Как работают зоны деформации в автомобиле?

Основы современной безопасности автомобилей

Глядя на фотографии автомобилей из прошлого, сделанными из толстостенных и могучих стальных листов, кажется, что современные автопроизводители сделали все от них зависящее, чтобы сделать машины менее безопасными. Толщину стенок металла уменьшили, вес постоянно снижают, это же все несомненно сказывается на прочности, и не в лучшую сторону, скажет обыватель. А посмотрите на фотографии автомобилей 50-х годов в Северной Америке. Огромные автомобили с гигантскими капотами. Разве такой автомобиль возможно было разбить? Риторический вопрос, как нам казалось. Но давайте разберемся по порядку.

Ранний автомобильный дизайн подразумевал жесткие конструкции, которые по замыслам инженеров того времени должны были препятствовать деформации и снижать вероятность травм. Отчасти они были правы. Еще раз взгляните на фотографии аварий тех лет, машины даже в серьезных столкновениях получали минимальные повреждения, минимум деформаций. Хорошо ли это?

Может для жестянщика и хорошо, но вот для пассажиров нет. В большинстве случаев при серьезном столкновении, это приводило к серьезным или даже фатальным последствиям. Слишком велики перегрузки.

Так было до 1953 года, когда на горизонте замоячили первые зоны деформации для автомобилей. Как и за многие другие технологии в автомобильной инженерной мысли, компания, ответственная за создания технологичесих прорывов носила название Mercedes-Benz. Один из инженеров, Бела Барений, занимался в течение продолжительного времени решением этой проблемы и в 1953 году, его идея была реализована в моделе «Ponton» (трехобъемном) Мерседесе (модели серии W120). Первая попытка была удачная, но прошло немало времени, исследований и доработок, прежде чем гуманная технология пошла в серию.

Лишь в 1967 году Mercedes-Benz Heckflosse (также известный как Fintail) стал первым серийным автомобилем в мире с «зонами деформации», функцией безопасности включающей каркас безопасности совмещенный с зонами деформации.

Теория

Нравится вам это или нет, но именно физика может объяснить, почему сминаемые зоны необходимы в автомобиле.

Первый закон Исаака Ньютона гласит, «Объект в движении останется в движении с той же скоростью и в том же направлении, до тех пор, пока на него не подействуют несбалансированные силы».

Например, если транспортное средство едет со скоростью 80 км/ч, то и объекты внутри будут обладать той же скоростью, и, если это транспортное средство резко останавливается (происходит столкновение, мгновенное замедление), тела будут «чувствовать» необходимость продолжать двигаться в том же направлении на скорости 80 км а час, до тех пор, пока что-то не остановит их. Более того, даже если препятствие остановит сами тела, их внутренние органы будут продолжать двигаться с не меньшей скоростью, тем самым вызывая серьезные повреждения.

И еще один важный закон из дебрей физики.

Ньютон также говорил, что сила равна массе, умноженной на ускорение.

Переводя в нашу ситуацию можно сказать, что в результате столкновения, это означает, что сила, действующая на автомобиль и его пассажиров, уменьшается, если время, необходимое для остановки транспортного средства увеличивается.

Так что зоны деформации делают?

Они работают в точном соответствии с двумя законами. Размещенные в передней и задней частях автомобиля, они поглощают энергию при столкновении, возникающей во время удара. Это достигается за счет деформации, то, о чем не слышали в первые 50 лет автомобилестроения. Деформироваться должен не весь кузов автомобиля. В то время как определенные части автомобиля разработаны для того, чтобы деформироваться, пассажирский салон, напротив, усилен с использованием высокопрочной стали и крепких лонжеронов, чтобы предотвратить его разрушение и изменение объема.

Также, зоны деформации замедляют столкновение. Вместо того, чтобы два твердых тела мгновенно сталкивались, зоны деформации увеличивают время до остановки транспортного средства.

