0 引言

当前面对落水、涉水这类紧急状况时，汽车行业内的普遍做法是配备安全锤或者让用户拆卸座椅头枕进行极限工况下的破窗自救，但是从国内外多起公共交通安全事故（如公交车自燃、坠河或地铁火灾等）中，暴露出显著的实战缺陷，如击打效率低下、依赖使用者力量与技巧、环境失效风险高和缺乏系统协同等明显弊端，使得在某些特定的极端工况下，错失“黄金30s”的逃生窗口。

极氪汽车为了追求极致的安全性能，研发并搭载了全球首个“一键破窗”安全破窗器，使得用户即使在深水极端工况下也可以在30s黄金救援时间内实现自救，如图1所示。

图1 极氪7X一键破窗功能示意

1 破窗器开发的核心技术与设计

1.1 技术原理

除却传统式的物理破窗装置，破窗器主要依赖电磁驱动或机械冲击原理实现破窗，见表1。电磁破窗器通过励磁线圈和衔铁组件产生强大电磁力，瞬间推动钨钢头击碎玻璃，响应时间可短至0.1s；机械式破窗器则采用弹簧储能或重力驱动，通过锥形撞针集中压力破坏钢化玻璃应力结构，触发压力通常低于78.4N・m。

极氪7X在设计过程中系统权衡了工程产业化条件与市场成熟度，并重点针对极端工况下的乘员安全防护需求，选定基于机械冲击原理的火药式破窗器。

火药式破窗器执行动作时，用户施加于操作拉手的拉力经线缆传递，当拉力值超过50N预设阈值时，拉杆机构克服钢珠限位实现机械解脱，获得释放的冲针在预压弹簧驱动下高速撞击产气药剂，引发其迅速燃烧并释放高压气体，气体压力驱动撞针以较高动能击穿玻璃，从而在紧急情况下实现毫秒级可靠破窗，技术原因如图2所示。

图2 破窗器技术原理

1.2 关键设计要素

在极端工况下，驾乘人员容易因慌乱而不知所措，因此破窗器的设计需满足快速触发、稳定固定与用户友好等要求，并支持单手操作，如图3所示。同时，考虑到整车行驶环境中的振动冲击，该装置还应具备良好的抗振可靠性与环境适应性，确保在多种工况下都能可靠工作。

图3 拉环和破窗器

车内乘员在极端工况下的快速触发为设计的核心场景需求。基于该场景诉求，研发需要转发成可设计的语言和数据用于后续的实车验证和体验验收，见表2。

1.3 材料选择与耐久性

一般6mm厚度的车用钢化玻璃，在特定击打区域使用安全锤时，仅需约20N的力即可破坏其预应力结构。为确保破窗的可靠性与安全性，极氪7X选用洛氏硬度超过40HRC的钨钢撞针，该材料具备优异的高低温稳定性，能够有效应对极端环境，显著提升破窗成功率和操作可靠性。

1.4 安全性与可靠性

在设计时，我们一方面需要考虑到拉环的隐蔽性和可操作性，同时考虑到破窗器的有效成功率，所以我们需要确定拉环的布置位置和撞针与玻璃的间隙。

1.4.1 拉环的隐蔽性和可操作性

由于火药式破窗器属于一次性装置，且需严格防止驾乘人员误触发造成不必要的惊慌，我们在设计时特别注重拉环的隐蔽性与可触达性的平衡，最终将拉环布置在门板扶手下方，并加设塑料盖板进行遮蔽，在确保紧急情况下易于操作的同时，也有效避免了日常使用中的意外触发，如图4所示。

图4 拉环的布置位置和防护盖板

1.4.2 撞针和玻璃间隙的DTS设定

破窗装置的作动原理依赖于火药爆燃产生的高压气体驱动撞针，使其以极高动能冲击钢化玻璃的应力层，从而引发其结构性崩裂。在此过程中，撞针与玻璃表面的初始间隙（Stand-off Distance）是决定冲击波传递效率与能量耦合效果的核心设计参数。该关键值过大或者过小可能都会引发设计的可靠性问题，如图5所示。

图5 撞针和玻璃间隙

为确保设计可靠性，我们基于显式动力学仿真（Explicit Dynamics Simulation）进行了多工况迭代计算，综合评估了不同间隙下冲击波的传播形态、玻璃的应力分布及裂纹扩展模式。同时，结合生产基地玻璃装配工艺的实际尺寸偏差（包括平面度、安装角公差及车身DTS数据），对理论值进行了容差分析与验证。

