世界钢铁协会下属分会世界汽车用钢联盟推出了"SEM高强钢智能电动汽车设计与性能创新技术微研究"(“Steel E-Motive Microstudy”)系列，旨在研究SEM高强钢智能电动汽车如何塑造可持续的未来移动出行。首期微研究深入探讨了SEM高强钢智能电动汽车车身结构如何使用广泛的正面碰撞模拟场景来满足严格的全球碰撞标准。
前言
城市化与净零排放目标是推动交通模式向密集城市环境中的按需出行转变的关键因素。在此背景下，移动出行行业预计共享出行将迎来显著增长，并重点依赖自动驾驶技术和电动化来实现这一目标。
世界汽车用钢联盟的“SEM高强钢智能电动汽车”项目展示了自动驾驶共享出行的创新理念，通过独特的座椅布局和便捷的上下车设计，最大化载客量与舒适性，同时为实现净零排放提供了清晰途径。
SEM高强钢智能电动汽车概念车型包含两款：SEM1：4座城市乘用车；SEM2：6座大容量车型。两款车型均可适应混合交通模式（最高时速130公里）。在此类概念设计中，汽车如何满足全球高速碰撞标准成为关键工程师挑战。
由于这类小型开放式车身结构可能带来安全隐患，SEM高强钢智能电动汽车的工程策略聚焦于大规模应用现代先进高强钢，以应对严苛碰撞要求。本报告将详细阐述相关解决方案。
安全性能
电动汽车碰撞结构的目的很简单——在碰撞发生时为乘员和电池提供保护。为此，碰撞结构必须通过将车辆的动能转化为车身结构的溃缩/塑性变形，以可控且渐进的方式使车辆减速。具有高延伸率和加工硬化特性的钢材被用于车身结构的“可溃缩”元件，以实现此类可控减速，这正是美国新车评价规程（USNCAP）正面刚性壁障（FFB）所要求的核心性能。
正面防撞结构还必须最大限度减少碰撞导致的乘员舱与电池模块的侵入或穿透。这需要通过在所需区域战略性地布置超高强度钢，并对车身结构几何形状进行针对性设计来实现。
对于高强钢智能电动汽车SEM1车型概念而言，这些要求更具挑战性。该车型整体尺寸较小，前悬长度仅为730MM。较短的长度使得正面碰撞时车辆动能更难被充分吸收，这意味着减速强度通常比更大尺寸的车辆更高，从而导致乘员承受更大的冲击力。
此外，前排乘员采用面朝车辆后方的反向乘坐布局。此设计虽然能创造更开阔、宽敞的座舱空间以促进社交互动，但也导致乘员更接近碰撞区域，从而增加因结构侵入而受伤的风险。由于仿真分析未采用假人模型，因此在平衡溃缩性与抗侵入性的同时，还必须最大限度降低传递至乘员的冲击能量脉冲，确保其安全。这种反向乘坐设计意味着座椅与头枕的设计对乘员约束和减速起着关键作用。尽管存在这些挑战，SEM高强钢智能电动汽车概念在乘员保护方面始终未作任何妥协。
正面碰撞管理与性能
针对高强钢智能电动汽车SEM1概念车型，我们按照四大主流正面碰撞标准进行了仿真测试，各测试项目说明及结果详见表1。
我们重点聚焦两项测试：美国新车评价规程56公里/小时全宽正面刚性壁障测试，以及美国公路安全保险协会（IIHS）64公里/小时小重叠刚性壁障（SORB）测试。
美国新车评价规程FFB测试作为成熟测试体系，其性能实现策略与解决方案已形成行业共识。该测试要求正面碰撞结构实现可控溃缩变形，主要通过前碰撞纵梁的适当设计与材料选型来实现。
在SEM高强钢智能电动汽车的设计中，空心截面的先进高强钢中央纵梁构成其核心正面碰撞/吸能结构。通过拼焊板（TWB）技术实现多强度梯度与厚度组合，可精确调控溃缩特性，确保正面碰撞时呈现渐进式溃缩。图1展示了美国新车评价规程56公里/小时FFB碰撞仿真时序和前部结构溃缩机理。
在SEM高强钢智能电动汽车正面碰撞结构的研发过程中，最具挑战性的工作在于平衡不同正面碰撞测试标准的冲突性要求。以全球两大权威标准——美国新车评价规程56公里/小时FFB测试和64公里/小时SORB测试为例：两者均要求前部结构具备高强度特性。
与FFB测试相比，SORB测试不仅冲击速度更高，且仅25%的前端壁障重叠率使得更多车身结构直接参与碰撞，这就要求正面碰撞结构必须更高效地管理能量并阻止乘员舱侵入。为应对SORB测试的严苛工况，需采用更高强度的结构设计来承受碰撞载荷。然而这对FFB测试而言则过于刚硬——由于溃缩行程缩短，导致FFB测试中出现过高的减速度脉冲。
SEM高强钢智能电动汽车的碰撞仿真研究主要围绕美国新车评价规程56公里/小时FFB测试和美国公路安全保险协会64公里/小时SORB测试。
