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Model S 自诞生之日起就是为了成为最安全的汽车而设计。其安全性能主要得益于独特的电子传动系统。该系统位于车辆铝制乘员舱底部，并封装于单独壳体内。这一独特的布置，用可以吸收冲击力的硼钢轨取代了笨重的发动机缸体，降低了汽车重心，从而提高操控性能，最大程度的降低翻车风险。
当遭遇侧面碰撞时，经钢轨加固的铝柱可有效减少侵入，从而保护乘员舱和电池组，同时提高车顶强度。发生事故时，六个安全气囊会保护前排和后排乘员，电池系统会自动切断主电源。
Model X 的设计以安全为首要考虑。电池组位于车辆底部，这使 Model X 的重心比同类 SUV 更低， 可减少 50% 的侧翻风险。独特的电池结构有助于 Model X 抵御侧面碰撞时的变形侵入。由于没有燃油发动机，前备箱可在正面碰撞时充当缓冲区，有效吸收撞击能量。
主动安全防护：Model X 通过摄像头、雷达和声纳系统持续监视周围路面情况，为驾驶者提供实时路况反馈，最大限度避免事故的发生。即使在高速行驶时，Model X 亦会于紧急情况下自动制动。
HEPA 空气过滤系统：HEPA 高效过滤网，有效阻隔空气中的花粉、细菌、病毒及污染物颗粒进入车厢内部。 Model X 的空调系统提供3种模式供选择：外循环、内循环，以及生物武器防御模式；后者在车厢内增加气压以保护乘客安全。
所有 Model X 都可以免费使用特斯拉超级充电网络，享受8年不限里程的电池及驱动单元保修。
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