今年接了高校新能源汽车方向中关于混合动力虚拟仿真软件的开发，开发的软件主要用于车辆工程专业学生的理论与实际操作的学习，因此采购了P410混动箱，对其进行拆解建模，满足交互软件的开发。

河南交通职业学校是经河南省政府批准、教育部备案的全日制普通高等职业院校，是国家级优质高等职业院校立项建设学校、河南省职业教育品牌示范院校、河南省首所定向培养士官试点院校。

2021年2月19日，河南交通职业技术学院入选2020年度全省教育系统网络安全和信息化工作先进集体名单。

2021年7月，该校“智能新能源汽车技术虚拟仿真实训基地”入选教育部职业教育示范性虚拟仿真实训基地培育项目公示名单。

基本概况

河南省优秀教学团队：汽车运用技术专业教学团队、道路桥梁工程技术专业教学团队、汽车技术服务与营销专业教学团队、物流管理专业教学团队。

河南省综合改革试点专业：汽车整形技术、汽车技术服务与营销、工程机械运用与维护、汽车运用与维修技术、高等级公路维护与管理、工程造价（公路工程方向）、建筑工程技术。

以上内容参考：百度百科-河南交通职业技术学院

系别－专业－学制

1、机械工程系：三年

数控技术、机电一体化技术、机电一体化技术（电梯运行与维护方向）

2、电气电子工程系：三年

应用电子技术、供用电技术、电机与电器、电子设备与运行管理

3、现代管理系：三年

电子商务、物流管理、营销与策划、会展策划与管理、会计

4.生物工程系：三年

生物技术及应用、生物制药技术、环境监测与治理技术、药物制剂技术、药品经营与管理、食品贮运与营销

5、大众传媒系：三年

新闻采编与制作、摄影摄像技术、广告设计与制作、人物形象设计、装饰艺术设计、音乐表演、空乘

6、汽车工程系：三年

汽车运用技术、汽车检测与维修技术、汽车电子技术

7、材料工程系：三年

焊接技术及自动化、模具设计与制造、制冷与冷藏技术

8、软件工程系：三年

软件技术、动漫设计与制作、计算机网络技术、印刷图文信息处理、印刷设备及工艺

9、城市轨道交通系：三年

城市轨道交通控制、城市轨道交通运营、电气化铁道技术

10、建筑工程系：三年

建筑工程技术、建筑电气工程技术、建筑工程管理、工程造价

扩展资料：

郑州职业技术学院是郑州市人民政府举办、面向全国招生的公办高等职业院校。学院创建于1976年，是国家高技能人才培训基地、国家紧缺人才数控技术应用培训基地、河南省职业教育品牌示范院校、河南省优质高等职业院校建设项目单位、河南省高校“三全育人”综合改革试点单位。

学院现有在校生近16000人，设有软件工程系、电气电子工程系、生物工程系、汽车工程系、材料工程系、城市轨道交通系、现代管理系、大众传媒系、继续教育学院等12个教学系（院、部）；

开设工业机器人技术、新能源汽车技术、物联网应用技术、新材料工程技术、大数据技术与应用、虚拟现实技术与应用、人工智能、互联网金融等52个专业。

机电一体化技术、焊接技术与自动化两个专业被教育部、财政部确定为中央财政支持专业，药品生产技术、焊接技术与自动化两个专业被确定为国家高职教育创新发展行动计划项目骨干专业，有省级特色专业和综合改革试点专业6个，市级示范专业、重点专业、精品专业8个。

参考资料来源：郑州职业技术学院－学院简介