1、特斯拉Model3技術亮點解析：碰撞安全結構設計前言根據目前行業內資料了解，Model3在IIHS、NHTSA均取得了優秀的成績，E-NCAP也取得了五顆星等級。在E-NCAP測試中成人防護96%，兒童防護86%、行人防護74%，輔助安全系統94%，讓這款車成為同級最安全的車款之一。至于Model3表現較差的部分，主要是行人碰撞保護方面的分數較低，在行人碰撞測試上，機艙蓋對于行人頭部的傷害較高，所以在整體行人防護項目中僅拿下74%。IIHS向來被認為是最嚴苛的碰撞試驗，而Model3在八項測試項目中均拿到了GOOD評級。III優秀TESTRESULTS201fl*OpiMmiinwtnwtq卜

2、QptvMlinidiptnwE-NCAP（2019石星nHS（2018年）VtIKLKSMdEl340-RChrtdOcnrpflrit業即皿ndbOUwi*4444總評確集：成年乘員煤護96%兒血萊員煤護H6%行人安全保護74%輔助安全系統94%NHTSA（2018年）-全五星Model3從布置和結構設計上是如何對應碰撞安全的呢？我們下面來詳細解析。1.碰撞安全設計理念通過對Model3的布置和結構進行研究，能夠發現Model3對應碰撞安全有多方面的設計考慮。要能夠滿足全球主要檢測機構的碰撞測試要求;2電動汽車獨特的高壓部件保護及傳統的乘員保護相結合;BckERjmpNkProlylion

3、FROffset25%FROffwt10%SideMDflRolicwr時E-NCAPKMT*RoofstrengthFRFullLapNH1SAt圖1Model3對應碰撞法規示意圖2正面碰撞-傳力路徑Model3在正碰過程中，機艙主要有三條傳力路徑：吸能盒+縱梁下橫梁+副車架Shotgun圖2正面碰撞傳力路徑示意圖圖3正面碰撞傳力路徑示意圖路徑作為主要傳力通道，有效傳力至門檻邊梁；路徑下橫梁可以在高速碰撞過程中通過副車架有效傳力至Crossmember；Model3作為純電動車區別于傳統車型設計，傳統車型中地板上的傳力縱梁在EV化的過程中被取消，由電池包內兩根縱梁進行了替代，保證了碰撞力的有

4、效傳遞及電池安全。路徑中Shotgun在X向與縱梁基本平齊，作為第三條傳力路徑避免了傳力過程中的失效。3正面碰撞-機艙布置本次解析的Model3車型為后置后驅，前機艙無動力總成，吸能空間充裕。圖4Model3與一般車型機艙吸能行程對比示意圖RStrr.垃甘氓Model3設計特點在短前懸的狀態下做到吸能空間最大化（如表5）。車型Model3競品1競品2競品弓競品4整備質量（kg）18001800190024101900前懸（mm）8409675895930930軸距（mm）28752750280729222790吸能空間（mm）663431494457396表5Model3與競品車型吸能空間對比

5、如圖6所示，Model3機艙布置緊湊，電子扇冷凝器模塊斜置在機艙前部，采用水平傾斜38角度布置，可降低Z向高度要求，最大化保留前行李箱空間和散熱。后驅布置致使前機艙空間較為充足，機艙布置集中在后部，與縱梁的折彎特征相對應，相輔相成。預估Model3即使在四驅狀態下，吸能空間也有良好的表現。征相對應圖6Model3前機艙吸能空間示意圖4.正面碰撞-吸能策略Model3吸能策略整體思路是前段軸向壓潰，后段彎折變形（如圖7）。吸能盒為主要吸能區，長度達到了230mm，遠高于同類車型，變形模式為軸向壓潰，其前防撞梁吸能盒設計考慮了不同平臺的拓展，采用模塊化設計可對應不同前懸碰撞，同時吸能盒斷面采用“田

