Көлік құралдарындағы қауіпсіздік аймақтары

Кіріспе

Көлік құралдарында қолданылатын құрылымдық ерекшеліктер

Қиыршықтану аймақтары, соққы сіңіретін аймақтар,

Қиыршықтану аймақтары қозғалыс мөлшерінің өзгеруінен туындайтын жалпы күштің жолаушыға әсер ету уақытын ұлғайту үшін жасалған, себебі жолаушыларға түсетін орташа күш, оған әсер ететін уақытқа кері пропорционалды. Физикалық заңдылықты мына теңдеу арқылы көрсетуге болады:

мұндағы – күш, – уақыт, – масса, ал – дененің жылдамдығы. SI жүйесінде күш Ньютонмен, уақыт секундпен, масса килограмммен, жылдамдық секундқа метрмен өлшенеді, ал нәтижедегі импульс Ньютон-секундпен (Н⋅с) өлшенеді. Әдетте, қиыршықтану аймақтары көліктің алдыңғы бөлігінде орналасады, мақсаты – алға соқтығысқандағы соққыны жұмсарту, бірақ олар көліктің басқа бөліктерінде де кездесуі мүмкін. Британдық Автокөлік Сақтандыру Жөндеу Орталығының зерттеуіне сәйкес, көлік құралының зақымдануының 65% алдыңғы соқтығыстардан, 25% артқы соқтығыстардан, 5% сол жақтан және 5% оң жақтан туындаған. Кейбір жарыс машиналарын құрастырушылар алюминий, композиттік/көміртекті талшықтан жасалған бал арасы немесе энергияны сіңіретін көбікті пайдаланып, соққыны басаңдататын құрылғыны орнатады, ол қарапайым көліктердің қиыршықтану аймақтарына қарағанда көлемі кішкентай және салмағы жеңіл болады. Соққыны басаңдататын құрылғылар кейбір елдерде жол жөндеу машиналарын жабдықтау үшін де қолданылады. 2009 жылдың 10 қыркүйегінде ABC News телеарнасының Good Morning America және World News бағдарламалары АҚШ Сақтандыру Институтының 2009 жылғы Chevrolet Malibu көлігінің 1959 жылғы Chevrolet Bel Air седанымен тоқтығысқан кездегі қауіпсіздік сынағын көрсетті. Бұл сынақ, 1950 жылдарғы көліктермен салыстырғанда, қазіргі заманғы автомобильдердің қауіпсіздік дизайнының тиімділігін, әсіресе жолаушыларға арналған берік қауіпсіздік бөлімшелері мен қиыршықтану аймақтарының маңыздылығын нақты көрсетті.

Ерте даму тарихы

Құбылу аймағы тұжырымы алғаш рет 1937 жылы венгр инженері Бела Барени, Mercedes Benz компаниясында жұмыс істемей тұрып, ойлап тауып патент алған. Ал 1952 жылы осы тұжырымды одан да жетілдірген. 1953 жылғы Mercedes Benz "Понтон" автокөлігі 1941 жылы патенттелген жартылай қауіпсіздік клеткасын құру үшін берік, терең платформаға ие болды, осы арқылы оның идеялары ішінара жүзеге асырылды. Патент негізінде жасалған алғашқы Mercedes Benz кузовы 1959 жылғы Mercedes W111 "Tail Fin" Saloon болды. Осы қисық бойлық элементтерді әлсірету үшін соңғы уақыттарда тік және бүйір қабырғалар қолданылып, телескопиялық "соққы сөндіргіш" немесе "қирату түтігі" деформациялық құрылымдары жасалуда.

