電動汽車正面碰撞試驗如下圖一所示。GB 11551-2003(乘用車正面碰撞的乘員保護)對壁障的尺寸和安置有明確的規定，要求寬度不小于3m,高度不小于1.5m,壁障前表面應鉛垂，其法線應與車輛直線行駛方向成0°夾角，如果有必要，須使用定位裝置將壁障固定在地面以限制其移動。
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圖1正面碰撞試驗
一、 著眼于安全角度的車身結構區域劃分及設計要求
在車輛的碰撞過程中，整個車身結構從安全角度可劃分為三個部分，即前撞吸能部分、乘員艙部分和后撞吸能部分。各部分的設計要求不盡相同，具體要求如下：
(1) 乘員艙部分必須盡可能的保持完整，以保證車內乘員有足夠的生存空間；
(2) 碰撞吸能部分要盡可能多地吸收碰撞能量，以降低加速度和碰撞力至合理范圍內；
(3) 車身前部吸能構件，在碰撞中產生變形應逐級發生，并使其具有合理的失效模式和壓塌順序，如下圖2所示。
圖2車身前部結構分級
二、車輛正面碰撞載荷的傳遞路徑設計與優化
汽車前艙在正面碰撞時的主要承載路徑有以下三條，如下圖3所示：
a. 上前縱梁—A柱—車頂梁；
b. 前端吸能梁(盒)—縱梁—縱梁延伸梁；
c. 副車架—縱梁地板延伸—中央通道、門檻梁。
圖3正面碰撞的載荷傳遞路徑示意圖
常見的電動汽車動力系統及電池布置，會使得車輛整體重心位置相對燃油車偏下，如圖4所示：
圖4 電動汽車動力系統及電池布置
針對電動汽車的布置特點，提出的載荷路徑傳遞建議有以下兩點：
(1)載荷承載結構布置下移：載荷傳遞路徑的設計思想是通過獨特的結構設計來實現對碰撞能量的良好吸收和分散，其主要依據是載荷傳遞路徑的加權高度與整車重心高度相當。當電動汽車因攜帶動力電池而使重心下移時，其承載結構的布置也需要相應地下移，如圖5所示：
圖5下移載荷路徑
(2)增加載荷傳遞路徑：不同于燃油車的機械傳遞，電動汽車采用柔性的電線傳遞能量，使得其空間布置具有一定的靈活性,這也為增加載荷路徑創造了有利條件。通過增加載荷傳遞路徑，可以使整個車身結構參與到碰撞吸能中，有利于碰撞能量的迅速吸收和發散，提高承載效率。
三、前艙吸能結構的變形與吸能分析及改善措施
在汽車發生正面碰撞時，車身前部結構的變形形式和能量吸收情況對駕駛員所受的沖擊和變形影響很大。在不同的車型當中，雖然主要吸能構件的幾何形狀、所受約束等情況不盡相同，但普遍地利用薄壁梁作為主要吸能構件，通過薄壁梁的塑性變形來耗散大量的碰撞能量。
如圖6的有限元仿真模型所示，在整個碰撞過程中，防撞梁、前圍和前底板發生了嚴重的變形，而兩側縱梁沒有發生明顯的塑性變形和位移。這說明有大部分碰撞產生的撞擊力經縱梁傳遞到了前圍和前底板上。
圖6 前地板、前圍、防撞梁、前縱梁(左右)能量吸收曲線
A：底板；B：前圍；C：防撞梁；D：前縱梁(左)；E：前縱梁(右)
從圖6中可以看出，前圍和前底板局部發生了明顯的塑性變形。而碰撞中，前圍板膝蓋部位的侵入量大，則有可能影響到乘客腿部的安全。
針對這兩處薄弱結構，提出以下優化措施：
(1) 在前地板縱梁前段板及縱梁后端加上兩處誘導槽以期在碰撞時間內發生變形吸收更多能量來降低整車的最大加速度。縱梁的變形形式主要分為兩種情況：彎曲變形和壓潰變形。從能量吸收角度來看，壓潰變形要遠遠好于彎曲變形，它具有更高的能量吸收效率。在車身設計過程中，應盡可能確保縱梁前部出現壓潰變形，如因縱梁的結構形式無法全部壓潰，也要避免出現大的彎曲變形，以獲得較高的能量吸收效率。
(2) 針對前圍板侵入量過大的情況，可以從鈑金件的厚度與材料方面入手，以減小前圍板的侵入量。材料不變，增加前圍板的厚度；或者厚度不變，將前圍板材料更改為屈服強度與彈性模更大些的新材料。材料的屈服極限大，意味著該材料可以抵抗更大的應力。
四、 電動汽車地板結構特點及優化載荷傳遞的改進方式
當動力電池安裝在地板下方時，為保證一定的離地間隙，電動汽車的坐椅橫梁區域與前地板在Z向上必須存在斷差，如圖7所示。這樣，地板從前到后就不是一個完整的部件，產生了一個剪切運動區域，不有利于碰撞載荷的傳遞。
圖7 電動汽車縱梁中心縱向切平面碰撞載荷分布
由電動汽車正面碰撞載荷傳遞方式可知，其中第2條路徑是經中央通道加強梁傳遞到地板后端。然而，通過路徑2的碰撞載荷傳遞到座椅橫梁前端時，由于座椅橫梁區域與前地板形成的斷差，使得這兩部分載荷不能直接傳遞到地板后端。這就導致這部分碰撞載荷與車輛碰撞時產生的慣性載荷相互作用后在座椅橫梁前端產生剪切變形。
針對地板此處的薄弱結構，提出以下優化建議：
(1)在中央通道(座椅橫梁)下方增添加強件，并且覆蓋住中央通道彎折位置，來減小其在碰撞過程中的變形程度。
(2) 為降低縱梁延長梁根部撞擊動力電池的風險，同時進一步緩解中央通道的變形，需要對門檻加強梁與縱梁延長梁搭接件進行優化。比如可以通過增加搭接件與地板的覆蓋面積，來增加其抗彎能力。
(3)全新開發地板結構，參考如下：
Smart ED電池箱結構布置在地板座椅下方，地板結構采用“工”字型結構加強方式。如圖8所示：
圖8 Smart ED電池箱結構布置及地板座椅
Nissan Leaf電池箱的布置及地板結構形式為全新設計的平臺，電池包結構由三根縱梁包圍進行結構加強，前后設置有緩沖空隙，同時縱梁也增加了載荷的傳遞路徑，能更好的把載荷向后方傳遞。如圖9所示：
圖9 Nissan Leaf電池箱的布置及地板結構
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