Cum funcționează zonele crumple

Zonele sfărâmate sunt proiectate pentru a absorbi și redistribui forța unei coliziuni. Vezi mai multe poze cu siguranța mașinii. Yellow Dog Productions / Getty Images

Siguranța auto a parcurs un drum lung în ultimele decenii, iar una dintre cele mai eficiente inovații este zona sfărâmată. Cunoscut și sub denumirea de zona de strivire, zonele defrișate sunt zone ale unui vehicul care sunt proiectate să se deformeze și să se sfărâme în coliziune. Aceasta absoarbe o parte din energia impactului, împiedicând transmiterea acestuia către ocupanți.

Desigur, menținerea în siguranță a oamenilor în accidente auto nu este la fel de simplă ca a face ca întregul vehicul să se năruie. Inginerii trebuie să ia în considerare mulți factori în proiectarea de mașini mai sigure, inclusiv dimensiunea și greutatea vehiculului, rigiditatea cadrului și tensiunile cu care este posibil ca mașina să fie supusă unui accident. De exemplu, mașinile de curse au impacturi mult mai severe decât mașinile stradale, iar SUV-urile se prăbușesc adesea cu mai multă forță decât mașinile mici.

Vom afla cum zonele sfărâmate redistribuie forțele implicate într-un accident, din ce zone se îngreunează și vom afla despre alte câteva sisteme avansate de siguranță care sunt testate chiar acum. Vom afla, de asemenea, cum au fost încorporate zone defrișate în mașinile de curse și de ce s-ar fi putut preveni o serie de victime ale curselor dacă sportul ar fi adoptat aceste caracteristici de siguranță mai devreme. Aruncăm chiar o privire asupra zonelor sfărâmate, concepute pentru a absorbi impactul masiv al unei coliziuni cu trenul.

Pentru a afla forțele implicate într-o coliziune și pentru a afla cum o zonă de cremă bine proiectată poate minimiza vătămarea ocupanților, citiți pagina următoare.

Ce este într-o zonă crumple?

Particularitățile proiectării zonelor crumple sunt de obicei informații de proprietate pe care producătorii auto sunt reticenți să le divulgă. Acestea pot varia foarte mult, în funcție de dimensiunea și greutatea vehiculului. Proiectanții trebuie să ajungă la un echilibru între o rezistență prea mare la impact și o rezistență prea mică la impact. Desenele simple pot include segmente de cadru construite pentru a se îndoi în anumite zone sau pentru a se prăbuși asupra lor. Modelele mai avansate pot utiliza o varietate de metale și alte materiale concepute cu atenție pentru a absorbi cât mai multă energie cinetică. Mașinile de înaltă performanță folosesc adesea un design de fagure, care oferă rigiditate în condiții normale, dar se pot prăbuși și se prăbușesc în caz de accident.

cuprins

1. Forța impactului
2. Compromise de proiectare
3. Prevenirea fatalităților în cursa auto

Aceste mașini au fost supuse testului de coliziune la o unitate de cercetare a siguranței auto din Wolfsburg, Germania. Observați cum se pare că zonele crumple au absorbit cea mai mare parte a impactului. Peter Ginter / Getty Images

Ori de câte ori o mașină este implicată într-un accident, forțele cinetice intense sunt la locul de muncă. O cantitate dată de forță este prezentă în timpul oricărei accidente. Numerele reale variază în funcție de viteza și masa mașinii și de viteza și masa oricăror lovite. Fizicienii măsoară această forță ca fiind accelerare -- chiar și atunci când treceți de la o viteză mare la o viteză mai mică, orice schimbare a vitezei în timp este denumită științific ca accelerație. Pentru a evita confuzia, ne vom referi la accelerarea accidentelor ca. accelerație negativă.

Zonele defrișate îndeplinesc două obiective de siguranță. Reduc forța inițială a accidentului și redistribuie forța înainte de a ajunge la ocupanții vehiculului.

