摘 要：新能源電動汽車的被動安全性能面臨車身輕量化與高強度需求矛盾、高壓系統(tǒng)防護復(fù)雜性及新型碰撞工況適配性三大挑戰(zhàn)。文章通過分析結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化、碰撞能量分配及乘員約束系統(tǒng)升級等應(yīng)對措施，結(jié)合某車型的創(chuàng)新實踐，揭示了其在高強度材料應(yīng)用、多級吸能結(jié)構(gòu)及智能安全配置方面的技術(shù)突破。該車型在碰撞測試中展現(xiàn)的乘員保護效果，驗證了綜合安全設(shè)計在平衡輕量化與防護效能方面的可行性，為行業(yè)技術(shù)發(fā)展提供了重要參考。

關(guān)鍵詞：新能源 電動汽車 被動安全 安全性能

隨著新能源電動汽車市場快速發(fā)展，其被動安全性能面臨傳統(tǒng)燃油車未有的技術(shù)挑戰(zhàn)。車身結(jié)構(gòu)輕量化需求與碰撞防護強度間的矛盾、高壓電氣系統(tǒng)的安全隔離難題，以及新型質(zhì)量分布引發(fā)的碰撞動力學變化，均對安全設(shè)計提出更高要求。文章系統(tǒng)梳理新能源電動汽車被動安全的核心挑戰(zhàn)，并以某車型為例，探討其在車身結(jié)構(gòu)、能量吸收及乘員保護方面的創(chuàng)新方案，旨在為行業(yè)技術(shù)迭代提供理論支持與實踐啟示。

1 新能源電動汽車被動安全性能面臨的挑戰(zhàn)

1.1 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計與輕量化之間的矛盾

新能源電動汽車的車身結(jié)構(gòu)設(shè)計在被動安全性能上面臨著輕量化與高強度需求之間的深層次矛盾。

1.1.1 電動汽車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的特殊需求

與傳統(tǒng)燃油車相比，電動汽車由于驅(qū)動系統(tǒng)的根本性改變，需要在有限的車身空間內(nèi)重新規(guī)劃力學傳遞路徑。動力系統(tǒng)的集成化布局導致前艙吸能區(qū)結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，傳統(tǒng)縱梁的潰縮吸能機制需要針對電機和電控單元的位置進行適應(yīng)性重構(gòu)。這種重構(gòu)既要滿足碰撞過程中能量的有效吸收，又要確保動力總成的穩(wěn)固性，這對材料的屈服強度和結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化提出了更高要求。

1.1.2 輕量化材料帶來的挑戰(zhàn)

輕量化作為提升續(xù)航里程的重要手段，促使車企廣泛采用鋁合金、碳纖維復(fù)合材料等新型材料。然而這些材料的塑性變形特性與鋼材存在本質(zhì)差異，在碰撞過程中可能表現(xiàn)出非線性的失效模式。例如，鋁合金的比強度雖高，但其延展性相對較低，在劇烈碰撞時容易發(fā)生脆性斷裂，導致吸能效率下降；復(fù)合材料的各向異性特征則對碰撞力的傳遞方向更為敏感，需要突破傳統(tǒng)均質(zhì)材料的設(shè)計思維定式。

1.1.3 關(guān)鍵區(qū)域設(shè)計矛盾突出

如何在減輕重量的同時保證關(guān)鍵區(qū)域的剛性，成為車身工程師面臨的核心難題。這種矛盾在側(cè)面碰撞防護中尤為突出，薄壁化的輕量化設(shè)計要求與B柱抗侵入強度需求形成直接沖突，迫使設(shè)計者必須在材料科學和結(jié)構(gòu)工程之間尋找微妙的平衡點。

1.2 高壓系統(tǒng)碰撞防護的復(fù)雜性

新能源電動汽車特有的高壓電氣系統(tǒng)為被動安全帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。

1.2.1 高壓系統(tǒng)安全隔離難題

當車輛發(fā)生劇烈碰撞時，如何確保高達數(shù)百伏的電力系統(tǒng)實現(xiàn)毫秒級的安全隔離，是傳統(tǒng)燃油車未曾涉及的技術(shù)領(lǐng)域。

1.2.2 高壓線束布置與防護矛盾

高壓線束的走向布置需要規(guī)避碰撞變形區(qū)，但受限于底盤空間的緊湊布局，往往不得不穿越潛在的潰縮區(qū)域。這種矛盾要求線束防護裝置既要具備足夠的機械強度，又要保持柔韌性以避免斷裂風險。

1.2.3 絕緣材料性能考驗

絕緣材料的耐高溫性和抗沖擊性能在此過程中經(jīng)受著雙重考驗，任何細微的破損都可能導致高壓電弧或短路事故。

1.2.4 電磁兼容性新隱患

動力系統(tǒng)的電磁兼容性問題在碰撞場景下呈現(xiàn)出新的安全隱患。劇烈沖擊可能引發(fā)電機轉(zhuǎn)子的異常位移，造成永磁體退磁或繞組絕緣失效。電控單元的瞬間過載保護機制需要與物理碰撞事件實現(xiàn)精準協(xié)同，這對控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度和冗余設(shè)計提出了嚴苛要求。