从根本上说，正面碰撞结构的设计需要满足两种截然不同的要求。在美国公路安全保险协会64公里/小时SORB测试中，由于传统乘用车架构和空间布局的限制，SORB壁障位置通常位于主溃缩纵梁外侧。因此，车轮、轮胎及车身外部结构会直接承受碰撞冲击，并在碰撞过程中发挥作用——这些部件和系统的设计直接影响整车耐撞性能。因此需要特定的策略、车身结构部件和设备来管理SORB负载和能量，并为乘员提供所需的保护。
SORB：“钩挂”与“偏转”对比
当前常见的策略是通过车身结构实现车辆减速。在极高能量水平和小重叠情况下，通常会导致车辆前部结构（直至A柱）完全吸收溃缩能量，剩余动能转化为车辆绕壁障的旋转（偏航）运动—本质上形成车辆与壁障的“钩挂”效应。
而25%重叠宽度设计为车辆提供了另一种可能性：在初始撞击后，车辆可从壁障偏移或“偏转”。这使得车辆能以保留部分前向速度的状态越过SORB壁障，从而将较小比例的碰撞前动能转化为溃缩能量。这种降低的溃缩能量水平后续会减弱车辆和乘员承受的纵向溃缩力及减速度，最终减少乘员受伤程度。
偏转与钩挂SORB策略均能满足美国公路安全保险协会“优秀”安全评级要求。针对SEM高强钢智能电动汽车的设计理念，优先采用SORB偏转策略—该方案能显著降低减速度脉冲和车身侵入量，这对前舱乘员安全至关重要（因其乘坐位置更靠近碰撞区域）。美国公路安全保险协会认证该策略时特别指出：SEM高强钢智能电动汽车的侵入量分布数据，完全适合采用后向式前排乘客布局的车型。
要在SORB测试中实现“偏转”，正面碰撞结构必须与壁障接触，并根据车辆载荷产生横向（+Y方向）的加速度和位移。为提供此横向载荷反作用力，正面碰撞结构必须保持整体完整性，将塑性变形控制在最低限度。因此需要一种特殊的正面碰撞结构：在纵向（X方向）允许发生溃缩变形（以满足FFB要求），同时在承受极高横向（Y方向）力时能保持结构完整并最大限度抑制溃缩（即保持强度）。该结构需沿整个正面碰撞结构长度具备横向高强度特性，从而有效传递壁障对车辆的作用力，使车辆获得横向加速度以实现完全“偏转”。SEM高强钢智能电动汽车通过全球首创的偏转梁设计实现了这一目标，该部件采用抗拉强度达1500MPA的热成型钢制成。
图2展示了正面碰撞结构设计及先进高强钢的应用。偏转梁可提升SORB性能表现，其特殊工程设计能在FFB测试中发生折叠溃缩，从而最大限度降低对FFB测试减速特性的影响。该偏转梁设计能引导车辆沿SORB壁障偏转，并将碰撞载荷分散至车身结构。此外，车身结构前减震塔区域采用了大面积超高强度钢材包裹结构，可维持SORB碰撞壁障与车辆间的高强度横向反作用力，持续产生横向加速度，这一设计还会导致前轮脱离，从而实现车辆与壁障的偏转分离行为。
前副车架采用特殊折叠设计，确保其在F F B 和O D B 碰撞工况中不作为主要传力路径。通过前副车架的溃缩变形，可引导前置电机向下方及远离前围板的方向移动，有效降低接触和侵入风险。
垂直仪表板支撑梁与中央纵梁协同作用，为纵向防撞梁提供主要反作用力。该支撑梁采用抗拉强度达1900MPA的热成型钢，在满足强度需求的同时最大限度减少乘员舱侵入量。UHSS偏转结构部件被布置在碰撞结构的后部，既确保了在FFB和ODB工况下所需的纵向溃缩，又避免了高强度/低溃缩特性对其产生干扰。
图3展示了美国公路安全保险协会64公里/小时SORB工况的碰撞仿真结果。当车辆与SORB碰撞壁障初始接触时，前防撞梁发生变形并与前副车架横向横梁接触。这一接触会在车辆结构中引发横向（Y方向）反作用力，从而导致整车产生横向加速度和横向偏移。
通过先进高强钢的特性与偏转梁结构的几何设计相结合，实现了车辆25%的完整横向偏移量，在满足美国公路安全保险协会SORB工况要求的“偏转”行为的同时，仍保持其他正面碰撞工况所需的纵向溃缩性能。
结论
该车型概念采用高比例先进高强钢打造的车身和正面碰撞结构，在耐撞性能方面表现卓越。先进高强钢兼具高强度与高延展性的特性，既能满足溃缩区的高吸能需求，又可有效防止乘员舱侵入。
这些特性使车辆能够满足全球最严苛的高速碰撞标准要求，包括：在美国公路安全保险协会64公里/小时小重叠刚性壁障测试中获得“优秀”评级—其SEM1偏转结构能有效降低车辆减速脉冲，同时减少乘员舱侵入量。