6、”字型鋁材，抗彎能力強，在輕量化的同時能確保吸能盒軸向充分壓潰。縱梁變形模式區別于國內傳統車型，主要為折彎變形，通過布置三個折彎點達折考區（三44茵點I圖7Model3前機艙吸能策略示意圖涓縮區域.田*宇醪面不同戰廉可選擇第一寺析點樂二彎肝點第三彎析點到吸能作用，折彎通過縱梁的特征及加強板的形狀來控制。折匿設汁Model3的縱梁采用較為普通的薄壁梁結構，但縱梁的結構和材料進行了優化設計。首先model3的縱梁截面尺寸加大（如表8），高于同等整備質量的車型，使得縱梁的截面系數達到較高的水平。其次，如圖9所示，縱梁內外板及加強板材料采用了超高強鋼及熱成型鋼，提升了縱梁的單位截面力，對應高速碰撞中縱

7、梁的折彎，即正面碰撞中縱梁截面強度也高于對比車型，確保了縱梁的吸能比。截面尺寸加大的同時會導致重量的提升，為此Model3縱梁內外板均進行了減薄處理，保證了整車的輕量化。表8前縱梁前段截面尺寸對比表MOOEL3奔馳GLC2的KOIfiAJH1LLw”11=1.8IF1Hlr/t-15t=lJrt-1.6187518601350287529002973H(mm)1518W7.6133SL(mm83勺L2615與MODELg斷面系數比較：L917B%76.09%與MODEL3斷fil融飾am%91.03%與MCnFI3甘積比匪1QZ10%103,11%UltraHighstrengthSteeh(

8、tJHSS)圖PressHardenedSteelsfPHS)9Model3前縱梁材料分布圖HighstrengthSteels(HSS)縱梁因避讓輪胎包絡采用了外八字設計，正面和偏置碰撞過程中縱梁根部易內傾折彎，Model3把crossmember布置在最薄弱的根部（如圖10），與左右縱梁形成環形結構，與側支撐梁相互支撐，控制前機艙縱梁的折彎趨勢。側支撐梁采用了更為結實的“三角形”腔體結構，保證縱梁有效傳力至門檻梁。0.02kgCROSSMEMBERuIIIModel3在前機艙碰撞受力位置空腔填充CBS發泡材料，增加強度提升剛度的同時傳遞碰撞力，并降低噪音，提升輕量化，總重量僅外働恂力腹暢發

9、泡材料分布圖圖10縱梁根部結構圖前圍板下部獨特的設計是model3區別于傳統車型的一個亮點，三角型腔體可使地板盡可能向前延伸，加大電池容量的同時也給電池包提供安裝點（如圖11），腔體斜面均采用熱成型鋼材，提升了碰撞強度。在整個碰撞過程中，副車架吸能作用是必不可少的。但這種設計也帶來了一定弊端，因布置占用了輪胎空間，所以前圍板整體后移避讓，前排人體及人體腳部空間隨之后移，最終導致Model3軸距雖然長，但是后排乘坐空間并不突出。圖11前圍板下部結構圖輪心距前圍板前圍板距腳掌點前圍板距FI點Model34042041097某車型2302691084表12Model3與其他車型前圍下部尺寸對比首先副

10、車架與車體安裝部位采用了可脫落結構，如圖13所示，碰撞過程中副車架可及時與車體分離，減少對縱梁變形的干擾，使縱梁變形更充分，預估四驅時，副車架脫開會拉動電機向下運動，減少電機對乘員艙的擠壓。其次在副車架臂正反兩個方向均設計了壓饋筋，通過特征的形狀來控制副車架折彎。副車架這種設計保證了正面高速碰撞中的電池安全，避免副車架直接擠壓電池包和高壓附件裝置。圖13副車架可脫落結構與潰縮筋示意圖如圖14所示，轉向系統在碰撞過程中，先向后潰縮，然后向下彎曲的變形形式避免了碰撞力直接向后方傳遞，造成方向盤后退過大。圖14正面碰撞轉向系統變形示意圖如圖15所示，轉向管柱帶中間軸總成設計有三級潰縮結構，潰縮行程達