Функция

Қиылысу аймақтары апат энергиясын басқару және көлік құралындағы жолаушылардың баяулау уақытын ұлғайту арқылы жұмыс істейді, сонымен қатар жолаушылар кабинасына енуді немесе деформациялануды болдырмайды. Бұл көліктегілерді жарақаттан жақсырақ қорғайды. Бұл автомобильдің сыртқы бөліктерін бақыланатын түрде әлсірету арқылы, сонымен бірге автомобиль корпусының ішкі бөлігінің қатаңдығын күшейту және арттыру арқылы, жолаушылар кабинасын "қауіпсіздік ұясына" айналдырады. "Қауіпсіздік ұясына" жеткен соққы энергиясы деформациясын азайту үшін мүмкіндігінше кең аумаққа таратылады. Volvo 1990-жылдардың басында SIPS (Side Impact Protection System) жүйесін енгізумен бірге бүйірлік қиылысу аймағын енгізді. Көлік және оның барлық ішіндегілер, жолаушылар мен жүктер жылдамдықпен қозғалғанда, олардың инерциясы/импульсі болады, яғни олар сол бағытта және жылдамдықпен алға қарай жалғаса береді (Ньютонның бірінші қозғалыс заңы). Қатты каркасты көлік құралының соқтығысу салдарынан кенеттен тоқтауы жағдайында, бекітілмеген көлік ішіндегі заттар инерция салдарынан бұрынғы жылдамдықпен алға қарай қозғалады және ауырлық күшінен әлдеқайда көп күшпен көлік ішкі бөлігіне соқтығысады. Қиылысу аймақтарының мақсаты – соқтығысуды баяулату, жолаушылардың баяулау уақытын ұлғайту арқылы оларға тиетін ең жоғары күшті азайту. Қауіпсіздік белбеулері жолаушыларды желдеткіштен ұшып кетпеуі үшін ұстап тұрады, оларды әуе қаптамасы үшін дұрыс орналастырады және жолаушылардың баяулау уақытын ұлғайтады. Қауіпсіздік белбеулері соққы кезінде созылатындықтан жолаушының инерциялық энергиясын сіңіреді, бұл да жолаушының баяулау уақытын ұзартуға көмектеседі. Қысқасы, қиылысу аймағының (және басқа да құрылғылардың) әсерінен денесі баяулаған жолаушы, тікелей қатты, зақымдалмаған металл көлік корпусына соқтығысқан және дерлік бірден тоқтаған жолаушыға қарағанда әлдеқайда көп жағдайда аман қалады. Біреуді қабырғаға басымен соғып (бас сүйегін сындырып) және иығымен (етеңі сәл көктеп) соғып алудың айырмашылығы – қол жұмсақ болғандықтан жылдамдығын баяулатуға он есе көп уақыт алады, ал қатты бас сүйегі қабырғамен тек өте жоғары қысымға шыдауға тура келгенше жанаспайды. Соқтығысу кезінде қауіпсіздік белбеулері жолаушыларды ұстап тұрғандықтан, көлік жөнделгеннен кейін қайтадан жолға шығарылса, оларды ауыстыру қажет. Оларды тозу немесе механикалық ақаулар немесе белбеуді орнату қателері болған жағдайда да ауыстыру керек. Жаңа Зеландияда инерциялық катушкалы тозған қауіпсіздік белбеулерін тек "желкен тұтқа" белбеулерімен ауыстыру ресми түрде міндетті, олар аз қозғалысқа ие және ескі көліктерде тиімдірек. Жаңа көліктерде әуе қаптамасымен синхронды жұмыс істейтін алдын ала керілген қауіпсіздік белбеулері бар. Қолданылған қауіпсіздік белбеулерін сатып алу тіпті заңды елдерде де жақсы идея емес, өйткені олар соқтығысу кезінде созылып, жаңа пайдаланушыларды тиісті деңгейде қорғамауы мүмкін. Жолаушының денесі көлік ішіндегі заттарға, әуе қаптамасына немесе қауіпсіздік белбеулеріне тигеннен кейін болатын соңғы соққы – ішкі мүшелердің инерциясы салдарынан қабырға қуысына немесе бас сүйегіне тиюі. Осы соққының күші – көптеген жол апаттарының мүгедектікке немесе өлімге әкелу себебі. Басқа себептер – сүйектердің зақымдануы және қан тамырларының жарылуынан қан жоғалту, сондай-ақ ағзалар мен/немесе қан тамырларына өткір сүйек сынықтарынан туындаған зақымдар. Жылдамдықты төмендету технологияларының тізбегі – қиылысу аймағы – қауіпсіздік белбеуі – әуе қаптамасы – төселген/деформацияланатын ішкі бөлме – жүйе ретінде бірлесіп жұмыс істейді, жолаушының денесіне тиетін соққының ең жоғары күшін азайту үшін күштің әсер ету уақытын ұзартады. Volvo XC70 төменгі деңгейлі алдыңғы қауіпсіздік тік бұрышты мүшелері. Volvo компаниясының осы мүмкіндік туралы баспасөз хабарламасы: "Төменгі тік бұрышты мүше төменгі машиналарды қорғауға көмектеседі: Жаңа Volvo XC60 алдыңғы аспаның қосалқы фреймін әдеттегі машинадағы сәуле биіктігінде орналастырылған төменгі тік бұрышты мүшемен толықтырады. Төменгі тік бұрышты мүше қарсы келе жатқан машинаның қорғаныш құрылымына тиіп, оның қиылысу аймағын белсендіреді, соның арқасында жолаушыларға максималды қорғаныс деңгейі қамтамасыз етіледі".