1.2.5 驅(qū)動電機相關(guān)安全問題

驅(qū)動電機的固定支架在碰撞載荷下的動態(tài)穩(wěn)定性直接影響著動力總成的位移軌跡，不當?shù)奈灰瓶赡軘D壓乘員艙空間或破壞高壓部件的密封性。這種機電耦合的安全問題需要建立跨學科的防護體系，將機械結(jié)構(gòu)安全與電氣系統(tǒng)安全納入統(tǒng)一的設(shè)計框架。

1.3 新型碰撞工況下的乘員保護適配性

電動汽車特有的質(zhì)量分布特征改變了傳統(tǒng)碰撞動力學規(guī)律，這對被動安全系統(tǒng)的適配性提出了新要求。

1.3.1 質(zhì)量分布對碰撞動力學的影響

（1）重心與動能變化：由于底盤集中布置的儲能系統(tǒng)顯著降低了車輛重心，在正面碰撞中雖然減少了俯仰運動，但更高的整備質(zhì)量導致碰撞動能同比增加，這種能量級的躍升使得傳統(tǒng)吸能結(jié)構(gòu)的效率面臨瓶頸，前縱梁的壓潰變形需要更精確的漸進式折疊控制。（2）碰撞力傳遞與結(jié)構(gòu)變形：質(zhì)量分布的改變影響著碰撞力的傳遞路徑，可能導致車身骨架出現(xiàn)非對稱變形模式，這對碰撞傳感器的布局策略和約束系統(tǒng)的觸發(fā)邏輯提出了革新需求。

1.3.2 新型事故形態(tài)帶來的挑戰(zhàn)

側(cè)面柱碰和底部刮擦等新型事故形態(tài)的出現(xiàn)，暴露出傳統(tǒng)安全設(shè)計的盲區(qū)。底部防護板在應(yīng)對路緣石沖擊時，既要保證足夠的抗穿透性，又要避免過度剛性導致沖擊能量向乘員艙傳遞。

1.3.3 附加設(shè)備對結(jié)構(gòu)完整性的影響

車頂強度測試標準雖然已經(jīng)提升，但電動車頂部的太陽能板或激光雷達等附加設(shè)備，可能形成局部應(yīng)力集中點，影響整體結(jié)構(gòu)的完整性。

1.3.4 安全系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的變化

安全帶預(yù)緊裝置與氣囊展開時序的協(xié)調(diào)控制也需要重新標定，以適配電動車更快的碰撞減速曲線。這些變化要求被動安全系統(tǒng)從單一事故防護向多場景自適應(yīng)保護方向演進，形成動態(tài)可調(diào)節(jié)的安全防護體系。

2 新能源電動汽車被動安全性能措施——以某車型為例

2.1 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計

新能源電動汽車的車身結(jié)構(gòu)設(shè)計是保障被動安全性能的核心基礎(chǔ)，其與傳統(tǒng)燃油車不同，電動汽車因動力電池布置在底盤區(qū)域，需在輕量化與高強度之間取得平衡，同時確保碰撞時乘員艙的完整性。

案例：某車型車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全體現(xiàn)。

車身整體設(shè)計：該車型作為新能源領(lǐng)域的代表車型，其車身結(jié)構(gòu)設(shè)計便充分體現(xiàn)了這理念。通過高強度材料應(yīng)用和結(jié)構(gòu)優(yōu)化成功實現(xiàn)了全球五星安全標準。其中，該車型主要采用的是“籠式車身”設(shè)計理念，這個理念使其整車高強度鋼占比以及熱成型鋼占比達都大幅度的提高。其中，A柱、B柱、門檻梁等關(guān)鍵部位使用1500MPa熱成型鋼，其可承受超過10噸的靜態(tài)壓力，確保在側(cè)面碰撞或翻滾事故中乘員艙不變形[3]。例如，在奇瑞進行的“7車疊壓”極限測試中，位于底部的該車型承受了相當于4頭成年大象的重量（約10噸），車身結(jié)構(gòu)仍無明顯變形，驗證了其抗壓能力。

電池安全設(shè)計：針對電池安全，該車型的底盤區(qū)域采用雙層高強度鋼板包裹電池包，形成“鎧甲電池包”結(jié)構(gòu)，其中電池包外殼厚度達2.8mm，內(nèi)部采用目字形防撞梁設(shè)計，吸能盒寬度達170mm，可吸收碰撞能量的60%以上；同時，通過IP68級防水防塵設(shè)計，確保電池在涉水或泥濘路況下的安全性；除此以外，車身縱梁采用多路徑傳力設(shè)計，在正面碰撞時能將沖擊力分散至車頂和地板，減少對電池包的直接沖擊。

最終通過上述設(shè)計，該車型在C-NCAP碰撞測試中得分五星，正面碰撞得分率高達95%，側(cè)面碰撞得分率92%，遠超同級車型平均水平。

2.2 碰撞能量吸收設(shè)計

新能源電動汽車的碰撞能量吸收設(shè)計需兼顧車身潰縮與電池防護的雙重需求，其中該車型通過前艙吸能結(jié)構(gòu)、電池包緩沖層及多級潰縮機制，實現(xiàn)了碰撞能量的高效吸收與分配。

