Зоны смятия , зоны раздавливания , [1] или зоны столкновения — это конструктивное средство безопасности, используемое в транспортных средствах, в основном в автомобилях, для увеличения времени, в течение которого происходит изменение скорости (и, следовательно, импульса ) от удара во время столкновения с управляемым деформация ; в последние годы его также используют в поездах и вагонах. [2] [3] [4] [5]
Зоны смятия предназначены для увеличения времени, в течение которого общая сила от изменения импульса действует на пассажира, поскольку средняя сила , приложенная к пассажирам, обратно пропорциональна времени, в течение которого она прикладывается. Физические аспекты можно выразить уравнением:
где - сила, - время, - масса, - скорость тела. В единицах СИ сила измеряется в Ньютонах , время в секундах, масса в килограммах , скорость в метрах в секунду , а результирующий импульс измеряется в ньютон-секундах (Н⋅с).
Обычно зоны деформации располагаются в передней части автомобиля, чтобы поглотить удар при лобовом столкновении , но их можно обнаружить и на других частях автомобиля. По данным исследования, проведенного Британским исследовательским центром по ремонту автострахования, в отношении мест возникновения повреждений в результате удара транспортного средства 65% приходится на лобовые удары, 25% на удары сзади, 5% на левую сторону и 5% на правую сторону. [6] В некоторых гоночных автомобилях используются соты из алюминия, композита/углеродного волокна или энергопоглощающая пена [7] [8] для создания глушителя удара , который рассеивает энергию удара, используя гораздо меньший объем и меньший вес, чем зоны деформации дорожных автомобилей. [1] В некоторых странах глушители ударов также используются на транспортных средствах для содержания дорог.
10 сентября 2009 года программы ABC News «Доброе утро, Америка» и «Мировые новости» показали краш-тест Страхового института дорожной безопасности США Chevrolet Malibu 2009 года выпуска при лобовом столкновении с седаном Chevrolet Bel Air 1959 года выпуска . Это наглядно продемонстрировало эффективность современной конструкции безопасности автомобилей по сравнению с конструкцией 1950-х годов, особенно жестких ячеек безопасности пассажиров и зон деформации. [9] [10]
Концепция зоны деформации была первоначально изобретена и запатентована венгерским инженером Mercedes-Benz Белой Бареньи в 1937 году, прежде чем он работал в Mercedes-Benz, а в более развитой форме — в 1952 году. [11] Mercedes-Benz «Ponton» 1953 года был частичной реализация его идей [12] за счет наличия прочной глубокой платформы для формирования частичной ячейки безопасности, запатентованной в 1941 году. [11]
Патент Mercedes-Benz № 854157, выданный в 1952 году, описывает решающую особенность пассивной безопасности. Бареньи подверг сомнению преобладавшее до того мнение о том, что безопасная машина должна быть жесткой. Он разделил кузов автомобиля на три части: жесткий недеформирующийся салон и зоны деформации спереди и сзади. [13] [14]
Первым автомобилем Mercedes-Benz, разработанным с использованием этого патента, был седан Mercedes W111 «Tail Fin» 1959 года. [11] Ячейка безопасности и зоны деформации были достигнуты в первую очередь за счет конструкции лонжеронов: они были прямыми в центре автомобиля и образовывали жесткий каркас безопасности с панелями кузова, передние и задние опоры были изогнуты так, что они деформируется в случае аварии, поглощая часть энергии столкновения. [11] [15] [16] [17]
Более поздняя разработка этих изогнутых лонжеронов должна быть ослаблена вертикальными и боковыми ребрами для образования телескопических деформационных структур «аварийного резервуара» или «раздавливающей трубы».
.jpg/1280px-Caraccidentinpleasanton(CROPPED).jpg)
Зоны деформации управляют энергией столкновения и увеличивают время, в течение которого происходит замедление пассажиров транспортного средства, а также предотвращают проникновение в пассажирский салон или его деформацию. Это лучше защищает пассажиров автомобиля от травм. Это достигается за счет контролируемого ослабления жертвенных внешних частей автомобиля при одновременном усилении и повышении жесткости внутренней части кузова автомобиля, превращении пассажирского салона в «ячейку безопасности», за счет использования большего количества усиливающих балок и большей прочности. стали. Энергия удара, достигшая «ячейки безопасности», распределяется по максимально широкой площади, чтобы уменьшить ее деформацию. Volvo представила зону боковой деформации с внедрением SIPS ( системы защиты от бокового удара ) в начале 1990-х годов.