Crumple zones work by managing crash energy and increasing the time over which the deceleration of the occupants of the vehicle occurs, while also preventing intrusion into or deformation of the passenger cabin. This better protects car occupants against injury. This is achieved by controlled weakening of sacrificial outer parts of the car, while strengthening and increasing the rigidity of the inner part of the body of the car, making the passenger cabin into a "safety cell", by using more reinforcing beams and higher strength steels. Impact energy that does reach the "safety cell" is spread over as wide an area as possible to reduce its deformation. Volvo introduced the side crumple zone with the introduction of the SIPS (Side Impact Protection System) in the early 1990s. When a vehicle and all its contents, including passengers and luggage are travelling at speed, they have inertia / momentum, which means that they will continue forward with that direction and speed (Newton's first law of motion). In the event of a sudden deceleration of a rigid framed vehicle due to impact, unrestrained vehicle contents will continue forwards at their previous speed due to inertia, and impact the vehicle interior, with a force equivalent to many times their normal weight due to gravity. The purpose of crumple zones is to slow down the collision to increase the time over which the occupants decelerate so as to decrease the peak force imparted on the occupants over a given time. Seatbelts restrain the passengers so they don't fly through the windshield, and are in the correct position for the airbag and also increase the time over which the occupants decelerate. Seat belts also absorb passenger inertial energy by being designed to stretch during an impact, again to increase the time over which an occupant decelerates. In short: a passenger whose body is decelerated more slowly due to the crumple zone (and other devices) over a longer time survives much more often than a passenger whose body indirectly impacts a hard, undamaged metal car body which has come to a halt nearly instantaneously. It is like the difference between slamming someone into a wall headfirst (fracturing their skull) and shoulder first (bruising their flesh slightly) is that the arm, being softer, has tens of times longer to slow its speed, yielding a little at a time, than the hard skull, which isn't in contact with the wall until it has to deal with extremely high pressures. The stretching of seatbelts while restraining occupants during an impact, means that it is necessary to replace them if a vehicle is repaired and put back on the road after a collision. They should also be replaced if their condition has deteriorated e. g. through fraying or mechanical or belt mounting faults. In New Zealand it is officially mandatory to replace worn inertia reel type seatbelts only with "webbing grabber" type belts that have less play and are more effective on older cars. Newer cars have electronically fired pre tension seatbelts that are timed to work with the airbag firing. Buying used seatbelts is not a good idea even in countries where it is legal to do so, because they may have already been stretched in an impact event and may not protect their new users as they should. The final impact after a passenger's body hits the car interior, airbag or seat belts is that of the internal organs hitting the ribcage or skull due to their inertia. The force of this impact is the way by which many car crashes cause disabling or life threatening injury. Other ways are skeletal damage and blood loss, because of torn blood vessels, or damage caused by sharp fractured bone to organs and/or blood vessels. The sequence of speed reducing technologies—crumple zone — seat belt — airbags — padded/deformable interior—are designed to work together as a system to reduce the peak force of the impact on the outside of the passenger(s)'s body by lengthening the time over which this force is imparted. Volvo XC70 low level front safety cross members shown here Volvo's press release about this feature:
"Lower cross member that helps protects lower cars: The front suspension subframe in the new Volvo XC60 is supplemented with a lower cross member positioned at the height of the beam in a conventional car. The lower cross member strikes the oncoming car's protective structure, activating its crumple zone as intended so the occupants can be given the maximum level of protection."

