Sécurité structurelle
La sécurité structurelle repose sur une déformation contrôlée. La carrosserie doit absorber et rediriger l'énergie de la collision hors de l'habitacle, préserver un espace de survie utilisable et maintenir le système de retenue et la batterie haute tension dans leurs limites de conception.
Rigide là où il le faut, déformable là où c'est utile
Une carrosserie sûre n'est pas simplement la plus rigide possible. Les structures d'absorption avant et arrière doivent se déformer progressivement afin que le véhicule change de vitesse sur une durée et une distance plus longues. Autour des occupants, la cellule passagers doit être assez résistante pour limiter l'intrusion et maintenir les portes, les sièges, les ceintures et les airbags dans des positions fonctionnelles.
Les ingénieurs créent plusieurs chemins de charge au moyen des longerons, des berceaux, des bas de caisse, des traverses, des montants, des longerons de toit et du plancher. Différents chemins entrent en jeu lors de collisions à recouvrement total, modéré ou faible, latérales, arrière, contre un poteau, avec retournement ou de type encastrement. Une conception performante dans une direction peut néanmoins présenter une faiblesse dans une autre.
Les principales fonctions sont les suivantes :
- Gérer l'impulsion de collision : se déformer progressivement plutôt que d'arrêter brutalement l'habitacle.
- Préserver l'espace de survie : limiter le déplacement de la colonne de direction, des pédales, de la planche de bord, des portes, du toit et du plancher vers l'habitacle.
- Soutenir les dispositifs de retenue : maintenir les ancrages de ceinture, les sièges et les zones de déploiement des airbags dans les positions utilisées pour le calibrage.
- Protéger les autres usagers de la route : gérer la compatibilité avec des véhicules de taille et de masse différentes et réduire les contacts extérieurs dangereux pour les piétons et les cyclistes.
Chocs latéraux et espace des occupants
Les chocs latéraux laissent une faible distance d'écrasement entre l'objet qui percute et l'occupant. Le bas de caisse, le montant B, le longeron de toit, les renforts de porte, les traverses de plancher, la structure du siège et les airbags latéraux doivent se partager le travail. Les essais contre un poteau concentrent la force sur une zone étroite, tandis que les essais du côté opposé étudient le mouvement vers le centre du véhicule.
La structure latérale revêt une importance particulière dans un véhicule électrique de type skateboard, car la batterie occupe normalement une grande partie du plancher entre les essieux. La conception doit limiter à la fois l'intrusion dans l'habitacle et la déformation du boîtier de batterie.
Protection de la batterie de traction
Le boîtier de batterie fait partie d'un système de protection multicouche. Selon la plateforme, il peut constituer un ensemble amovible ou contribuer plus directement à la rigidité de la carrosserie. Les bas de caisse et traverses environnants acheminent les charges latérales, les protections de soubassement résistent aux débris routiers, et les rails et sections du boîtier de batterie contrôlent les déformations locales.
La protection mécanique n'est qu'une couche. Le système de gestion de la batterie surveille les cellules et l'isolation, tandis que des contacteurs ou dispositifs pyrotechniques peuvent déconnecter le bus haute tension après une collision répondant aux critères de déclenchement. La réglementation porte sur les risques d'électrocution, de fuite d'électrolyte, d'incendie, d'intégrité mécanique, de vibration, de température et de propagation thermique. L'article sécurité des batteries détaille ces protections au niveau de la batterie.
L'intrusion dans la batterie n'est pas la seule mesure importante. Une cellule endommagée peut développer un court-circuit interne sans déformation externe évidente, et un véhicule ayant subi un violent choc sous la caisse ou latéral peut nécessiter une mise à l'écart, une inspection et une surveillance conformément aux procédures d'urgence et de réparation du constructeur.
Comment l'architecture d'un véhicule électrique change le problème
Une plateforme électrique offre aux ingénieurs des possibilités et des contraintes différentes :
- L'absence de moteur thermique peut libérer du volume à l'avant, mais la direction, la suspension, le système CVC, la recharge, l'électronique de puissance et les structures de collision se disputent toujours l'espace.
- Une batterie montée bas abaisse généralement le centre de gravité, ce qui peut réduire la propension au retournement, mais la résistance du toit et le maintien des occupants restent indispensables.
- La batterie et son boîtier peuvent accroître la rigidité du plancher, mais le résultat dépend de leur liaison avec la carrosserie et de la manière dont les charges sont transférées.