（1）前艙吸能設(shè)計：該車型的前防撞梁采用鋁合金材質(zhì)，厚度為2.8mm，后方連接140mm寬的目字形吸能盒，其在64km/h的正面碰撞中，前艙可潰縮長度達400mm，吸收約70%的碰撞能量，剩余能量通過縱梁傳遞至車身底部和A柱，避免直接沖擊乘員艙[4]。例如，在奇瑞官方進行的50km/h剛性壁障碰撞測試中，前艙變形可控，電池包未發(fā)生位移，高壓線路完好無損。

（2）電池包緩沖層設(shè)計：該車型的電池包與車身之間設(shè)置了蜂窩狀鋁制緩沖層，厚度為15mm，可吸收側(cè)向碰撞能量的30%。與此同時電池包內(nèi)部電芯還采用獨立防火隔艙設(shè)計，每個電芯周圍填充陶瓷纖維隔熱材料，即便單個電芯短路，也能阻隔熱失控擴散。

（3）多級潰縮機制：在側(cè)面柱碰測試中，車身B柱內(nèi)側(cè)增設(shè)了高韌性復(fù)合材料襯板，與外部熱成型鋼形成“剛?cè)峤Y(jié)合”結(jié)構(gòu)，當碰撞發(fā)生時，襯板首先發(fā)生形變吸收能量，外部鋼架則維持結(jié)構(gòu)完整性，最終侵入量控制在150mm以內(nèi)，優(yōu)于行業(yè)標準的200mm。

最終實際測試數(shù)據(jù)顯示，該車型在50km/h

側(cè)面柱碰中，電池包電壓在碰撞后2毫秒內(nèi)切斷，未發(fā)生電解液泄漏或冒煙現(xiàn)象，驗證了其能量吸收設(shè)計的有效性。

2.3 乘員約束系統(tǒng)

乘員約束系統(tǒng)是減少碰撞中二次傷害的關(guān)鍵。該車型通過多氣囊聯(lián)動、預(yù)緊式安全帶及智能座椅設(shè)計，成功構(gòu)建出全方位的乘員保護體系。

（1）在氣囊系統(tǒng)方面，該車型配備同級獨有的9個氣囊系統(tǒng)，包括主副駕駛氣囊、側(cè)氣囊、貫穿式側(cè)氣簾、二排側(cè)氣囊及主駕駛膝部氣囊。側(cè)氣簾展開長度達2.5m，覆蓋前后三排座椅，保壓時間6秒，內(nèi)壓維持65%，防止乘員頭部與車窗玻璃直接接觸[5]。例如，在64km/h偏置碰撞中，氣囊在20毫秒內(nèi)完全展開，配合安全帶限力器將駕駛員胸部受力控制在4kN以內(nèi)（行業(yè)標準為6kN）。

（2）在安全帶與座椅設(shè)計方面，其全系標配預(yù)緊限力式安全帶，預(yù)緊量達80mm，可在碰撞初期消除安全帶松弛；限力值設(shè)定為4kN，避免勒傷乘員胸腔。副駕駛座椅配備主動潰縮支架，碰撞時可向后移動50mm，擴大生存空間。除此以外，二排座椅內(nèi)置鋼制加強骨架，在追尾事故中可減少30%的頸部沖擊力68。

（3）最后在兒童保護設(shè)計方面，其ISOFIX兒童座椅接口采用的是高強度合金材質(zhì)，抗拉強度達1500MPa，并搭配二排座椅的兒童遺忘提醒功能，若鎖扣未正確安裝，系統(tǒng)將通過中控屏發(fā)出警報。

最終在C-NCAP測試中該車型得分五星且乘員保護得分率達94%，其中兒童座椅動態(tài)測試滿分，二排假人頭部傷害值（HIC）僅為650，遠低于限值1000。

3 結(jié)語

總而言之，新能源電動汽車被動安全性能的提升需兼顧材料科學、結(jié)構(gòu)工程與電氣防護的多維度協(xié)同。某車型通過籠式車身設(shè)計、多級潰縮機制及智能約束系統(tǒng)，有效應(yīng)對了輕量化與安全性、高壓防護及新型碰撞場景的挑戰(zhàn)。其成功實踐表明，被動安全設(shè)計需從全局視角整合跨學科技術(shù)，未來應(yīng)持續(xù)探索動態(tài)自適應(yīng)防護體系，推動電動汽車安全性能向更高層級演進。

基金項目：安徽省重大專項（202203f0

7020008）。

參考文獻：

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[2]李春，王青貴，何成，等.跌落工況中對新能源汽車安全性能的影響[J].科技與創(chuàng)新，2021（07）：168-169.

[3]馬立強.我國新能源電動汽車產(chǎn)業(yè)成長對策研究及趨勢預(yù)測[J].汽車維修與保養(yǎng)，2020（08）：89-92.

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