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在担任Lucid Motors首席工程师之前，Peter Rawlinson是特斯拉Model S这款最具影响力的电动汽车之一的主要工程师。今年夏天在Goodwood Festival of Speed上，我和我的同事Matt有幸与Rawlinson交谈，他向我们讲述了关于安全带包装问题如何影响特斯拉Model S电池组电压的故事，这真是令人惊叹的故事。
如果可以的话，如果我可以选择一家最喜欢的汽车公司，现在我会选择Lucid。作为一名痴迷于优化的工程师（我可以说“作为一名工程师”），我发现Lucid致力于构建每千瓦时行驶里程最大的车辆（即使用更小、更轻、更便宜的电池也能行驶更远），这与我所坚信的一切完美契合。Lucid选择了艰难的道路。该公司没有依赖于造型、马力或营销，而是投入了必要的工作来缩小驱动单元、将多个组件合并为单一组件、优化空气动力学，最终从电池组中的每一个电池中榨取尽可能多的行驶里程。
在我们的采访中，Rawlinson谈到了公司的设计理念，但本文的重点不是这里：本文是关于他在特斯拉的工作经历，以及一个与安全带相关的包装挑战如何驱动了原始特斯拉Model S电池组的设计和电压。这真是令人着迷的故事。
我从采访中开始询问Rawlinson，他和他的团队必须创造的一些设计示例。自从特斯拉Model S首次亮相已有十多年了，我们已经习惯了电动汽车的一些特性：电池组是平的，是车辆车身的一部分；驱动模块包含电机、逆变器和约10:1的齿轮减速；热泵在冬季提高了效率，等等。这些都是我们今天已经非常熟悉的电动汽车工程特性，但在特斯拉Model S开发的15年前，有些特性还不明显。因此，我对特斯拉必须解决的一些工程上的第一次感到好奇。
Rawlinson讨论了集成逆变器的驱动模块设计和其他一些创新，但关于安全带的故事是如何影响原始特斯拉Model S电池组的架构（因此影响了电压）的故事。
“我可以给你举个例子，”Rawlinson回答我的关于工程上的第一次的问题时说，“我们希望Model S有一个平坦的地板，但为了使安全带拉力测试工作——你知道，你可以通过安全带固定点拉大象——如果你把它放在一个平坦的隔膜上，它不会足够坚固。”
“所以我们希望地板完全平坦，没有横梁，所以唯一可以放置横梁的地方是通过电池组，并实际使用电池组下面的横梁，将其贯穿并用螺栓固定，将安全带的负荷通过这个横梁传递。”
Raw林森继续描述了基于造型和安全考虑确定乘客的H点（坐姿驾驶员的髋部位置）的过程。
“我们有一个预先确定的造型，实际上有一个很长的车头和一个非常倾斜的挡风玻璃，这使得Model S的H点相对靠后，因为它是一款非常传统的车型，”他说。“这实际上意味着我们必须将B拉杆向后移动得比我们希望的更远。这导致了一个非常小的车门开口和一个被传统长车头所限制的后排座椅位置。我们也不能把驾驶员向前移动得太远，因为在未系安全带的情况下发生碰撞时，由于头部会抬起撞到挡风玻璃，会造成颈部断裂。”
“然后还有A柱的进出问题——所以考虑到所有这些因素，我们在计算机上对人形模型进行了碰撞轨迹建模，并结合进出人体工程学建模确定了H点。从那里我们可以确定安全带的固定点。这些固定点必须穿过电池组。”
“我记得我画出了这个布局，实际上我得到了打印出来的图纸，我用手画，当我在那一刻意识到，如果我们把摇臂长度分成七个部分，我可以在需要安全带的地方得到一个横梁。这是一个七分之一。我想，这就是了，我们必须在摇臂长度上放置七个电池模块才能让这个安全带拉力测试工作。”
上面指出的横梁是安全带将要安装的地方（见下图中的安全带），但由于它非常平坦，需要加强；这将通过将横梁固定到电池组下面的刚性横梁来实现。
“我们可以围绕这七个部分来设计电池。然后我们看看六边形填充，我们使用18650电池。我正在优化电池之间的热失控，以及它们之间的间距，精确到毫米。然后我正在考虑如何进行超声波焊接。”
你可以在下面看到电池组的七个部分。注意与车身横梁（如上图所示）对齐的两个较厚的横梁。这些横梁是座椅（因此也是安全带）固定的地方。
“所以我开始在七个部分内布局电池块。我们发现每个部分可以容纳900个电池。但由于架构配置的原因，我们需要将其分成两部分。这意味着模块减少到450个电池。”
“我们能够做到这一点，将它们并联分成75个，串联成6个，这样通过在前面增加两个模块，我们就有七个模块加上七个，总共14个，前面两个，每个模块串联六个，这导致了96个串联组，从而决定了Model S运行的电压。”
下面你可以看到装入上面七个部分中的模块，包括将它们连接在一起的超声波焊接：
“电压，”Rawlinson总结道，“源自安全带固定结构的要求。”
总结一下：由于安全带拉力测试，特斯拉必须将安全带横梁放置在特定位置，为了将电池组（具有特定长度）分成大致相等的部分，电池组必须分成七个“部分”。将这些部分分成两半，并在转向器（前两个车轮之间）之后增加两个前面的部分，你最终得到16个模块。
每个模块有六个并联组（串联），总共有96个串联组。由于并联组的电压与单个电池相同（约为3.7伏），电池组有96个串联组*每个组3.7伏=大约360伏。
这就是特斯拉Model S的电压是如何确定的。由安全带决定的。真是令人惊叹！
让我们看看专利。以下是摘要：
提供了一种车辆座椅安装组件，在该组件中，座椅固定点通过机械连接到电池组横梁，而电池组横梁则安装在车辆底部的电池组外壳内。
座椅（因此也是安全带）安装在车身，而电池组（自身包含横梁）通过一些螺栓安装到车身横梁上。你可以在图1中看到电池组上的螺孔。
上图中的503指出了电池组上的所有孔，允许螺栓穿过电池组并固定到车身横梁上，座椅（因此也是安全带）安装在这些横梁上。
这是问题横梁的特写；你可以看到电池组横梁601D和601E与座椅（因此也是安全带）安装的车身横梁对齐。
在下面的图片中，你可以看到座椅导轨1105坐在车身横梁（1101和1102）上，这些横梁位于上面所示的电池横梁601D和601E之上：
（注：本文开头部分提到的只是一个横梁（后部），因为承受安全带负荷的横梁必须放置在特定位置，而前部横梁可以通过改变座椅导轨长度来调整到任何位置）。
这是一个漂亮的横截面图，显示螺栓（1209）从底部穿过电池组，穿过焊螺母固定在横梁上。1213是座椅导轨从上方固定到的地方：
这是另一个视图，但这次显示了座椅导轨（1105）：
在这里，你可以实际看到电池组内的横梁；你会注意到有一个上横梁（1201）和一个下横梁（1203）。
为什么有两个横梁？根据专利：
每个电池组横梁601A-601H使用上横梁和下横梁提供了一种方便的方法，通过在电池组组装期间捕捉模块安装法兰801在区域1407内，来固定电池模块。
真是令人着迷，来自世界上最才华横溢的工程师之一的幕后故事：特斯拉Model S的电池设计很大程度上是由安全带要求决定的。真是令人难以置信。
“`（编辑：卖车180小义）
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