- Les véhicules électriques sont souvent lourds par rapport à leurs dimensions extérieures. Une masse supérieure peut protéger les occupants lors d'une collision avec un véhicule plus léger tout en augmentant les forces imposées à l'autre véhicule, d'où l'importance de la compatibilité en cas de choc.
- Le plancher plat peut modifier la position assise et le soutien sous les cuisses, ce que le calibrage de la ceinture, du siège et de l'airbag doit prendre en compte.
Il s'agit de paramètres d'ingénierie, pas de la preuve que chaque véhicule électrique est plus sûr que chaque véhicule thermique. Le résultat doit être vérifié pour le modèle exact.
Développement et essais de sécurité structurelle de Mercedes-Benz. Mercedes-Benz / YouTube.
Matériaux et fabrication
Les carrosseries modernes associent acier doux, aciers avancés et trempés sous presse, pièces moulées et profilées en aluminium, adhésifs, soudures par points, rivets et flans raboutés. La nuance du matériau est choisie pour une fonction locale : pliage contrôlé, renfort à haute résistance, stabilité des assemblages, tenue à la corrosion, aptitude à la fabrication ou réparation.
Les grandes pièces moulées et les concepts de batterie structurelle peuvent réduire le nombre de pièces et modifier les chemins de charge, mais aucun n'est automatiquement plus sûr. La conception des assemblages, la qualité de la fonderie, le comportement à la fissuration, la redondance, les caissons d'absorption remplaçables et l'ensemble de la structure testée déterminent les performances.
La simulation informatique permet aux ingénieurs d'étudier de nombreuses configurations d'impact avant l'existence de prototypes physiques. Les essais physiques sur composants, traîneaux, barrières, poteaux et entre véhicules restent essentiels, car les modèles doivent être corrélés à des matériaux, assemblages, mannequins et modes de défaillance réels.
Ce que révèlent les essais de collision
Une vidéo d'essai de collision peut paraître spectaculaire même lorsque la structure se comporte comme prévu. Parmi les éléments utiles figurent l'impulsion de collision mesurée, l'intrusion au niveau du plancher avant et des montants, la déformation des ouvertures de porte, les mesures de blessure des mannequins, l'interaction des dispositifs de retenue, l'état de la batterie et le fonctionnement des portes et systèmes d'urgence après le choc.
Les essais à faible recouvrement sont particulièrement révélateurs, car l'impact peut contourner les principaux longerons avant. L'IIHS indique que les véhicules obtenant un bon résultat à son évaluation à faible recouvrement côté conducteur ont présenté dans les collisions frontales réelles un risque de mortalité du conducteur inférieur à celui des véhicules mal notés.
Essai de collision entre une Chevrolet Bel Air de 1959 et une Chevrolet Malibu de 2009. IIHS / YouTube.
Essai de collision entre une Toyota Corolla de 1998 et une Toyota Corolla de 2015. Global NCAP / YouTube.
Ces vidéos comparatives montrent aussi pourquoi l'âge du véhicule compte. Des cellules d'habitacle plus résistantes, de meilleurs chemins de charge et des dispositifs de retenue coordonnés ont considérablement modifié les conséquences des collisions, mais les résultats obtenus avec des masses et des configurations d'essai différentes doivent toujours être interprétés avec prudence.
La réparabilité fait partie de la conception
Après une collision, une réparation sûre consiste à restaurer les chemins de charge, les assemblages, la protection anticorrosion, les points de fixation des capteurs et l'isolation de la batterie, et pas seulement à redresser l'extérieur. Certaines conceptions utilisent des caissons d'absorption remplaçables ou des procédures de réparation par section ; d'autres exigent le remplacement d'une grande pièce moulée, d'un longeron ou du boîtier de batterie.
Avant d'acheter ou de réparer un véhicule électrique accidenté, consultez le manuel de réparation structurelle du constructeur, la procédure haute tension, les exigences de mesure, les spécifications des adhésifs et fixations ainsi que les instructions de calibrage des capteurs. Une mauvaise réparation peut compromettre à la fois la sécurité passive et les performances des ADAS.
Consultez ceintures de sécurité et airbags pour les dispositifs de retenue soutenus par la carrosserie, et essais de collision et notes de sécurité pour les essais servant à évaluer le véhicule complet.