LS-DYNA Simulation-Based Investigation of Electric Vehicle Crash Dynamics in Road Safety Barrier Impacts

Abstract

As the number of electric vehicles keeps growing, current road safety infrastructures, originally designed for internal combustion engine vehicles, must be reassessed to ensure continued protection for all road users. Due to their higher mass, lower center of gravity, and absence of a front-mounted engine, EVs introduce different crash dynamics. However, the lack of dedicated simulation models and testing standards for EVs in barrier impact scenarios remains a critical lack in the field.

This thesis presents a first methodology for assessing EV crashworthiness in road safety barrier impacts. An electric vehicle model was developed by adapting a validated ICE model, the TB32 representing the BMW 3 Series, to reflect the majority of current EVs on the market. A homogenized material model for the battery pack was created using literature-based material parameters and experimental data. Structural modifications, including motor repositioning, chassis reinforcement, and battery fixation, were integrated to produce a realistic EV architecture.

A parametric study was conducted to evaluate the impact of battery characteristics such as position, weight, geometry, material, and fixation strategy on crash severity index: ASI (Acceleration Severity Index) and THIV (Theoretical Head Impact Velocity). A sensitivity analysis on external parameters (impact angle, velocity, passenger load) validated the robustness of the EV model across different crash configurations.

Impact simulations were then performed with rigid concrete and deformable steel barriers. The concrete barrier demonstrated strong performance for EVs, with the absence of a front engine enabling efficient energy absorption. In contrast, the N2 deformable steel barrier failed to retain the EV, revealing lack of toughness under increased kinetic energy. However, the H2 BPL 134 barrier exhibited satisfactory containment and redirection behavior, maintaining low ASI and THIV values. Additionally, barrier improvements were proposed based on simulations results to improve EV crash safety.

This work contributes a first framework for evaluating EV crash safety in the context of evolving road infrastructure, supporting the transition to a safer, electrified mobility future and complying with current safety requirements.

Alors que le nombre de véhicules électriques ne cesse de croître, les infrastructures actuelles de sécurité routière, initialement conçues pour les véhicules à moteur thermique, doivent être réévaluées afin de garantir une protection pour l’ensemble des usagers de la route. En raison de leur masse plus importante, de leur centre de gravité rabaissé et de l’absence de moteur, les VE présentent des dynamiques de crash fortement différentes. Toutefois, l’absence de modèles de simulation dédiés et de normes spécifiques aux VE dans les scénarios d’impact contre des barrières demeure une lacune dans le domaine.

Ce travail propose une première méthodologie pour évaluer la résistance à l’impact des véhicules électriques avec des dispositifs de retenue routiers. Un modèle de VE a été développé à partir du TB32, un modèle validé basé sur la BMW Série 3, adapté pour représenter la majorité des VE actuels. Un modèle homogénéisé du pack batterie a été élaboré à partir de paramètres issus de la littérature et de données expérimentales. Des modifications structurelles : repositionnement du moteur, renforcement du châssis et fixation du pack batterie; ont été intégrées pour aboutir à une architecture réaliste de VE.

Une étude paramétrique a été menée pour évaluer l’influence de différentes caractéristiques de la batterie : position, masse, géométrie, matériau et nombre de fixations, sur les indicateurs de sévérité du choc : l’ASI (Indice de Sévérité d’Accélération) et le THIV (Vitesse Théorique d’Impact de la Tête). Une analyse de sensibilité sur des paramètres externes (angle d’impact, vitesse, charge passagers) a permis de valider la robustesse du modèle de VE dans différentes configurations de collision.

Des simulations d’impact dans des barrières en béton et en acier ont ensuite été réalisées. La barrière rigide en béton a démontré de bonnes performances face au VE, profitant de l’architecture du véhicule avec un avant moins rigide, permettant d’absorber plus d’énergie. En revanche, la barrière déformable en acier N2 n’a pas réussi à contenir le véhicule, suite à une lacune de résistance de la barrière face à l’énergie cinétique plus importante. La barrière H2 BPL 134, quant à elle, a montré un comportement satisfaisant pour contenir et rediriger le VE conformément à la norme EN1317, tout en conservant des valeurs faibles d’ASI et de THIV. De plus, plusieurs recommandations sont proposées afin d’améliorer la sécurité des VE lors d’impact contre une barrière.

Ce travail établit ainsi un premier cadre pour évaluer la sécurité des véhicules électriques face aux dispositifs de retenue routiers, soutenant la transition vers une mobilité électrifiée plus sûre et mieux intégrée aux exigences de sécurité contemporaines.