11、93mm,以減輕車輛碰撞對駕駛員的傷害：中間軸為第一級，在碰撞過程中通過萬向節產生形變，并向后潰縮，避免碰撞力直接向后傳遞造成方向盤后退傷害駕駛員。車輛碰撞時，駕駛員受慣性力前傾，方向盤受一定撞擊力誘發轉向管柱第二級潰縮生效；隨著方向盤受到的撞擊力增加，轉向管柱從二級潰縮升級至三級潰縮。限位凸臺舷塊滑站?圖15轉向系統潰縮結構示意圖.正面40%偏置碰撞Model3的40%偏置碰主要對應E-NCAP和IIHS試驗要求，當64km/h試驗車撞擊壁障時，傳力路徑與正面碰撞基本一致，但變形會更為嚴重。壁障會對輪胎造成嚴重擠壓造成輪胎發生一定轉向及后退，進而撞擊車體，造成人員傷害。Model3的偏置碰設

12、計較為獨特，重點在前防撞梁、A柱、門檻等位置進行了優化設計。首先前防撞梁本體設計兩條縱向壓潰筋（如圖16），位置處于車寬40%，考慮在偏置碰過程中更好的控制前防撞梁變形模式；其次駕駛艙內部左右設計了支撐板結構（如圖17），采用熱成形材料，橫向截面采用結實的“三角形”截面，與外支撐梁相互呼應，形成“8”字形腔體結構；同時腔體內部填充發泡材料增加強度，當高速碰撞壁障撞擊輪胎時，可阻擋輪胎向乘員艙內的侵入，減少車體被入侵時向后的變形量；該結構也能有效保護電池包在碰撞時不受到過度擠壓。ODBIO%圖16前防撞梁壓潰筋示意圖hrII-廠圖17駕駛艙內部結構圖三甬嗨面r與A柱用甌腹的中輪胎發生轉叵槻擊車體

13、恒邏逼中館眩愉擊車啟電池包S*寧形膠Shotgun作為機艙主要傳力路徑之一，上下兩層鈑金形成封閉型腔體，外板采用高強度鋼板，內板采用超高強度鋼板，整體弧度采用“拱形”以避讓輪胎包絡，由于“拱形”結構也導致shotgun從前至后截面變化是由大-小-大（如圖18）;偏置碰過程中shotgun與正碰一樣進行折彎變形進行吸能，最大折彎位置就是腔體最小位置B-B；同時腔體內內置三角形支撐板來控制變形模式。圖18shotgun截面變化40%偏置碰對縱梁及乘員艙擠壓更為惡劣，Model3對應該碰撞則在A柱進一步進行了補強設計，如圖19所示，內板及加強板均采用屈服在1000MPa以上的熱成型材料，同時鈑金料厚

14、均高于同類車型，減少偏置碰撞過程中車門框架的變形量，該作用同樣適用于25%偏置碰撞；在門檻內板位置該車型采用的是超高強度鋼板，貫通至A柱前部，與縱梁、外側支撐板有效連接，使得縱梁的碰撞力有效傳遞。1=2.0J】j圖19縱梁、門檻、A柱傳力路徑和材料、料厚t=1.4迤刪專力結構連緩的傳力纟吉陶.正面25%偏置碰撞IIHS的25%偏置碰是目前要求較為苛刻的試驗之一，車輛碰撞安全性能評估結果主要由車體結構評估結果決定，也即車輛的結構耐撞性決定了車輛的碰撞安全性能，據了解在25%偏置測試中，Model3的表現優異，除了副駕駛25%小面積偏置碰撞時主駕駛側小腿和腳部只獲得良好（A）以外，其余細分項目均為

