Systèmes de sécurité structurelle

Les véhicules électriques (EVs) reposent sur des systèmes de sécurité structurelle avancés pour absorber l’énergie de collision, préserver l’habitacle et protéger le pack batterie haute tension. Ces systèmes constituent la base de la sécurité passive, en collaboration avec les airbags et les ceintures de sécurité pour prévenir les blessures lors d’une collision. Les véhicules électriques modernes utilisent une combinaison de matériaux à haute résistance, de zones de déformation calibrées et de cellules de sécurité rigides pour gérer efficacement les forces d’impact.

Ce chapitre explique comment fonctionnent les systèmes de sécurité structurelle, en quoi ils diffèrent entre les véhicules électriques et les véhicules à combustion interne, et comment la technologie a évolué au cours des trois dernières décennies.

Que sont les systèmes de sécurité structurelle ?

Les systèmes de sécurité structurelle sont des composants conçus du châssis du véhicule destinés à contrôler le comportement de la structure en cas de collision. Leur objectif est triple :

1. Absorber l’énergie lors d’une collision grâce à une déformation contrôlée.
2. Maintenir une cellule de sécurité stable où les occupants sont protégés.
3. Diriger les charges de collision loin des composants critiques tels que le pack batterie.

Les éléments clés incluent :

Zones de déformation

Les sections avant et arrière conçues pour se déformer de manière prévisible. En s’effondrant par étapes, elles ralentissent l’impulsion de collision et réduisent les forces subies par les passagers.

Cellule de sécurité des passagers

Un compartiment rigide et renforcé qui reste intact lors d’une collision. De l’acier à haute résistance, des renforts en bore et des montants à section fermée sont utilisés pour protéger l’espace de survie des occupants.

Structures de protection en cas d’impact latéral

Des longerons latéraux, des renforts de porte et des traverses de plancher qui empêchent les intrusions lors d’impacts latéraux — l’un des types d’accidents les plus difficiles.

Structure de protection de la batterie

Spécifique aux véhicules électriques, cela inclut :

• Cadres rigides autour du pack batterie
• Enceintes résistantes aux collisions
• Chemins de charge qui détournent les forces autour du pack batterie plutôt que vers celui-ci

Ingénierie des trajectoires de charge

Le routage stratégique des forces de collision à travers les parties les plus solides de la carrosserie pour garantir une distribution de l’énergie plutôt qu’une concentration. Cela permet à la structure de se déformer de manière contrôlée et prévisible.

Pourquoi les systèmes de sécurité structurelle sont importants

Les systèmes de sécurité structurelle peuvent souvent faire la différence entre des blessures mineures et des blessures mettant la vie en danger. Ils sont importants parce que :

• Ils réduisent les forces maximales exercées sur le corps, diminuant le risque de blessures graves.
• Ils empêchent l’intrusion dans l’habitacle, ce qui est crucial pour la survie des occupants.
• Ils protègent la batterie, minimisant le risque d’événements thermiques après une collision.
• Ils influencent les performances aux tests de collision, en affectant directement les notes Euro NCAP, NHTSA et IIHS.

Avec des tests de collision modernes de plus en plus exigeants, les performances structurelles sont désormais l’un des principaux facteurs différenciateurs entre véhicules à hautes et basses performances.

Comment les véhicules électriques ont transformé la conception de la sécurité structurelle

Les véhicules électriques ont fondamentalement changé la manière dont les ingénieurs conçoivent les structures des véhicules. Le pack batterie représente à la fois une opportunité et un défi.

Avantages introduits par l’architecture des véhicules électriques

• Des packs batterie robustes et plats augmentent la rigidité du plancher, améliorant la rigidité de torsion globale.
• L’absence d’un gros moteur ouvre de nouvelles possibilités pour des zones de déformation avant plus longues et plus efficaces.
• Un centre de gravité plus bas réduit le risque de tonneaux, permettant des structures plus optimisées pour la gestion de l’énergie de collision.