Төмен жылдамдықтағы соққыны сіңіру

Бампердің алдыңғы бөлігі төмен жылдамдықтағы соқтығыстарға төтеп беру үшін жасалған, мысалы, тұраққа қойып тұрғандағы соқтығысулар сияқты, көлікке қайтымсыз зақым келтірмеу мақсатында. Бұл алдыңғы жапсырма сияқты серпімді элементтер арқылы қамтамасыз етіледі. Кейбір көліктерде бампер көбік немесе осыған ұқсас серпімді материалдармен толтырылады. Дизайнның бұл аспектісіне соңғы жылдары көбірек назар аударылды, себебі NCAP апаттық сынақ бағалау жүйесіне жаяу адамдарға тигізетін соқтығысуларды қосты. Жаяу адамдарға тигізетін соқтығысу аймақтарындағы қатаң тіреу құрылымдарын азайту да дизайн мақсатына айналды. Аз күшпен болатын соқтығыстарда (шамамен 20 км/сағ дейін) бампер және сыртқы панельдің дизайны көліктің деформацияланатын аймағы мен күш сақтайтын құрылымына ең аз зақым тиюін және жөндеу жұмыстарын мүмкіндігінше арзанға жасауға мүмкіндік беруі керек. Осы мақсатта бамперлерді орнату үшін «апаттық түтікшелер» немесе «апаттық қораптар» қолданылады. Апаттық түтікшелер қуыс болат профильден тұрады, ол профильді бүктеу арқылы соқтығыс кезінде пайда болатын энергияны жұтады.

Компьютерлік модельдегі апатты симуляция

1980 жылдардың басында аэроғарыш және ядролық салалар үшін жасалған технологияны қолдана отырып, неміс автокөлік өндірушілері күрделі компьютерлік соқтығысу симуляцияларын жүргізе бастады. Олар жеке автомобиль корпусының бөліктерінің, түйінді құралымдардың, сондай-ақ жартылай және толық автомобильдердің (корпусы дайын күйде – BIW) соқтығыс кезіндегі қылықтарын модельдеу үшін шекті элементтер әдісін пайдаланды. Бұл тәжірибелер жеті неміс автокөлік компаниясының (Audi, BMW, Ford, Mercedes Benz, Opel (GM), Porsche және Volkswagen) біріккен ұйымы – Forschungsgemeinschaft Automobil Technik (FAT) жүргізген бірлескен жобасында жемісті болды. Бұл жоба екі жаңа коммерциялық соқтығысу симуляциялау бағдарламасының тиімділігін сынап көрді. Аталған бағдарламалар толық жолаушылар көлігінің құрылымына жасалған майқы сотқындықтың моделін жасады (Хауг 1986) және компьютерде түгелдей бір түнде орындалды. Енді екі бір-бірінен кейін берілген тапсырманың (компьютерлік есептеулердің) арасындағы уақыт бір күннен аспайтындықтан, инженерлер талданған автомобиль корпусының конструкциясын соқтығысқа төзімділігі тұрғысынан тиімді және қадамдық түрде жақсарта алды. Еуропадағы соқтығысқа төзімділікті арттыруға бағытталған жұмыстар 1990 жылдардан бастап күшейді, ал 1997 жылы Euro NCAP құрылғаннан кейін, Формула-1 автожарыстарының қауіпсіздік тәжірибесі де осы процеске қосылды.

Қауіпсіздік камералары ішіндегі "слейдер"

2004 жылғы Pininfarina Nido эксперименталды қауіпсіздік көлігі, деформацияланатын аймақтарды қорғау қабырғасының ішінде орналастырады. Осы ішкі деформацияланатын аймақтар, қорғау қабырғасына орнатылған шананы тоқтатады.