Cel mai bun mod de a reduce forța inițială într-un accident cu o cantitate dată de masă și viteză este de a încetini decelerația. Ați văzut acest efect pentru dvs. dacă ați fi nevoit să vă trântiți frânele din orice motiv. Forțele pe care le resimți într-o oprire de urgență sunt mult mai mari decât atunci când încetinești treptat pentru un far. Într-o coliziune, încetinirea decelerației cu chiar câteva zecimi de secundă poate crea o reducere drastică a forței implicate. Forța este o ecuație simplă:

Forță = masă * accelerație

Tăierea decelerației în jumătate reduce și forța la jumătate. Prin urmare, schimbarea timpului de decelerație de la .2 secunde la .8 secunde va duce la o reducere a forței totale de 75%.

Zonele crumple realizează acest lucru prin crearea unei zone tampon în jurul perimetrului mașinii. Anumite părți ale unei mașini sunt în mod rigid rigide și rezistente la deformare, cum ar fi habitaclul și motorul. Dacă acele părți rigide lovesc ceva, ele se vor decelera foarte repede, rezultând multă forță. Înconjurarea acelor părți cu zone crumple permite materialelor mai puțin rigide să aibă impactul inițial. Mașina începe să se decelereze de îndată ce zona înghițită începe să se prăbușească, prelungind decelerația peste câteva zecimi suplimentare de secundă.

Zonele sfărâmate ajută, de asemenea, la redistribuirea forței de impact. Toată forța trebuie să meargă undeva - scopul este să-l trimită departe de către ocupanți. Gândiți-vă la forța implicată într-un accident ca la bugetul forței. Tot ceea ce se întâmplă cu mașina în timpul impactului și fiecare persoană din interiorul mașinii la momentul impactului cheltuie o parte din forță. Dacă mașina lovește un obiect non-staționar, precum o mașină parcată, atunci o anumită forță este transferată la acel obiect. Dacă mașina lovește ceva cu o lovitură aruncată și se învârte sau se învârte, o mare parte a forței este cheltuită pentru învârtire și rulare. Dacă părți ale mașinii zboară, se cheltuie și mai multă forță. Cel mai important, deteriorarea mașinii în sine cheltuiește forța. Îndoirea părților cadrului, spargerea panourilor corpului, spargerea sticlei - toate aceste acțiuni necesită energie. Gândiți-vă la câtă forță este necesară pentru a îndoi cadrul de oțel al unei mașini. Acea cantitate de forță este cheltuită pentru îndoirea cadrului, deci nu este transmisă niciodată ocupanților.

Zonele crumple se bazează pe acest concept. Piesele automobilului sunt construite cu structuri speciale în interiorul lor, care sunt proiectate pentru a fi deteriorate, sfărâmate, zdrobite și rupte. Vom explica structurile în sine în scurt timp, dar ideea fundamentală este că este nevoie de forțe pentru a le deteriora. Zonele sfărâmate cheltuiesc cât mai multă forță, astfel încât alte părți ale mașinii, precum și ocupanții să nu sufere de efecte.

Atunci de ce să nu facem din întreaga mașină o zonă gigantică înfundată? Și dacă aveți nevoie de spațiu pentru o zonă crumple pentru a absorbi impactul, cum construiți o mașină compactă cu zone crumple? Vom explica în secțiunea următoare.

-

Inventatorul zonei Crumple

Béla Barényi a fost un inginer și inventator care și-a petrecut cea mai mare parte a carierei sale lucrând pentru Daimler-Benz. Numele său apare pe mai mult de 2.500 de brevete. Unul dintre aceste brevete, eliberat în 1952, explică modul în care o mașină ar putea fi proiectată cu zone din față și din spate construite pentru a deforma și absorbi energia cinetică într-un impact. El a pus conceptul să îl folosească în 1959 pe Mercedes-Benz W111 Fintail, prima mașină care a folosit zone defrișate [sursa: Oficiul german de brevete și mărci].