经综合验证，极氪7X最终将破窗器撞针与玻璃的静态间隙确定为5.94mm。

尺寸链计算中12西格玛输出标准计算累计公差为4.19mm。

玻璃装配极限调整量为+1.75mm（前导轨0+后导轨3.5mm，中部值1.75mm）。

故累计：4.19+1.75=5.94mm。该值确保了在各类极限工况下，均能实现可靠的破窗效能与全生命周期内的安全冗余。DTS尺寸链计算数据如图6所示。

图6 DTS尺寸链计算数据

1.4.3 破窗器的技术特点

（1）技术原理创新：采用纯机械触发机制（拉线→冲针→产气剂→气体推动撞针击碎玻璃），完全独立于车辆电力系统。即使车辆完全断电、浸水或短路，仍可百分之百地可靠触发，解决了传统电子破窗器“关键时刻失灵”的致命缺陷。

（2）人机工程优化：操作力要求≤50N（约等于拉开冰箱门的力度），老人或儿童、女性均可独立操作，真正实现“人人可逃生”，而非仅限于体格强壮者。

2 安全验证：可靠性的极致验证

理论设计必须通过覆盖全部风险工况的严苛测试进行验证，其验证体系需遵循”V模型”开发流程和ISO 26262功能安全理念，如图7所示。经过系统性的设计、仿真、验证和严格的制造过程控制后得出的最优解。它完美平衡了“百分之百引爆成功率”与“百分之百杜绝误触发”的双重安全目标，确保了该安全关重件在整个产品生命周期内的功能与可靠性。

图7 V模型开发流程

2.1 台架试验和实物验证

2.1.1 DV验证：条目和计划（设计验证—Design Validation）

为了确保系统和整车在全工况环境下的可靠性，工程开发团队针对系统和整车维度进行了详细的DV验证，见表3。

为了追赶整车整体计划和上市节奏，以及大批量生产准备，工程团队针排布了详细的验证计划，如图8所示。

图8 DV试验计划

2.1.2 DV验证：实物验证（设计验证）

除去必要的DV试验外，我们同步进行了一系列的子系统实物试验，在汽车车门钣金上，装配好玻璃、撞针和必要的附件，进行系统验证，共计500+次的试验，结果显示100%一键破窗成功。

2.2 实车真实场景验证

为了展示这一功能的实用性，极氪特意邀请蓝天救援队的专业人员于2024年9月份在户外真实环境的2.3m深水中沉浸式演示如何使用“一键破窗”功能。

在整个过程中，蓝天救援队的专业人员模拟汽车失控场景，驾驶着极氪7X汽车冲入深水，经历汽车落水、整车断电车窗无法打开、整个人被困车内无法击破玻璃等真实场景，最后通过毫秒级响应的一键破窗，成功从落水车辆内脱困，如图9所示。出水后，救援队员的第一句话就是：“这玩意真好用！”

图9 户外真实场景模拟脱困

3 增值价值：安全价值的重构

当安全领域的竞争进入深水区，主机厂开始为千万分之一概率的极端场景进行系统化设计时，这已不再是简单的技术内卷，而是一场安全工程范式的根本性重构。它标志着行业从“合规安全”迈向“场景化安全”的战略升维，体现了安全理念从“概率控制”到“底线生存保障”的深刻转变。

3.1 专业领域价值：重构新能源汽车安全工程标准

3.1.1 突破传统“被动安全”思维，构建“主动逃生”新范式

传统汽车安全设计聚焦于碰撞防护（如高强度车身、气囊和电池包防撞结构），而一键破窗功能的落地，将安全维度延伸至极端场景下的主动逃生能力，填补了新能源汽车在“落水、起火或断电”等高致死率场景中的技术空白。

传统安全工程依赖于概率风险模型，聚焦于高发、可统计的常规场景（如正面碰撞、侧碰）。但当智能电动汽车的系统复杂性与使用场景无限扩展，极小概率、极高危害的“长尾风险”（如深水断电、高速托底或地库爆燃）已成为系统性工程的必须项。

设计哲学的转变从满足国标五星的“均值安全”，转向守护生命的“极值安全”。工程师必须回答：“在最坏情况下，如何保证用户安全逃生？”