Когда транспортное средство и все его содержимое, включая пассажиров и багаж, движутся со скоростью, они обладают инерцией / импульсом , а это означает, что они будут продолжать двигаться вперед в том же направлении и со скоростью (первый закон движения Ньютона). [19] В случае внезапного замедления транспортного средства с жесткой рамой из-за удара несдержанное содержимое транспортного средства продолжит движение вперед с прежней скоростью по инерции и ударится о салон транспортного средства с силой, во много раз превышающей его нормальный вес из-за к гравитации. Цель зон деформации — замедлить столкновение, чтобы увеличить время, в течение которого пассажиры замедляются, чтобы уменьшить пиковую силу, действующую на пассажиров в течение заданного времени. [20]
Ремни безопасности удерживают пассажиров, чтобы они не вылетели через лобовое стекло и находились в правильном положении для подушки безопасности, а также увеличивают время, в течение которого пассажиры замедляются. Ремни безопасности также поглощают инерционную энергию пассажира, поскольку они растягиваются во время удара, что опять-таки увеличивает время, в течение которого пассажир замедляется. [21] Вкратце: пассажир, тело которого замедляется медленнее из-за зоны смятия (и других устройств) в течение более длительного времени, выживает гораздо чаще, чем пассажир, тело которого косвенно ударяется о твердый, неповрежденный металлический кузов автомобиля, пришедший в остановка почти мгновенная. Это похоже на разницу между ударом кого-то о стену головой вперед (сломая череп) и плечом вперед (легко ушибая плоть) в том, что рука, будучи более мягкой, имеет в десятки раз больше времени, чтобы замедлить свою скорость, немного поддаваясь при этом. время, чем твердый череп, который не соприкасается со стеной, пока ему не придется столкнуться с чрезвычайно высоким давлением. Растягивание ремней безопасности при удержании пассажиров во время удара означает, что их необходимо заменить, если автомобиль отремонтирован и снова выведен на дорогу после столкновения. Их также следует заменить, если их состояние ухудшилось, например, из-за износа или механических неисправностей или неисправностей крепления ремня. В Новой Зеландии официально обязательна замена изношенных ремней безопасности инерционного катушечного типа только ремнями типа «ткань-захват», которые имеют меньший люфт и более эффективны на старых автомобилях. [22] В новых автомобилях ремни безопасности с предварительным натяжением активируются электроникой, которая синхронизируется с срабатыванием подушки безопасности. [23] Покупка бывших в употреблении ремней безопасности не является хорошей идеей даже в тех странах, где это разрешено законом, поскольку они, возможно, уже растянулись в результате удара и не могут защитить своих новых пользователей должным образом.
Окончательный удар после удара тела пассажира о салон автомобиля, подушку безопасности или ремни безопасности заключается в ударе внутренних органов о грудную клетку или череп из-за своей инерции. Сила этого воздействия является причиной того, что многие автомобильные аварии приводят к инвалидности или опасным для жизни травмам. Другими путями являются повреждение скелета и потеря крови из-за разрыва кровеносных сосудов или повреждение органов и/или кровеносных сосудов в результате острого перелома кости. Последовательность технологий снижения скорости — зона деформации — ремень безопасности — подушки безопасности — мягкий/деформируемый салон — разработаны для совместной работы как системы, позволяющей снизить пиковую силу удара по внешней стороне тела пассажира(ов) за счет увеличение времени, в течение которого передается эта сила. [23] При столкновении замедление замедления человеческого тела даже на несколько десятых секунды резко снижает пиковую передаваемую силу. [14]
Иногда высказывается ошибочное представление о зонах деформации, заключающееся в том , что они снижают безопасность пассажиров транспортного средства, позволяя кузову разрушиться, что приводит к риску раздавливания пассажиров. Фактически, зоны деформации обычно расположены спереди и сзади основного кузова автомобиля (который образует жесткий «ячейку безопасности»), уплотняясь в пространстве моторного отсека или багажника/багажника. Современные автомобили, использующие так называемые «зоны деформации», обеспечивают гораздо более эффективную защиту пассажиров в жестких испытаниях против других транспортных средств с зонами деформации и твердыми статическими объектами, чем старые модели или внедорожники, которые используют отдельную раму шасси и не имеют зон деформации.
