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”系列（“Steel E-Motive Microstudy”），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。第二期微研究深入探讨了SEM高强钢智能电动汽车的车身结构理念满足严苛的侧面碰撞要求。
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。
这些车辆专为混合交通模式而设计，因此其结构必须符合全球最新高速耐撞性要求。由于侧向碰撞点与乘员之间的空间极为有限，如何确保车辆和乘员在侧碰事故中的安全保护成为重大技术难点。尤其值得关注的是位于车辆底盘区域的动力电池组—其体积庞大且位置特殊。一旦电池单元在撞击中破裂导致电解液泄漏，可能引发“热失控”这一高危连锁反应，进而产生火灾并释放有毒气体和烟雾。
通过合理的车身结构设计并采用先进高强钢（AHSS）材料，可在有限空间内同时实现碰撞能量吸收与防侵入保护，从而有效降低这些风险。本报告详细阐述了高强钢智能电动汽车的侧面碰撞测试结果。
侧面碰撞保护工况与策略
标准化碰撞工况有助于开发和验证车辆结构性能，其设计旨在复现真实碰撞场景。SEM工程团队选取以下两项全球行业标准来开发和确保适当的侧面碰撞性能：美国公路安全保险协会和美国新车评价规程侧面碰撞测试，具体如图1所示。
美国公路安全保险协会侧面壁障2.0工况复现了车辆间90度直角碰撞场景，测试车辆以垂直于目标车辆的角度进行撞击。美国公路安全保险协会的可变形侧面碰撞壁障代表了一款典型中型运动型多功能车。该壁障的正面轮廓与定位设计，使得受撞车辆的侧门需承受大部分初始碰撞力。壁障下边缘略高于SEM高强钢智能电动汽车的车身结构门槛梁及电池区域，因此这种工况下电池受损风险较低。侧面碰撞载荷通过侧门及配套车身结构的适当设计得以有效化解。
美国公路安全保险协会的侧面碰撞性能目标要求车身结构侵入量控制在极低水平，以减少乘员受伤程度。这些侵入量数值通过有限元分析（FEA）碰撞仿真模型计算得出。当碰撞后变形结构与乘员（测试假人）中线之间的剩余间隙大于180毫米时，方可获得美国公路安全保险协会测试的最高安全评级（“优秀”）。
美国新车评价规程64公里/小时侧面柱碰测试模拟车辆以较高横向速度撞击静止物体（如路桩或灯杆）的场景。该试验极具挑战性，原因在于撞击区域极小（254毫米直径的柱体），且冲击力覆盖车辆整个高度，导致车身结构需承受相对集中的冲击载荷。美国新车评价规程64公里/小时的测试标准已被全球众多碰撞测试机构复刻采用。该标准测试主要针对前排乘员的保护性能评估，因此试验中柱体的定位会与图示前排乘员（测试假人）头部位置（位置1）对齐。
由于该测试的严苛性和集中的碰撞载荷，动力电池组也面临极高的受损风险。为降低这一风险，SEM工程团队在设计中额外考量并优化了多个柱碰位置。例如：位置2和4因底盘结构横梁与电池模组的相对布局，成为电池防护的最恶劣位置；位置3则与后排乘员头部对齐，因此针对位置1所采用的设计与材料在此处同样关键，以确保后排乘员获得与前排乘员同等级的安全防护。这种对多位置侧面柱碰位置进行“尽职审查”的方法，已成为汽车制造商的行业通用实践。
美国新车评价规程柱碰测试的评估仅基于乘员受伤值，该数值通过碰撞测试假人身上测量的受力数据计算得出。由于SEM高强钢智能电动汽车的有限元分析未包含仿真假人模型，因此对于美国新车评价规程工况，我们采用美国公路安全保险协会>180MM的侵入间隙目标。
工程师通过设定车身结构（通常为门槛梁内板）与电池模组之间>25MM的静态侵入间隙目标，确保动力电池组的安全防护。该间隙能有效防止碰撞过程中电池模组遭受动态接触。上述目标值在全部四种侧面柱碰工况中均被采用。
实现侧面耐撞性需要合理管控碰撞能量与冲击力。通过精心设计的车身结构，并科学选用特定等级的先进高强钢，是实现乘员与动力电池组双重保护的核心要义。