În mod evident, acest BMW a suferit un impact sever și pare intens deteriorat. Cu toate acestea, niciuna dintre pagube nu a fost adusă compartimentului pentru pasageri - zona din față se frământă. Tim Graham / Getty Images

Absorbția și redirecționarea impactului este mare, dar nu este singura problemă de siguranță pe care designerii auto trebuie să o îngrijoreze. Compartimentul pentru pasageri al autoturismului trebuie să reziste să fie pătruns de obiecte exterioare sau alte părți ale mașinii și trebuie să țină împreună, astfel încât ocupanții să nu fie aruncați. Nu puteți face dintr-o mașină întreagă o zonă care se frământă, deoarece nu doriți ca oamenii din interiorul ei să se sfărâme, de asemenea. Acesta este motivul pentru care mașinile sunt proiectate cu un cadru rigid, puternic, care înconjoară ocupanții, cu zone cruste în față și în spate. Reducerea forței și redistribuirea se realizează în interiorul habitaclului prin intermediul

utilizarea airbag-urilor.

Există unele părți ale mașinilor care pur și simplu nu se pot zdrobi. Motorul este principalul infractor - în majoritatea vehiculelor, motorul este un bloc de oțel mare și greu. Nu se strică acolo. Același lucru este valabil și pentru vehiculele cu blocuri de motor din aluminiu. Uneori, mașinile trebuie să fie reproiectate pentru a muta motorul mai înapoi în cadru pentru a găzdui o zonă mai mare. Totuși, acest lucru poate cauza și probleme - dacă motorul este împins înapoi în habitaclu ca urmare a impactului, poate provoca răni.

-Rezervoarele de combustibil și pachetele de baterii, în vehicule electrice sau hibride, trebuie, de asemenea, protejate împotriva impactului pentru a preveni incendiile sau expunerea la substanțe chimice toxice. Acestea pot fi proiectate astfel încât o secțiune de cadru să protejeze rezervorul, dar acea parte a cadrului se poate îndoi de impact. De exemplu, dacă o mașină este întoarsă din spate, cadrul se înclină, ridicând rezervorul de gaz în afara drumului și absorbind un anumit impact. Mașinile mai noi au sisteme care întrerup alimentarea cu combustibil a motorului în timpul unui accident, iar Tesla Roadster, o mașină electrică de înaltă performanță, are un sistem de siguranță care închide bateriile și scurge toată energia electrică din cablurile care circulă pe întreaga mașină atunci când simte o urgență [sursa: Tesla Motors].

Desigur, este ușor să construiți zone defrișate într-un vehicul mare, cu o mulțime de spațiu care să se frământe înainte de impactul habitaclului. Proiectarea zonelor crumple în vehicule mici are o anumită creativitate. Un bun exemplu este smart fortwo, extrem de mic

și vehicul eficient. Șoferul și pasagerul sunt incluși în celula de siguranță tridion, un cadru din oțel cu o rigiditate excelentă pentru dimensiunea sa. Geometria este proiectată să distribuie impacturile pe întregul cadru. În partea din față și în spate a fortwo inteligent sunt ceea ce apelează inteligent cutii de prăbușire. Acestea sunt cadre mici de oțel care se prăbușesc și se deformează pentru a absorbi impactul. Deoarece casetele de avarie sunt atât de mici, alte funcții de absorbție a impactului au fost folosite pentru a le suplimenta. De exemplu, transmisia poate acționa ca un amortizor în cazul unei coliziuni frontale. Ampatamentul scurt al fortwo înseamnă aproape orice impact va implica anvelopele, roțile și suspensia. Aceste componente au fost concepute pentru a deforma, rupe sau respinge, contribuind la absorbția și mai multă energie cinetică în timpul impactului [sursa: smart USA].

În continuare, vom vedea cum zonele defrișate ajută la menținerea în viață a șoferului preferat de mașini de curse.

-

Zonele crumple pe trenuri

Am vorbit despre forța cinetică incredibilă la locul de muncă atunci când se prăbușește o mașină, dar imaginați-vă forța implicată atunci când două trenuri se ciocnesc. Din cauza greutății imense a unui tren, o coliziune poate crea forțe de zeci sau chiar de sute de ori mai mari decât cele dintr-un accident de mașină. Cu toate acestea, zonele crumple pot fi utilizate chiar și în aceste condiții extreme. Folosind simulări computer 3D, inginerii pot construi o zonă care se deformează constant și uniform în timpul impactului, absorbind forța maximă posibilă. Zonele defrișate sunt așezate apoi pe ambele capete ale fiecărei mașini într-un tren de pasageri. În caz de coliziune, reacția în lanț a mașinilor care se trântesc între ele distribuie forța prin toate zonele defrișate din tren. Acest lucru ar putea absorbi suficient forțele de impact pentru a preveni rănirea pasagerilor [sursa: Proiectarea mașinii].

