Sistemi di sicurezza strutturale

I veicoli elettrici (EVs) si basano su sistemi di sicurezza strutturale avanzati per assorbire l'energia d'impatto, preservare l'abitacolo e proteggere il pacco batteria ad alta tensione.
Questi sistemi costituiscono il fondamento della sicurezza passiva, lavorando in sinergia con airbag e cinture di sicurezza per prevenire lesioni durante una collisione.
I veicoli elettrici moderni utilizzano una combinazione di materiali ad alta resistenza, zone di deformazione ingegnerizzate e celle di sicurezza rigide per gestire efficacemente le forze d'impatto.

Questo capitolo spiega come funzionano i sistemi di sicurezza strutturale, in cosa differiscono tra EVs e veicoli a combustione interna e come la tecnologia si è evoluta negli ultimi trent'anni.

Cosa sono i sistemi di sicurezza strutturale?

I sistemi di sicurezza strutturale sono componenti progettati della carrozzeria del veicolo studiati per controllare il comportamento della struttura in caso di collisione. Il loro scopo è triplice:

1. Assorbire energia durante un impatto attraverso deformazioni controllate.
2. Mantenere una cella di sicurezza stabile in cui gli occupanti sono protetti.
3. Deviare i carichi d'impatto lontano da componenti critici come il pacco batteria.

Gli elementi chiave includono:

Zone di deformazione

Le sezioni anteriore e posteriore sono progettate per deformarsi in modo prevedibile.
Collassando in fasi, rallentano l'impulso d'impatto e riducono le forze sugli occupanti.

Cella di sicurezza passeggeri

Un compartimento rigido e rinforzato che rimane integro durante un impatto.
Acciaio ad alta resistenza, rinforzi in boro e montanti a sezione chiusa vengono utilizzati per proteggere lo spazio di sopravvivenza degli occupanti.

Strutture per impatti laterali

Travi laterali, rinforzi delle porte e traverse del pavimento che impediscono l'intrusione durante impatti laterali, uno dei tipi di incidente più impegnativi.

Struttura di protezione della batteria

• Telai rigidi attorno al pacco batteria
• Involucri resistenti agli urti
• Percorsi di carico che indirizzano le forze attorno — non dentro — al pacco batteria

Ingegneria dei percorsi di carico

La distribuzione strategica delle forze d'impatto attraverso le parti più resistenti della carrozzeria per garantire che l'energia venga distribuita anziché concentrata.
Ciò aiuta la struttura a deformarsi in modo controllato e prevedibile.

Perché i sistemi di sicurezza strutturale sono importanti

I sistemi di sicurezza strutturale possono spesso fare la differenza tra lesioni lievi e lesioni potenzialmente letali. Sono importanti perché:

• Riduce le forze di picco sul corpo, abbassando il rischio di lesioni gravi.
• Previene l'intrusione dell'abitacolo, fondamentale per la sopravvivenza degli occupanti.
• Protegge la batteria, minimizzando il rischio di eventi termici dopo un impatto.
• Condiziona le prestazioni nei crash test, influenzando direttamente le valutazioni di Euro NCAP, NHTSA e IIHS.

Con i test di crash sempre più esigenti, le prestazioni strutturali sono diventate uno dei principali fattori distintivi tra veicoli ad alte e basse prestazioni.

Come gli EVs hanno cambiato la progettazione della sicurezza strutturale

I veicoli elettrici hanno radicalmente cambiato il modo in cui gli ingegneri progettano le strutture dei veicoli. Il pacco batteria rappresenta sia un'opportunità che una sfida.

Vantaggi introdotti dall'architettura EV

• I pacchi batteria robusti e piatti aumentano la rigidezza del pianale, migliorando la rigidità torsionale complessiva.
• L'assenza di un motore ingombrante apre nuove possibilità per zone di deformazione anteriori più lunghe ed efficaci.
• Un baricentro più basso riduce il rischio di ribaltamento, consentendo strutture più ottimizzate per la gestione dell'energia d'impatto.