这款SEM高强钢智能电动汽车采用开放式白车身（BIW）结构，配备A柱和C柱铰接式“剪刀”门，形成宽大的车门开口，提升乘员进出便利性。结构性B柱集成于剪刀门内部，与侧门防撞梁共同为美国公路安全保险协会侧面壁障工况提供主要反作用力。碰撞力随后通过A柱和C柱分散至车身结构，而前后横向斜撑则作为次要传力路径提供反作用力。这些结构共同围绕前后乘员区形成一道“腰线”防撞梁。B柱与下侧门槛梁及上侧梁结构重叠，进一步分散碰撞力并传递路径至车身主体。
相关设计特征如图2所示。
针对美国新车评价规程64公里/小时侧面柱碰工况，前后排乘员的防护采用了与美国公路安全保险协会侧面壁障相似的传力路径策略。车身结构的A柱和C柱分别与乘员的躯干及头部区域对齐，从而为侧面柱碰关键测试点1和3提供直接的碰撞力传递路径及接触界面（壁障至车辆）。而对于测试点2和4的动力电池组防护，则采用了不同的传力路径策略。
“可溃缩”区域（如右图绿色部分所示）提供了与典型前后碰撞溃缩区类似的能量吸收能力，尽管规模较小。围绕动力电池组的高强度防护区提供了充分防护。底盘结构构成了上部传力路径（1），电池底盖构成了下部传力路径（2），超高强度钢门槛梁内板则有效减少车身结构变形及与电池模块的接触。此外，上侧梁与车顶结构（传力路径3）也具备能量吸收及传力路径管理功能（见图3）。
SEM侧面碰撞性能测试结果
有限元分析仿真驱动了SEM高强钢智能电动汽车的侧面碰撞性能开发与验证。针对美国公路安全保险协会侧面壁障工况的仿真预测表明：前/后排乘员中心线侵入间隙均大于180毫米，达到最高“优秀”评级（如图4所示）。
美国新车评价规程侧柱碰撞测试的有限元分析仿真结果表明，前后排乘员均得到有效保护，侵入间隙均超过180毫米。动力电池组保护方面，静态（测试后）侵入值达到电池舱＞25毫米的目标值（如下图所示）。动态碰撞事件中，车身结构侵入量极低（约5毫米），确保电池模组全程无接触。如图5所示，在侧柱碰撞测试工况下，电池模组及电池的破裂风险极低。
先进高强钢应用
针对美国公路安全保险协会侧面壁障工况，采用液压成型B柱管梁结构管理初始冲击载荷。CR400Y690T-RA（“TRIP690”）钢材在保持封闭几何剖面的同时提供高强度特性，将载荷传导至上侧梁及门槛梁/底盘区域。水平车门防撞梁采用辊压成型CR1200Y1470TMS钢材，显著降低溃缩侵入量，并将冲击载荷分散至A柱与C柱。A柱采用抗拉强度达1900MPA的热成型钢（PHS），后C柱则采用抗拉强度达1500MPA的热成型钢。这些先进高强钢的超高强度特性允许采用更薄的材料厚度，有效降低白车身总重量并减少材料生产碳排放。
吸能/溃缩元件与超高强度元件协同为美国新车评价规程刚性侧 图7：先进高强钢在美国公路安全保险协会侧柱碰撞性能中的应用柱工况下的电池提供防护。其中门槛梁六边形吸能组件包含两块滚压成型的双相钢DP780，形成垂直于刚性柱碰方向的六边形管状结构。这种六边形剖面与双相先进高强钢的组合展现出卓越的能量吸收特性。
上部防护传力路径采用马氏体级底盘横梁（CR1200Y1470TMS），通过螺栓与电池框架横梁（CR1550Y2000T-MS）连接，构成超高强度侧向传力路径，可有效传递碰撞载荷并最大限度减少侵入量。
同样，电池底盖采用冷冲压工艺制造，材料组合为CR340Y450-L A 、D P 7 8 0 以及M S 1 4 7 0 中心拼焊板，形成高强度下部传力路径。SEM工程团队凭借超高强度材料的性能优势成功实现了减薄设计。具体应用详见上表及图6、图7。
结论
这种结合超高强度与高成形性先进高强钢的综合设计方法和应用，使SEM高强钢智能电动汽车车身结构在侧面耐撞性能方面达到最高评级。尽管面临单厢式开放结构、独特侧门布局和紧凑尺寸等挑战，SEM仿真结果显示其有望获得美国公路安全保险协会“优秀”评级。更值得注意的是，变形后的车身结构与电池模组全程无接触，显著降低了电池模组失效破裂的风险，有效避免电解液泄漏及潜在热失控等安全隐患。