Rakenteellinen turvallisuus

Rakenteellinen turvallisuus perustuu hallittuun muodonmuutokseen. Korin on vaimennettava ja ohjattava törmäysenergiaa matkustamon ulkopuolella, säilytettävä käyttökelpoinen selviytymistila sekä pidettävä turvajärjestelmä ja suurjänniteakku suunnittelurajojensa sisällä.

Jäykkä tarvittaessa, muotoutuva hyödyllisissä kohdissa

Turvallinen kori ei ole yksinkertaisesti kaikkein jäykin. Etu- ja takaosan törmäysrakenteiden on muotouduttava asteittain, jotta ajoneuvon nopeus muuttuu pidemmän ajan ja matkan kuluessa. Matkustajien ympärillä matkustamon suojakehikon on oltava riittävän luja rajoittamaan rakenteiden tunkeutumista sekä pitämään ovet, istuimet, turvavyöt ja turvatyynyt toimivissa asennoissa.

Insinöörit luovat useita kuormitusreittejä pitkittäispalkkien, apurunkojen, helmojen, poikkipalkkien, pilarien, katon sivupalkkien ja lattian kautta. Eri reitit aktivoituvat täysin päällekkäisissä, kohtalaisen tai pienen limityksen etutörmäyksissä, sivu- ja takatörmäyksissä, pylvästörmäyksissä, kaatumisissa ja alleajotyyppisissä törmäyksissä. Yhdessä suunnassa hyvin toimivassa rakenteessa voi silti olla heikkous toisessa suunnassa.

Päätehtävät ovat:

Törmäyspulssin hallinta: rakenne muotoutuu asteittain sen sijaan, että matkustamo pysähtyisi äkillisesti.
Selviytymistilan säilyttäminen: ohjauspylvään, polkimien, kojelaudan, ovien, katon ja lattian siirtymistä matkustamoon rajoitetaan.
Turvajärjestelmien tukeminen: turvavöiden kiinnityspisteet, istuimet ja turvatyynyjen laukeamisalueet pidetään kalibroinnissa käytetyissä asennoissa.
Muiden tienkäyttäjien suojaaminen: yhteensopivuutta eri kokoisten ja painoisten ajoneuvojen kanssa hallitaan ja jalankulkijoille sekä pyöräilijöille haitallista ulkopuolista kosketusta vähennetään.

Sivutörmäykset ja matkustajien tila

Sivutörmäyksissä iskevän kohteen ja matkustajan välissä on vain vähän muodonmuutostilaa. Helman, B-pilarin, katon sivupalkin, ovipalkkien, lattian poikkipalkkien, istuinrakenteen ja sivuturvatyynyjen on jaettava työ. Pylvästestit keskittävät voiman kapealle alueelle, kun taas kauemman puolen testeissä tarkastellaan liikettä kohti ajoneuvon keskiosaa.

Sivurakenne on erityisen tärkeä rullalautamaisen alustan sähköautossa, sillä akusto täyttää tavallisesti suuren osan akselien välisestä lattiasta. Rakenteen on rajoitettava sekä tunkeutumista matkustamoon että akuston kotelon muodonmuutosta.

Ajoakun suojaaminen

Akun kotelo on osa kerroksellista suojausjärjestelmää. Alustan mukaan se voi olla irrotettava kokonaisuus tai osallistua suoremmin korin jäykistämiseen. Ympäröivät helmat ja poikkipalkit ohjaavat sivukuormia, pohjapanssarit suojaavat tiellä olevilta kappaleilta ja akuston pitkittäispalkit sekä kotelon osat hallitsevat paikallista muodonmuutosta.

Mekaaninen suojaus on vain yksi kerros. Akunhallintajärjestelmä valvoo kennoja ja eristystä, ja kontaktorit tai pyrotekniset laitteet voivat katkaista yhteyden suurjänniteväylään laukaisuehdot täyttävän törmäyksen jälkeen. Sääntely käsittelee sähköiskun, elektrolyyttivuodon, tulipalon, mekaanisen eheyden, tärinän, lämpötilan ja lämpökarkaamisen etenemisen riskejä. Akkuturvallisuus käsittelee näitä akkutason suojauksia yksityiskohtaisesti.

Akustoon tunkeutuminen ei ole ainoa merkityksellinen mittari. Vaurioituneeseen kennoon voi syntyä sisäinen oikosulku ilman selvää ulkoista muodonmuutosta, ja voimakkaan pohja- tai sivuiskun kokenut ajoneuvo voi edellyttää eristämistä, tarkastusta ja valvontaa valmistajan hätä- ja korjausmenettelyjen mukaisesti.