15、優秀（G）。從圖20的model3試驗結果來看，考慮從以下幾個方面進行分析輪胎受到嚴重擠壓發生破裂，輪胎應是主要傳力路徑之一;A柱上邊梁變形不明顯，因為A柱采用熱成形鋼板，強度較好；A柱上鉸鏈有變形，但不嚴重，考慮鉸鏈加強板起到了增強作用；A柱下部及門檻區域變形嚴重，并向后侵入了駕駛艙，但無人員傷害；前縱梁變形不明顯，考慮縱梁不在25%碰撞壁障重疊區域，未起到傳力作用；連接板雖有變形，但結構尚完整，考慮未在25%碰撞壁障重疊區域或重疊量較少，僅受shotgun牽扯發現側向吸能；shotgun變形嚴重，考慮是碰撞傳力路徑之一。圖20縱梁、門檻、A柱傳力路徑和材料、料厚變化如圖21所示，前縱梁避開

16、了碰撞區域，巨大的沖擊力通過shotgun、輪胎、懸架傳遞到A柱及門檻梁。下防撞梁與壁障重疊量較少，考慮部分沖擊力也會通過副車架傳遞到電池包縱梁。Model3增加了橫向傳力通道，在shotgun與縱梁之間通過連接板進行焊接,使一部分能量轉化為側向動能，這樣由于連接板的橫向傳力作用，使一部分碰撞力傳遞到車身右側，減少了作用在乘員艙上的能量。n：HSE面25%更益樹矢酩ZD兄圖21正面25%偏置碰撞傳力路徑示意圖如圖22所示，壁障在撞擊到輪胎時，前懸后下擺臂總成發生折彎，導致輪胎會發生輕微轉向，考慮輪胎避免直接撞擊A柱造成A柱后退量過大而進行的設計，但輪胎發生轉向后會撞擊電池包，造成電池包局部變形

17、，堅固的電池包也是model3抵抗碰撞的一個手段。圖22正面25%偏置碰撞輪胎變形圖如圖23所示，Model3的前防撞梁及下部副梁橫向尺寸均進行了增加，對比傳統車型，前防撞梁超出吸能盒約230mm,考慮增加尺寸主要對應25%偏置碰壁障的重合量。MODELS傳疑詹型圖23Model3前防撞梁超出吸能盒長度與傳統車型對比如圖24所示，從Shotgun俯視圖看前部采用31.5夾角設計，當車體撞擊壁障時，撞擊力F分解為F0與F1，F0沿shotgun傳力至A柱，F1傳力至炮塔，同時對車體產生一定橫向動能，使得壁障避開乘員艙，保證乘員安全。炮塔與壁障有重合量，故周邊零件均采用高強度鋼板進行補強，提升了乘

18、員的安全性，考慮這種材料選擇也是model3試驗合格的一個原因。Shotgun與縱梁、A柱、連接板形成封閉環，連接板與前縱梁連接在一起，而連接板下部連接副車架，通過這種封閉環大大增加了車身的側向剛度。同時封閉環零件均采用超高加強板與熱成形鋼材料，這樣，即使在剛性壁障擠壓下也保證了shotgun的耐撞性。wr圖24shotgun處結構示意圖帶有夾角閑分解碰撞力邨赫用高強崖鋼腹庭抗瑩形I-古環私吉聞增加團向岡陪環形結構增燉側向剛隔側面碰撞多條碰撞傳遞路徑，車身采用安全的籠型結構可對應所有側面碰撞（如圖25）；如圖26所示，頂蓋中橫梁采用超高強鋼，而B柱及邊梁則均采用熱成型材料，主要保證側面碰撞的傳

19、力。但是B柱與頂蓋中橫梁未形成封閉環形結構，有一定的錯位，這種設計考慮主要是Model3在人機布置時頭部與橫梁間隙不足，導致頂蓋中橫梁一定后移造成，由于側面碰撞中由最終由頂蓋中橫梁傳遞的能量較少，這種設計也是可以接受的。另外POLE碰撞中會對上邊梁考察更為嚴苛，這種錯位并不是十分有利，如果頭部空間滿足的情況下，盡量還是要保證頂蓋中橫梁與B柱的連貫性，保證連續的傳力結構；圖25側面碰撞車身傳力路徑示意圖圖26Model3頂蓋中橫梁傳力路徑示意圖Model3在車門設計上對應側面碰撞（包括POLE碰）也有以下亮點：如圖27所示，從側碰區域對比圖來看，前門、后門的防撞鈑金與側碰區域的重疊量接近50%，