（1）技术架构升级：需建立独立于主系统的安全冗余（如机械破窗、纯物理开门机构），确保在整车断电、短路、电控失效的“雪崩式故障”中，逃生通道依然可用。

（2）验证体系变革：新增大量极端工况验证（如电池包浸水后瞬时破窗的冲击振动、气囊未爆时逃生通道的可用性），倒逼测试标准覆盖“不可能的可能”。

3.1.2 推动“安全冗余设计”从概念走向工程实践

极氪首创的“一键破窗”作为关键安全冗余系统纳入整车架构，结合整车全域安全理念，推动安全冗余从概念设计到工程实践的落地。

3.2 行业领域价值：推动行业标准升级，开发专利引领技术惠普

2024年9月20日，极氪已宣布将一键破窗相关专利免费开放给全行业，旨在打破技术垄断，避免“救命技术”被少数企业私有化，加速行业普及，同时响应国家监管导向共同构建“防得住、逃得出和救得快”的完整安全生态。

“极致安全”的本质是提升系统的韧性——即系统在遭受极端冲击后维持核心功能、并快速恢复的能力。一台具备“韧性安全”的车，不仅是“坚固的堡垒”，更是“能智能逃生的生命体”。

（1）功能韧性：保证危机中核心逃生功能不降级（破窗、开门、报警）。

（2）组织韧性：极氪搭建的“24h响应－免费更换－深度清洁”服务闭环，体现了企业将安全责任从“交付硬件”延伸至“保障生存与恢复”。

（3）用户韧性：通过直观的机械操作（一拉一按）和全面保障，赋予用户“在任何情况下都能有效自救”的能力与信心。

3.3 社会价值：重塑公众对新能源汽车安全的信任基石

3.3.1 回应社会焦虑，重建用户信心

近年来，多起新能源汽车涉水自燃、车门卡死致伤亡事件引发公众对“电车是否更危险”的普遍担忧。而火药式一键破窗技术的落地，可以直面当下新能源车的功能安全问题。用“看得见、用得上、有保障”的解决方案，回应“万一出事，我还能活吗？”这一终极焦虑。

3.3.2 推动“安全认知”从抽象概念转向可感知体验

当下新能源汽车技术赛道的竞速，消费者不再满足于“5星碰撞”“800V快充”等参数，更多于关注“万一出问题了有没有解决办法““我可能用不上，但是一旦需要了，能不能救命”等极端工况下的安全需求。极氪7X用可操作、可信赖、可追溯的服务，让“安全”从PPT上的“高大上”术语，变成了家庭成员在深夜能安心入睡的底气。

3.3.3 树立“企业责任”的新标杆，推动行业良性竞争

极氪7X的一键破窗技术将企业责任从“产品交付”延伸至“保障生命”，定义了新时代车企的安全典范，同时专利的免费开放，从安全的角度倒逼行业跟进，从而为用户提供更加稳妥、全方位的安全护航。

技术发布以来，引来了国际市场和国外车企的关注，为“中国智造”注入了人文关怀与技术担当的双重内涵。对于在全球市场提升中国品牌整体形象有着不可忽视的影响力。在全球市场，中国新能源汽车正从“性价比”向“高安全、高责任”转型。

4 结语

火药式一键破窗技术在极氪7X上的落地，远不止是一项“黑科技”，而是一次对“汽车为何存在”的本质追问——它不仅仅是冰冷的代步工具，而是承载生命的移动空间。它所创造的，是超越产品本身的社会价值,让每一个普通家庭都能在不确定的世界里，拥有一份确定的安全感。

所谓“安全内卷”，实则是安全理念的一次必然进化。它驱使我们不再仅满足于通过碰撞测试，而是要回答一个更根本的问题：当真正的危机来临时，我们的产品能否成为用户最值得信赖的生命屏障？这种追求，将推动整个行业从堆料式的“参数安全”，走向有温度、可感知、全链条的“人的安全”。而这，正是所有技术发展的终极使命。

参考文献

[1] 朱凌,杨建汀.一种车门紧急手动破窗器及汽车:中国,CN118894057A[P].2024.11.05.

[2] 张金焕,杜汇良,马春生,等.汽车碰撞安全性设计[M].北京:清华大学出版社,2010.

[3] 佚名.一种大型客车的自动破窗装置的设计研究[D].成都:电子科技大学,2024.

[4] 王明,李华.破窗效应在交通安全管理中的应用研究[J].中国安全科学学报,2023,33(5):112–118.

[5] 中国汽车工业协会.新能源汽车安全技术发展报告（2025）[R].北京:中国汽车工业协会,2025.

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