Они, как правило, хуже справляются с авариями с внедорожниками без зон деформации, поскольку большая часть энергии удара поглощается транспортным средством с зоной деформации, однако даже для пассажиров «худшего» автомобиля это будет все же часто является улучшением, поскольку результат столкновения двух транспортных средств без зон деформации обычно будет более опасным для пассажиров обоих транспортных средств, чем столкновение, которое хотя бы частично смягчено. [ нужна цитата ]
Другая проблема - это «несовместимость по ударам», когда «точки жесткости» концов направляющих шасси внедорожников находятся выше, чем «точки жесткости» автомобилей, в результате чего внедорожник «перекрывает» моторный отсек автомобиля. [18] Чтобы решить эту проблему, более поздние внедорожники / внедорожники включают в себя конструкции под передним бампером, предназначенные для воздействия на зоны деформации автомобилей с меньшей высотой. [24] Низкие передние поперечины безопасности Volvo XC70 показаны здесь. [25] Пресс-релиз Volvo об этой особенности: «Нижняя поперечина помогает защитить низкие автомобили: Подрамник передней подвески в новом Volvo XC60 дополнен нижней поперечиной. Элемент расположен на высоте балки в обычном автомобиле. Нижняя поперечина ударяется о защитную конструкцию встречного автомобиля, активируя его зону деформации, как и предполагалось, чтобы пассажиры могли получить максимальный уровень защиты».
Передняя часть бампера спроектирована таким образом, чтобы выдерживать столкновения на низкой скорости, например, при парковке, чтобы предотвратить необратимое повреждение автомобиля. Это достигается за счет упругих элементов, таких как передний фартук. В некоторых автомобилях бампер заполнен пеной или подобными эластичными веществами. В последние годы этому аспекту проектирования уделяется больше внимания, поскольку оценка аварийности NCAP добавила в свой режим испытаний воздействие на пешеходов. Целью проекта также было уменьшение количества жестких опорных конструкций в зонах воздействия на пешеходов.
В случае менее серьезных столкновений (примерно до 20 км/ч) конструкция бампера и внешних панелей должна обеспечивать минимальное повреждение зоны деформации и несущей конструкции автомобиля и возможность проведения ремонта. выйти как можно дешевле. Для этого для крепления бамперов используются так называемые краш-трубы или краш-боксы. Аварийные трубы состоят из полого стального профиля, который преобразует падающую энергию, свертывая профиль. [ нужна цитата ]
.png/1280px-EuroNCAP_FRONTAL_IMPACT_(left-hand_drive_veicles).png)
В начале 1980-х годов, используя технологии, разработанные для аэрокосмической и атомной промышленности , немецкие автопроизводители начали комплексные компьютерные исследования по моделированию сбоев , используя методы конечных элементов , моделирующие поведение при столкновении отдельных компонентов кузова автомобиля, узловых агрегатов и четвертей с половиной автомобиля в кузове . в белой (BIW) стадии. Кульминацией этих экспериментов стал совместный проект Forschungsgemeinschaft Automobil-Technik (FAT), конгломерата всех семи немецких автопроизводителей ( Audi , BMW , Ford , Mercedes-Benz , Opel ( GM ), Porsche и Volkswagen ), который протестировал применимость двух новых коммерческих программ моделирования аварий. Эти программы моделирования воссоздали лобовой удар всей конструкции легкового автомобиля (Хауг, 1986), и за одну ночь они были завершены на компьютере. Теперь, когда время выполнения работ между двумя последовательными подачами заданий (прогонами компьютера) не превышало одного дня, инженеры смогли эффективно и постепенно улучшить поведение анализируемой конструкции кузова автомобиля при столкновении. Стремление к повышению ударостойкости в Европе ускорилось с 1990-х годов, с появлением в 1997 году Euro NCAP с привлечением экспертов по безопасности автогонок Формулы-1 .
Экспериментальный безопасный автомобиль Pininfarina Nido 2004 года обнаруживает зоны деформации внутри камеры выживания. Эти внутренние зоны деформации замедляют установленную на санях ячейку выживания. [19] Volvo также разрабатывает эту идею для использования в небольших автомобилях. Их водительское сиденье прикреплено к чему-то, что по сути представляет собой «салазки» на рельсе, с амортизаторами перед ним. При ударе все «салазки» водительского сиденья и пристегнутого водителя смещаются вперед на 8 дюймов, а амортизаторы рассеивают пиковую энергию удара, удлиняя время замедления для водителя. Одновременно рулевое колесо и приборная панель со стороны водителя сдвигаются вперед, освобождая место для водителя, поскольку они выбрасываются вперед, растягивая ремень безопасности. В сочетании с передней зоной деформации и подушкой безопасности эта система может значительно снизить силы, действующие на водителя при лобовом ударе. [26]
Он разделил кузов автомобиля на три части: жесткий недеформирующийся салон и зоны деформации спереди и сзади. Они предназначены для поглощения энергии удара (кинетической энергии) за счет деформации при столкновении.
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