Unele accidente, cum ar fi acesta care implică șoferul de Formula 1 Robert Kubica, arată spectaculos și îngrozitor. De fapt, distrugerea mașinii a salvat viața lui Kubica. DAVID BOILY / AFP / Getty Images

Chiar dacă nu sunteți un fan al curselor auto, probabil că ați văzut imagini cu prăbușiri spectaculoase în care mașinile se prăbușesc pe pistă, aruncând piese în toate direcțiile, în timp ce mașina este literalmente distrusă. Cu toate acestea, în mod miraculos, șoferul urcă din epava răsucită și se îndepărtează neîngrijit. În timp ce aceste prăbușiri arată oribil, toată distrugerea spectaculoasă este cheltuirea de energie cinetică. Probabil că nu este o plimbare distractivă pentru șofer, dar mașina face exact ceea ce a fost proiectată să facă în această situație - protejați persoana din scaunul șoferului.

Au existat, de asemenea, rare ocazii când o mașină de curse a lovit un obiect solid cu viteză mare, cum ar fi prăbușirea șoferului NASCAR Michael Waltrip la Bristol în 1990. A lovit capătul contondent al unui zid de beton la viteze de curse, iar mașina s-a oprit foarte brusc. . Impactul a generat forțe enorme, însă Waltrip a fost nefericit. Motivul este evident în privirea rămășițelor mașinii sale în acea zi. A fost distrusă complet și complet. Toată forța respectivă a fost cheltuită pentru distrugerea mașinii. În mod clar, incidentul a depășit cu mult abilitățile oricărei zone defrișate și, de fapt, a fost pur și simplu o problemă de noroc că nimic nu a intrat în compartimentul șoferului pentru a răni Waltrip. Redistribuirea forței i-a salvat viața.

Ulterior accidentului care l-a ucis pe Dale Earnhardt, Sr. Mașina sa, negrul # 3, nu pare a fi puternic avariată. Robert Laberge / Allsport / Getty Images

Cu toate acestea, există un contrapunct nefericit al conceptului. Din anii 1980 până la începutul anilor 2000, au existat numeroase victime din curse din cauza șasiului excesiv de rigid. Probabil, cel mai cunoscut incident este moartea lui Dale Earnhardt Sr., în 2001 Daytona 500. Accidentul nu a părut inițial grav, iar mașina nu părea să sufere daune extinse; cu toate acestea, aceasta a fost exact problema. O mare parte din forța impactului a fost transferată direct șoferului, provocând răni imediate și grave. Lezarea fatală a fost o fractură craniană bazilară, o vătămare a zonei în care se conectează craniul și măduva spinării. Această vătămare este cauza morții în multe accidente de curse auto și apare atunci când capul se fixează în fața impactului, în timp ce corpul rămâne restricționat de centurile de siguranță. În timp ce dispozitivele de reținere a capului și a gâtului au redus incidența fracturilor craniului bazilar, reducerea forțelor de impact asupra șoferului a jucat un rol major..

Mai mulți alți șoferi cunoscuți au fost uciși în această perioadă, precum și șoferi mai puțin cunoscuți din clasele de modele modificate și târziu ale curselor de cursă pe traseele din Statele Unite. Motivul care a stat la baza creșterii accidentelor fatale a fost pur și simplu urmărirea unei performanțe mai mari. Designerii și echipajele auto au căutat o mai bună manipulare prin crearea unui șasiu mai rigid. Aceasta includea adăugarea de componente la cadru, folosirea șinelor drepte de rame și trecerea la tuburi de oțel cu pereți mai groși. Sigur, au făcut șasiuul mai rigid, dar când aceste mașini inflexibile au lovit un perete, nu s-a dat nicio formă. Niciuna dintre forțe nu a fost absorbită de mașină - șoferul a luat cea mai mare parte a impactului.

