特斯拉Model 3布置和结构上的碰撞安全设计.docx

特斯拉Model 3布置和结构上的碰撞安全设计 前言 根据目前行业内资料了解，Model 3在IIHS、NHTSA均取得了优秀的成绩， E-NCAP也取得了五颗星等级。 在E-NCAP测试中成人防护96%，儿童防护86%、行人防护74%，辅助安全系统94%，让这款车成为同级最安全的车款之一。至于Model 3表现较差的部分，主要是行人碰撞保护方面的分数较低，在行人碰撞测试上，机舱盖对于行人头部的伤害较高，所以在整体行人防护项目中仅拿下74%。 IIHS向来被认为是最严苛的碰撞试验，而Model 3在八项测试项目中均拿到了「GOOD」评级。 NHTSA(2018年)-全五星 Model 3从布置和结构设计上是如何对应碰撞安全的呢？我们下面来详细解析。 1. 碰撞安全设计理念 通过对Model 3的布置和结构进行研究，能够发现Model 3对应碰撞安全有多方面的设计考虑。 ? 要能够满足全球主要检测机构的碰撞测试要求； ? 电动汽车独特的高压部件保护及传统的乘员保护相结合； 图1 Model 3对应碰撞法规示意图 2.正面碰撞-传力路径 Model 3在正碰过程中，机舱主要有三条传力路径： ① 吸能盒+纵梁 ② 下横梁+副车架 ③ Shotgun 图2 正面碰撞传力路径示意图 图3 正面碰撞传力路径示意图 ? 路径①作为主要传力通道，有效传力至门槛边梁； ? 路径②下横梁可以在高速碰撞过程中通过副车架有效传力至Crossmember； Model 3作为纯电动车区别于传统车型设计，传统车型中地板上的传力纵梁在EV化的过程中被取消，由电池包内两根纵梁进行了替代，保证了碰撞力的有效传递及电池安全。 ? 路径③中Shotgun在X向与纵梁基本平齐，作为第三条传力路径避免了传力过程中的失效。 3.正面碰撞-机舱布置 本次解析的Model 3车型为后置后驱，前机舱无动力总成，吸能空间充裕。 图4 Model 3与一般车型机舱吸能行程对比示意图 Model 3设计特点在短前悬的状态下做到吸能空间最大化（如表5）。 表5 Model 3与竞品车型吸能空间对比 如图6所示，Model 3机舱布置紧凑，电子扇冷凝器模块斜置在机舱前部，采用水平倾斜38角度布置，可降低Z向高度要求，最大化保留前行李箱空间和散热。 后驱布置致使前机舱空间较为充足，机舱布置集中在后部，与纵梁的折弯特征相对应，相辅相成。 预估Model 3即使在四驱状态下，吸能空间也有良好的表现。 图6 Model 3前机舱吸能空间示意图 4．正面碰撞-吸能策略 Model 3吸能策略整体思路是前段轴向压溃，后段弯折变形（如图7）。 吸能盒为主要吸能区，长度达到了230mm，远高于同类车型，变形模式为轴向压溃，其前防撞梁吸能盒设计考虑了不同平台的拓展，采用模块化设计可对应不同前悬碰撞，同时吸能盒断面采用“田”字型铝材，抗弯能力强，在轻量化的同时能确保吸能盒轴向充分压溃。 纵梁变形模式区别于国内传统车型，主要为折弯变形，通过布置三个折弯点达到吸能作用，折弯通过纵梁的特征及加强板的形状来控制。 图7 Model3前机舱吸能策略示意图 Model 3的纵梁采用较为普通的薄壁梁结构，但纵梁的结构和材料进行了优化设计。 首先model 3的纵梁截面尺寸加大（如表8），高于同等整备质量的车型，使得纵梁的截面系数达到较高的水平。 其次，如图9所示，纵梁内外板及加强板材料采用了超高强钢及热成型钢，提升了纵梁的单位截面力，对应高速碰撞中纵梁的折弯，即正面碰撞中纵梁截面强度也高于对比车型，确保了纵梁的吸能比。 截面尺寸加大的同时会导致重量的提升，为此Model 3纵梁内外板均进行了减薄处理，保证了整车的轻量化。 表8 前纵梁前段截面尺寸对比表 图9 Model3前纵梁材料分布图 纵梁因避让轮胎包络采用了外八字设计，正面和偏置碰撞过程中纵梁根部易内倾折弯，Model 3把crossmember布置在最薄弱的根部（如图10），与左右纵梁形成环形结构，与侧支撑梁相互支撑，控制前机舱纵梁的折弯趋势。 侧支撑梁采用了更为结实的“三角形”腔体结构，保证纵梁有效传力至门槛梁。 Model 3在前机舱碰撞受力位置空腔填充CBS发泡材料，增加强度提升刚度的同时传递碰撞力，并降低噪音，提升轻量化，总重量仅0.02kg。 图10 纵梁根部结构图 前围板下部独特的设计是model 3区别于传统车型的一个亮点，三角型腔体可使地板尽可能向前延伸，加大电池容量的同时也给电池包提供安装点（如图11），腔体斜面均采用热成型钢材，提升了碰撞强度。 但这种设计也带来了一定弊端，因布置占用了轮胎空间，所以前围板整体后移避让，前排人体及人体脚部空间随之后移，最终导致Model 3轴距虽然长，但是后排乘坐空间并不突出。 图11 前围板下部结构图 表12