Défis

• La protection de la batterie est cruciale — il faut à tout prix éviter toute intrusion.
• La répartition du poids modifie les trajectoires de charge, nécessitant une refonte des structures classiques de collision.
• Les chocs sous le véhicule, comme les impacts de débris, doivent être traités avec des protections et des châssis renforcés.

En conséquence, les véhicules électriques utilisent souvent plus d’aluminium, d’acier à ultra-haute résistance et de matériaux composites par rapport aux véhicules à combustion interne.

Tendances des systèmes de sécurité structurelle

La sécurité structurelle évolue rapidement à mesure que les constructeurs automobiles répondent à des protocoles de test plus stricts et à de nouvelles architectures de véhicules électriques.

1. Structures de carrosserie multimatières

Combinaison d’acier à haute résistance, d’acier formé à chaud, d’aluminium et de composites pour des rapports résistance/poids optimaux.

2. Méga-coulées et grandes sections structurelles

• Popularisées par Tesla et désormais répandues dans l’industrie, les grandes structures avant et arrière coulées :
  • Réduisent le nombre de soudures et de joints.
  • Améliorent la cohérence des chemins de charge.
  • Améliorent la prévisibilité en cas de collision.

3. Intégration de la batterie comme élément structurel

Les véhicules électriques récents utilisent des conceptions cell-to-pack et des packs batterie structurels qui augmentent la rigidité tout en réduisant le poids.

4. Simulation avancée et modélisation de collision pilotée par IA

Les ingénieurs utilisent des milliers de simulations numériques de collision pour optimiser les structures avant de construire des prototypes.

5. Protection latérale améliorée

Poussée par des tests IIHS et Euro NCAP plus rigoureux, les véhicules utilisent désormais des longerons de porte plus solides, des bas de caisse surélevés et des montants B renforcés.

6. Accent sur la réparabilité

Certains constructeurs conçoivent désormais des pièces structurelles avec des zones de réparation ou des structures de collision modulaires pour réduire les coûts d’assurance.

Évolution au cours des 30 dernières années

La sécurité structurelle a radicalement changé en trois décennies :

Années 1990

• Les zones de déformation étaient plus simples et moins optimisées.
• La protection en cas d’impact latéral était minimale.
• La rigidité de l’habitacle variait fortement selon les modèles.
• Les matériaux structurels étaient principalement de l’acier doux ou conventionnel.

Années 2000

• Les aciers à haute résistance se sont généralisés.
• Euro NCAP a entraîné des améliorations rapides.
• Les normes d’impact latéral et de tonneau se sont étendues.
• Les cellules de survie des passagers sont devenues nettement plus solides.

Années 2010

• L’acier à très haute résistance et l’acier formé à chaud sont devenus courants.
• Les véhicules électriques ont introduit de nouvelles idées de packaging et des structures de protection de la batterie.
• Les simulations de collision ont accéléré les cycles de développement.

Années 2020 et au-delà

• Les packs batterie structurels et les méga-coulées redéfinissent l’architecture des véhicules.
• Les plateformes centrées sur les véhicules électriques permettent des zones de déformation plus efficaces.
• Des réglementations de collision plus strictes stimulent l’innovation dans l’ingénierie des trajectoires de charge.
• Les constructeurs optimisent les structures non seulement pour la sécurité mais aussi pour le poids, le coût et la réparabilité.

Les vidéos ci-dessous montrent des tests de collision comparant anciennes et nouvelles voitures pour illustrer les progrès en matière de sécurité en cas de collision.

La sécurité structurelle est-elle vraiment importante ?

Oui. Les performances structurelles sont l’un des meilleurs indicateurs des résultats réels des collisions. Même avec des systèmes avancés d’aide à la conduite, des accidents se produisent toujours — et lorsque cela arrive, une structure solide est la dernière ligne de défense.

Pour les véhicules électriques, la sécurité structurelle influence également directement :

• Protection de la batterie
• Coûts de réparation
• Notes d’assurance
• Scores aux tests de collision
• Durabilité à long terme du véhicule

Une structure bien conçue peut transformer une collision grave en un événement survivable.