Chiar înainte de moartea lui Earnhardt în 2001, traseele de curse au încercat să găsească soluții la această problemă. Urmele din nord-estul Statelor Unite au experimentat cu blocuri uriașe de styrofoam industrial care căptușesc pereții, un concept similar cu tehnologia de perete moale, utilizată pe mai multe căi superioare. Mai important, mașinile au fost schimbate. Tubul din oțel cu ecartament mai subțire este folosit acum pe anumite porțiuni ale șasiului, iar șinele de cadru li se oferă o curbă sau o crestătură, astfel încât acestea se deformează oarecum în mod previzibil la impact.

Mașina de mâine a NASCAR, folosită în cursele Sprint Cup, are spumă și alte materiale absorbante de impact introduse în zonele critice ale cadrului. Deși cursa auto va fi întotdeauna un sport periculos, utilizarea unei construcții de șasiu mai puțin rigide, a tehnologiei cu pereți moi și a sistemelor de reținere a capului și a gâtului au redus mult forțele de impact asupra accidentelor..

Pentru mai multe informații despre dispozitivele de siguranță auto, curse și alte subiecte conexe, urmați linkurile de pe pagina următoare.

-

Călătoria de siguranță în jos

Volvo a dezvoltat o altă tehnologie de absorbție a impactului pentru mașinile mici. Scaunul șoferului este montat pe ceea ce este practic o sanie pe o șină, cu amortizoare în față. Într-un impact, întreaga „sanie” (scaun și șofer inclus) alunecă înainte până la 8 inci, iar amortizoarele își fac literalmente treaba, absorbând șocul impactului. În același timp, volanul și o secțiune a tabloului de bord alunecă înainte pentru a face loc șoferului. Combinat cu o zonă frontală înfundată și eventual cu un airbag, acest sistem ar putea reduce foarte mult forțele care acționează asupra șoferului într-o coliziune frontală [sursa: Ford Motor Company].

Articole similare

• Cum funcționează testarea accidentelor
• De ce este încă necesară prăbușirea vehiculelor de încercare?
• Faceți vreodată teste de avarie folosind ocupanți umani vii (sau morți)?
• Cum funcționează forța, puterea, cuplul și energia
• Cum funcționează airbag-urile
• Cum funcționează frânele anti-blocare
• Cum funcționează centurile de siguranță
• Cum funcționează mașina inteligentă
• Cum funcționează mașinile de curse NASCAR
• Cum funcționează siguranța NASCAR

Mai multe legături grozave

• Revista Track Track
• MaterialWorlds
• NASCAR

surse

• Akins, Ellen. "Siguranța în mașini mici: conceptul Volvo de siguranță a coborârii." Compania Ford Motor. 12 ianuarie 2005. (1 august 2008) http://media.ford.com/newsroom/feature_display.cfm?release=19713
• Bolles, Bob. "Siguranța mașinilor de stoc - un curs de actualizare." Circle Track. (1 august 2008) http://www.circletrack.com/safety/ctrp_0805_stock_car_safety/index.html
• Proiectarea mașinilor. "Zona se va crăpa? FEA spune." 6 noiembrie 2003. (31 iulie 2008) http://machinedesign.com/ContentItem/62566/WillthecrashzonecrumpleFEAtells.aspx
• Lumile materiale. "Efectele zonelor sfărâmate: prăbușiri în perete." (1 august 2008) http://www.materialworlds.com/sims/Crash/
• SUA inteligentă. "O coajă dură cu un interior moale." (1 august 2008) http://www.smartusa.com/smart-fortwo-safety-design.aspx
• Tesla Motors "Siguranță." (31 iulie 2008) http://www.teslamotors.com/design/safety.php
• Oficiul german de brevete și mărci. „Béla Barényi”. (31 iulie 2008) http://www.dpma.de/ponline/erfindergalerie/e_bio_barenyi.html