Miten sähköautoarkkitehtuuri muuttaa ongelmaa

Sähköautoalusta tarjoaa insinööreille erilaisia mahdollisuuksia ja rajoitteita:

Polttomoottorin puuttuminen voi vapauttaa tilaa etuosasta, mutta ohjaus, jousitus, lämmitys ja ilmanvaihto, lataus, tehoelektroniikka sekä törmäysrakenteet kilpailevat edelleen tilasta.
Matalalle asennettu akusto laskee yleensä painopistettä, mikä voi vähentää kaatumistaipumusta, mutta katon lujuus ja matkustajien pitäminen auton sisällä ovat silti tarpeen.
Akusto ja sen kotelo voivat jäykistää lattiaa, mutta tulos riippuu korin ja akuston liitoksista sekä kuormien siirtotavasta.
Sähköautot ovat usein ulkomittoihinsa nähden painavia. Suurempi massa voi suojata matkustajia törmäyksessä kevyemmän ajoneuvon kanssa, mutta samalla se kasvattaa toiseen ajoneuvoon kohdistuvia voimia, joten törmäysyhteensopivuudella on merkitystä.
Tasainen lattia voi muuttaa istuma-asentoa ja reisien alapuolista tukea, mikä on otettava huomioon turvavyön, istuimen ja turvatyynyn kalibroinnissa.

Nämä ovat teknisiä lähtökohtia, eivät todiste siitä, että jokainen sähköauto olisi jokaista polttomoottoriajoneuvoa turvallisempi. Lopputulos on tarkistettava täsmälleen kyseisen mallin osalta.

Mercedes-Benzin rakenteellisen turvallisuuden kehitys ja testaus. Mercedes-Benz / YouTube.

Materiaalit ja valmistus

Nykyaikaisissa koreissa yhdistetään pehmeää terästä, kehittyneitä ja puristuskarkaistuja teräksiä, valettuja ja pursotettuja alumiiniosia, liimoja, pistehitsauksia, niittejä ja räätälöityjä levyaihioita. Materiaalilaatu valitaan paikallisen tehtävän mukaan: hallittu taittuminen, luja vahvike, liitoksen vakaus, korroosionkestävyys, valmistettavuus tai korjattavuus.

Suuret valuosat ja rakenteelliset akkukonseptit voivat vähentää osien määrää ja muuttaa kuormitusreittejä, mutta kumpikaan ei ole automaattisesti turvallisempi. Suorituskyvyn ratkaisevat liitosten suunnittelu, valulaatu, murtumiskäyttäytyminen, varmistukset, vaihdettavat törmäyskotelot ja koko testattu rakenne.

Tietokonesimuloinnin avulla insinöörit voivat tutkia monia törmäyskokoonpanoja ennen fyysisten prototyyppien valmistamista. Fyysiset osa-, kelkka-, este-, pylväs- ja ajoneuvojen väliset testit ovat edelleen välttämättömiä, koska mallien on vastattava todellisia materiaaleja, liitoksia, testinukkeja ja vauriotapoja.

Mitä törmäystestit paljastavat

Törmäystestivideo voi näyttää dramaattiselta silloinkin, kun rakenne toimii suunnitellusti. Hyödyllistä näyttöä ovat mitattu törmäyspulssi, jalkatilan ja pilarien tunkeumat, oviaukon muodonmuutos, testinuken vammoja kuvaavat mittaustulokset, turvajärjestelmien yhteistoiminta, akun kunto sekä ovien ja hätäjärjestelmien toiminta iskun jälkeen.

Pienen limityksen testit ovat erityisen paljastavia, koska isku voi ohittaa tärkeimmät etummaiset pitkittäispalkit. IIHS kertoo, että sen kuljettajan puolen pienen limityksen arvioinnissa hyvin suoriutuneissa ajoneuvoissa on todellisissa etutörmäyksissä havaittu pienempi kuljettajan kuolemanriski kuin heikosti luokitelluissa ajoneuvoissa.

Vuoden 1959 Chevrolet Bel Airin ja vuoden 2009 Chevrolet Malibun törmäystesti. IIHS / YouTube.

Vuoden 1998 Toyota Corollan ja vuoden 2015 Toyota Corollan välinen törmäystesti. Global NCAP / YouTube.

Vertailuvideot osoittavat myös ajoneuvon iän merkityksen. Lujemmat matkustamot, parannetut kuormitusreitit ja koordinoidut turvajärjestelmät ovat muuttaneet törmäysten seurauksia huomattavasti, mutta eri massojen ja testikokoonpanojen tuloksia on silti tulkittava huolellisesti.

Korjattavuus on osa suunnittelua

Turvallinen korjaus törmäyksen jälkeen tarkoittaa kuormitusreittien, liitosten, korroosiosuojauksen, anturien kiinnityspisteiden ja akun eristyksen palauttamista, ei vain ulkopinnan oikaisemista. Joissakin rakenteissa käytetään vaihdettavia törmäyskoteloita tai osittaisia korjausmenettelyjä, kun taas toisissa suuri valuosa, pitkittäispalkki tai akuston kotelo on vaihdettava.

Ennen vaurioituneen sähköauton ostamista tai korjaamista tarkista valmistajan rakennekorjausohje, suurjännitemenettely, mittausvaatimukset, liima- ja kiinnitintiedot sekä anturien kalibrointiohjeet. Huono korjaus voi heikentää sekä passiivista turvallisuutta että ADAS-järjestelmien suorituskykyä.

Katso korin tukemista turvajärjestelmistä Turvavyöt ja Turvatyynyt sekä koko ajoneuvon arviointiin käytettävistä testeistä Törmäystestit ja turvallisuusluokitukset.