Как видите, в общих чертах все очень просто. Деформирующаяся «гармошка» поглощает энергию удара, жесткая сердцевина- скорлупа защищает людей внутри автомобиля. Все прекрасно работает на больших или среднеразмерных автомобилях, с достаточно крупными капотами и большой массой. Но что делать, если автомобиль небольшой? У них тоже есть деформируемые зоны?

Что делать с небольшими автомобилями?

Это очень хороший вопрос, на самом деле. Действительно, маленькие авто не имеют места для зоны деформации. Возьмите Smart для примера. Где же можно разместить зоны деформации на машине, такой как эта? Инженеры нашли для этих автомобилей свое решение.

Все поколения Smart строятся вокруг клетки безопасности Tridion, стального корпуса, который сочетает продольные и поперечные элементы, распространяющие силу удара по большой площади автомобиля. Также, еще одним важным компонентом безопасности Smart является и своеобразная зона деформации.

«Smart Fortwo укомплектован стальными бамперами спереди и сзади, которые прикручены к продольным лонжеронам клетки безопасности с помощью труб скольжения. Они могут быть недорого заменены после незначительных столкновений. При ударах во время парковки или столкновениях на скорости менее 5 км в час урон от аварии не будет заметен вовсе. До 16 км в час, трубы скольжения двигаются для сохранения клетки Tridion от воздействия удара.

При скорости более 16 км в час, клетка безопасности Tridion распределяет силу удара по всей своей поверхности, чтобы рассеять энергию и защитить своих пассажиров (при условии, перпендикулярного удара с захватом всей ширины передней части автомобиля). В задней части Smart’а, коробчатый элемент с запрограммированный деформирующейся областью также сделан из стали, которая сминается так же, как и передние трубы скольжения. При ударе, превышающем определенный порог силы, подача топлива в двигатель прекращается, а центральный замок автоматически разблокируется».

Pininfarina Nido Concept

В 2004 году на концепции Pininfarina была показана альтернатива классической зоне деформации. Nido Concept состоит из 3 основных элементов: клетки, салазок и поглотителя. В случае лобового столкновения, автомобиль поглощает часть энергии при помощи деформируемой передней части шасси, построенного с использованием двух металлических распорок с внутренним пенопластовым поглотителем.

Эти компоненты имеют форму усеченных конусов, чтобы рассеивать энергию по сотовой металлической перегородке, которая, в свою очередь переносит энергию вдоль центрального тоннеля и боковых элементов.

Остальная энергия, благодаря массе манекенов и салазок, сдвигает салазки вперед, и сжимает два сотовых поглотителя между жесткой клеткой и приборной панелью салазок, в результате чего постепенно и контролируемо производится торможение манекенов.

Вставка элементов сотового поглотителя между жесткой клеткой и салазками означает, что при столкновении, кривая замедления для данной системы ниже чем кривая для жесткой ячейки. Этого создатели и добивались.

Вместо заключения

С появлением и постоянным совершенствованием активной безопасности, роль зоны деформации в отношении защиты водителя и пассажиров практически исчезла из поле зрения общественного внимания, но это не означает, что она стала менее важной.

Наоборот, так как большинство автопроизводителей начали продвигать основную идею пассивной защиты еще дальше, роль этого элемента безопасности автомобиля возрастает. В этом им помогают организации типа IIHS, NHTSA или Euro NCAP, которые проводят свои краш-тесты автомобилей, и эти тесты с каждым разом все труднее пройти. Усложняют задачу все более жесткие правила к защите пешеходов. Для этого автопроизводителям приходится создавать особую форму капота, в которую не всегда удобно «ложится» система защиты самих пассажиров автомобиля.

Тем не менее, клетки безопасности стали еще мощнее и технологичнее, благодаря более широкому использованию особо прочный стали и даже армированного углеродным волокном пластика (CFRP).

Вот такая краткая история развития и основные вехи этого важного элемента любого автомобиля, от мала, до велика.

Источник http://1gai.ru/publ/516226-kak-rabotayut-zony-deformacii-v-avtomobile.html