20、可以有效抵御壁障對乘員的傷害；防撞梁布置位置相對靠下，但覆蓋面積較其它車型約增大15%，形狀為常見的”沖壓帽式“防撞梁，材質為高強度鋁合金材料，厚度為2mm。防撞梁與車身止口的重疊量為前門125mm,后門78mm,相對其它車型為中上等水平，可對防撞梁與車身連接強度得到有效提升，在側碰時更好的保證車門與車身的傳力順暢性。圖28Model3B柱TWB工藝應用其上部的外腰線加強板布置在碰撞區域上部，為鋁合金材料1.6mm厚度的零i7Smm143mmmmI件，遠高于常規車型0.9mm厚度。從位置及料厚上來分析，外腰線加強板也是對應側面碰撞、正面碰撞的主要結構之一。圖27車門防撞梁結構示意圖model3

21、的側面碰撞主要控制B柱的變形模式來實現，主要采用兩種方式。125rnTri*、前門與車身重疊區域后門與車身重蠶區域前門防撞梁戳面后門防撞梁載面16SmnnB柱內板與加強板均采用TWB工藝（如圖28），即內板采用相同料厚不同強度的材料，加強板采用相同材料不同料厚工藝，保證上部強度均高于下部；同時B柱加強板下部設計了誘導變形結構（如圖29），以控制B柱變形模式達到設定要求。誘希正I圖29Model3B柱誘導特征POLE碰撞按照E-NCAP中的柱撞試驗條件，對Model3進行側面75。、32km/h柱撞分析。如圖30所示，門檻梁則為主要變形吸能區，其中門檻內板外板均采用高強度鋼板材料，而門檻加強板則

22、采用“目”字型擠壓鋁材，極高的提升了門檻的承載能力，可對應包括pole碰在內的側面碰撞，同時可起到了輕量化的作用；門檻與地板座椅橫梁錯位焊接，座椅橫梁處于柱狀碰撞器碰撞路徑范圍，可有效抵抗乘員艙的變形。圖30應對POLE碰撞門檻處結構示意圖如表30所示，門檻斷面系數及慣性矩均高于同類車型，“目”字型擠壓鋁提供了主要貢獻。斷面代號花翌：3014mmW:171Qkqi：2876mm葩：176Skq軸蹲：2B30rnfn訥也：2700mtnW1546kq比駁車型BenzEMODEL3YGnl.ME-05氐44E心4G5E-052.16E05Z37E435&39E-053u77E*Q52.11E-O5

23、製!5金性.璋ilEE小1-9*06WE*06J-itE+Mt22EW.i?(mrn4i237E*06反伙*06WE062-1.1E+06BfiUS半了6MB1175B9.M4(LfrjKfH豐徑RjCm幅、73J1176.2367.9S652.815rSJSZKmmJ)20276169455094J574F5SaZ2(mmS)32153ssaes5543319970FBI?酹気刃LCX3E-O33.0AE-0?100-0SLDOE-03與曲說Elfiifc慣性短比n206.57=ntk24%與BenzEIS面IB性矩比狡2血”7IS.O7%與B色血EfiJflffi系曲比垃117637%i6

24、aAj?6BeruE斷面卻1海217Z41%12J.31%與盹悩E血積比較WO100.0G%100-00%表31Model3與競品車型門檻斷面系數對比Model3的這種結構可對應后部的多種碰撞。對于電動車，柱狀試驗除了考慮乘員安全外還主要應對電安全問題。（電池包受柱狀擠壓有可能導致起火燃燒）。Model3電池包設計未做側向支撐結構，側碰（包括pole碰）電池防護主要由車身結構建立（如圖32）。如圖33所示，電池包與門檻間距約為40mm，POLE碰撞時電池包有一定擠壓風險，電池包上下板均設計了彎折特征，控制POLE碰撞的變形模式。99.后面碰撞圖32Model3橫向撐結構H33惻面施撞電池包處結

