Как работают зоны деформации в автомобиле?

Основы современной безопасности автомобилей

При взгляде на фотографии автомобилей из прошлого сделанных с толстостенными и могучими стальными стенками-конструкциями многим из нас кажется, что современные автопроизводители пошли другим путем, сделали все от них зависящее, т.е. сделали свои машины более безопасными и надежными, просто взяли и уменьшили толщину стенок металла в конструкциях, а вес автомобилей снизили и по сей день по-прежнему продолжают снижать. Все это несомненно сказывается на прочности машин и к тому же, не в лучшую сторону. Так по крайней мере в первую очередь думает обыватель. А давйте друзья посмотрим с вами на фотографии автомобилей 50-х годов в Северной Америке... И как вам картинка? Огромные и массивные автомобили с гигантскими капотами. Разве такой автомобиль можно было разбить, как к примеру, современный? Риторический вопрос, как нам всем казалось и до сих пор кажется. Но не торопитесь пожалуйста с ответом, давайте разберемся во всем по порядку.

Ранний автомобильный дизайн подразумевал жесткие конструкции, которые по замыслам инженеров того времени должны были препятствовать деформации кузова автотехники и снизить вероятность получения травм. Отчасти они (конструкторы-инженеры) были правы. Еще раз взгляните господа на фотографии запечатливших аварии тех лет. Машины даже в серьезных столкновениях получали минимальные повреждения и минимум деформаций. Хорошо ли это..?

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

Так было и продолжалось до 1953 года, когда на горизонте замоячили первые зоны деформации для автомобилей. Как и за многие другие технологии в автомобильной инженерной мысли, за создание технологичесих прорывов в автомире отвечала компания с названием "Mercedes-Benz". Одним из инженеров в ней был Бела Барений, который в течение продолжительного времени занимался решением этой самой проблемы, и вот, в 1953 году его идея была реализована в авто-моделе "Ponton" (трехобъемном) Мерседесе (модель серии W120). Первая попытка получилась конечно удачной, но прошло немало времени различных исследований и доработок прежде чем эта 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", с функцией безопасности включающей в себя каркас безопасности совмещенный с зонами деформации.

Теория

Нравится вам это или нет, но именно физика может объяснить любознательным, почему в автомобиле (для машин) необходимы сминаемые зоны.

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 движется со скоростью 80 км/ч, то и объекты внутри будут обладать той же скоростью, и, если это транспортное средство резко останавливается (происходит к примеру, столкновение, мгновенное замедление и т.п.), то эти тела будут "чувствовать" необходимость продолжать двигаться в том же направлении на скорости 80 км в час до тех пор, пока их что-то не остановит. Более того, даже если эти тела остановит возникшее препятствие, то их внутренние органы по-прежнему будут продолжать двигаться с не меньшей скоростью и вызывать тем самым в этих телах серьезные повреждения

И еще один важный закон из дебрей физики.

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

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

Так что же эти зоны деформации делают..?

Они работают в точном соответствии с двумя законами. Размещенные в передней и в задней частях автомобиля они поглощают энергию при столкновении, которая возникает во время удара. Это достигается как-раз за счет той самой деформации о которой не слышали в первые 50 лет развития автомобилестроения. Деформироваться должен не весь кузов автомобиля. В то время, как определенные части автомобиля были специально разработаны для того чтобы деформироваться, то пассажирский салон, напротив, он был усилен с использованием высокопрочной стали и крепких жестких лонжеронов, чтобы предотвратить его разрушение и изменение в объеме

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

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

Что делать с небольшими автомобилями..?

На самом деле это очень хороший вопрос. Действительно, маленькие авто не имеют у себя места для зоны деформации. Возьмите для примера, тот же автомобиль Smart. Где же в нем можно разместить зоны деформации, такие как эта..? Инженеры нашли для таких автомобилей свое решение.

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

Как не купить автомобиль который Вам не нужен.

"...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 при столкновениях на скорости менее 5 км в час урон от аварии не будет заметен вовсе. До 16 км в час трубы скольжения начинают двигаться 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 так же сминается, 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, а именно: из клетки, салазок и поглотителя. В случае лобового столкновения автомобиль поглощает часть энергии при помощи деформируемой передней части шасси, построенной 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 поля 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, то роль этого элемента безопасности автомобиля стала возрастать. В этом им помогают организации типа IIHS, NHTSA или Euro NCAP, которые проводят свои краш-тесты автомашин и эти тесты с каждым разом все труднее бывет 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, и это благодаря более широкому использованию особо прочный стали и даже армированного углеродным волокном пластика (CFRP).

Вот такая краткая история развития и основные вехи такого важного элемента любого из автомобилей, от мала и до велика.