Sfide

• La protezione della batteria è fondamentale — l'intrusione deve essere evitata a tutti i costi.
• La distribuzione del peso modifica i percorsi di carico, richiedendo una riprogettazione delle strutture tradizionali di impatto.
• Gli impatti sul sottoscocca, come colpi di detriti, devono essere gestiti con scudi protettivi e telai rinforzati.

Di conseguenza, gli EVs spesso impiegano più alluminio, acciaio ultraresistente e materiali compositi rispetto ai veicoli a combustione interna.

Tendenze nei sistemi di sicurezza strutturale

La sicurezza strutturale sta evolvendo rapidamente man mano che i costruttori affrontano protocolli di test più severi e nuove architetture EV.

1. Strutture della carrozzeria multimateriale

Combinazione di acciaio ad alta resistenza, acciaio indurito a caldo, alluminio e materiali compositi per rapporti resistenza/peso ottimali.

2. Mega-fusioni e grandi sezioni strutturali

Rese popolari da Tesla e ora diffuse nel settore, le grandi sezioni fuse anteriori e posteriori:

• Riduce il numero di saldature e giunzioni.
• Migliora la coerenza dei percorsi di carico.
• Aumenta la prevedibilità dell'impatto.

3. Integrazione della batteria come elemento strutturale

I nuovi EVs utilizzano design cell-to-pack e pacchi batteria strutturali che aumentano la rigidità riducendo il peso.

4. Simulazione avanzata e modellazione degli urti basata sull'IA

Gli ingegneri utilizzano migliaia di simulazioni digitali di impatto per ottimizzare le strutture prima di costruire i prototipi.

5. Migliorata protezione contro gli impatti laterali

Spinti da test IIHS e Euro NCAP sempre più rigorosi, i veicoli ora utilizzano travi delle porte più robuste, soglie rialzate e montanti B rinforzati.

6. Focus sulla riparabilità

Alcuni costruttori progettano ora parti strutturali con sezioni di riparazione o strutture di impatto modulari per ridurre i costi assicurativi.

Evoluzione negli ultimi 30 anni

La sicurezza strutturale è cambiata drasticamente in tre decenni:

Anni '90

• Le zone di deformazione erano più semplici e meno ottimizzate.
• La protezione agli impatti laterali era minima.
• La rigidità dell'abitacolo variava notevolmente tra i modelli.
• I materiali strutturali erano per lo più acciaio dolce o convenzionale.

Anni 2000

• Gli acciai ad alta resistenza sono diventati comuni.
• Euro NCAP ha spinto miglioramenti rapidi.
• Gli standard per impatti laterali e ribaltamenti si sono ampliati.
• Le celle di sicurezza passeggeri sono diventate notevolmente più robuste.

Anni 2010

• Gli acciai ultraresistenti e gli acciai induriti a caldo sono diventati di serie.
• Gli EVs hanno introdotto nuove idee di packaging e strutture di protezione della batteria.
• Le simulazioni di crash hanno accelerato i cicli di sviluppo.

Anni 2020 e oltre

• I pacchi batteria strutturali e le mega-fusioni ridefiniscono l'architettura dei veicoli.
• Le piattaforme incentrate sugli EV consentono zone di deformazione più efficienti.
• Regolamentazioni sugli impatti più severe spingono l'innovazione nell'ingegneria dei percorsi di carico.
• I costruttori ottimizzano le strutture non solo per la sicurezza, ma anche per peso, costi e riparabilità.

I video seguenti mostrano test comparativi tra auto vecchie e nuove per illustrare i progressi nella sicurezza in caso di collisione:

La sicurezza strutturale è davvero importante?

Sì. Le prestazioni strutturali sono uno dei migliori indicatori degli esiti dei crash nel mondo reale. Anche con sistemi avanzati di assistenza alla guida, gli incidenti accadono—e quando succede, una struttura solida è l'ultima linea di difesa.

Per gli EVs, la sicurezza strutturale influenza direttamente anche:

• Protezione della batteria
• Costi di riparazione
• Valutazioni assicurative
• Punteggi nei crash test
• Durabilità a lungo termine del veicolo

Una struttura ben progettata può trasformare un impatto grave in un evento sopravvivibile.