25、構示意圖多條碰撞傳遞路徑。如圖34所示，車后部均為鋁材，考慮鋁縱梁的吸能效率要優于鋼縱梁，整車壓潰量全部集中在后防撞梁和后縱梁后端部分。后縱梁斷面Z向高度高于傳統車型，且為“日”字型結構，軸向剛度大，壓潰時能吸收更多的能量，并擁較好的軸向壓潰穩定性。75mm+=0j8*1.4mmModels后縱梁85mm傳統車孕后縱梁圖34后縱梁結構示意圖如圖35所示，車身后部設計了3個“環形”框架，形成了封閉的傳力結構。后部碰撞中，第一層“環形”框架主要采用鋁材，是儲物和潰縮吸能區域；第二層“環形”框架主要采用高強度鋼板，主要保護電機在后碰中的安全，同時后副車架對其進行了雙重保護；第三層“環形”框架也采用高

26、強度鋼板，主要是對電池包進行安裝及保護。后保險杠總成整體采用活連接結構，可在低速碰撞后進行維修，撞梁本體采用“目”字型鋁材，輕量化的同時可保證有效潰縮，防撞梁X向超出后行李箱蓋50mm，可保證行李箱蓋在后部低速碰時安全性。圖35后面碰撞環形框架示意圖10.行人保護-腿部（傳統硬點區如圖36所示，Model3通過控制造型特征將試驗區域避開大燈域）是本車性能與造型結合設計的亮點之一。Model3的處理方式避免了在該位置出現較低極值情況。（FLEX-PLI試驗結果評價方法為：結合高性能限值和低性能限值采用線性插值的方法計算網格點所得點數）。Model3的碰撞區域Y向尺寸相對于傳統車型并未減小，但它增

27、加了潰縮泡沫以及小腿支持橫梁的Y向長度，碰撞區域內，保險杠均對小腿有著穩定性支持。前寶劭丁圖36腿部保護結構示意圖下腿邵實驗醫誡前笑瞪杠象支誕J埜里標1E便噬捶反鴿貓泡沫向覷止如圖37所示，Model3前臉造型是極為平整的，在小腿碰撞試驗時更有利于小腿部獲得更小的傷害值；（對比車型保險杠中間位置平整性差，在碰撞試驗時會產生較大的膝部彎曲角及剪切位移）。如圖38所示，Model3潰縮泡沫設計位置與膝關節中心位置重疊量為30mm,重疊量充足，碰撞試驗時膝部動態剪切位移較小，有利于得分；小腿三個支撐點X向坐標接近，且有一定的可潰縮性，有利于保證小腿的穩定以及小腿位移的整體性；但前保險杠蒙皮與防撞梁間

28、隙過小，潰縮泡沫厚度最薄位置只有28mm，遠低于市場上其它優秀車型（如表39）。膝關節位置潰縮空間不足，導致中部支撐偏硬，而上部支撐又相對較弱，形成強弱反差，會導致p仁某車型（差）小腿保護整體得分不高。Model3（優）圖37Model3與某車型前部造型對比圖蟲腿上部支撐少腿下部支撐潰縮翹沬上邊界30mm出腿中部支撐28-40mrri膝關節中心圖38Model3潰縮泡沫與壁障關系年3T假沖煦那m摞料憂爭拾&u*b*c屮酹舟斗構侏升堆觀QQC嘲9sawStifi棄祥曜電牧低-干岸臥甕供沖和零16-ltfssaPT發電穿舛嚨土較氏-壬站冃燮槻.百呻瞋HEKfttW右分110=31KP我泡不即噸車牧低.壽陣弓燮護.H竝吸FinnJtsw宜第76ssCL粘!ns飯金佯帝曾肌空技左寸巴不巧申檢.科戟吸糧疋訃如65J-?rv4磚嚀髓金佇辛弊璀*鐵舟琴件不唧:電掩訣迥程氏十吋Tsm表39Model3部分車型緩沖塊有效厚度調查表11.行人保護-頭部從E-NCAP試驗結果可以了解到，Model3在行人保護頭部傷害上是較差的，主要表現在以下方面：前部造型偏低