Bezpieczeństwo konstrukcyjne

Bezpieczeństwo konstrukcyjne opiera się na kontrolowanym odkształceniu. Nadwozie musi pochłaniać i przekierowywać energię zderzenia poza kabiną, zachowywać użyteczną przestrzeń przeżycia oraz utrzymywać system przytrzymujący i akumulator wysokiego napięcia w granicach założeń projektowych.

Sztywne tam, gdzie trzeba, podatne na odkształcenie tam, gdzie to pomaga

Bezpieczne nadwozie nie jest po prostu najsztywniejsze. Przednie i tylne strefy zgniotu muszą odkształcać się stopniowo, aby zmiana prędkości pojazdu następowała przez dłuższy czas i na większym odcinku. Wokół pasażerów klatka kabiny musi być wystarczająco mocna, by ograniczać wtargnięcie elementów oraz utrzymywać drzwi, fotele, pasy i poduszki w położeniu umożliwiającym skuteczne działanie.

Inżynierowie tworzą wiele ścieżek przenoszenia obciążeń przez podłużnice, ramy pomocnicze, progi, belki poprzeczne, słupki, boczne belki dachu i podłogę. Różne ścieżki włączają się podczas zderzeń z pełnym, umiarkowanym lub małym pokryciem, uderzeń bocznych, tylnych i w słup, dachowania oraz zderzeń z wjechaniem pod inny pojazd. Konstrukcja dobrze działająca w jednym kierunku może nadal mieć słabość w innym.

Główne zadania to:

Zarządzanie impulsem zderzenia: stopniowe odkształcanie zamiast gwałtownego zatrzymania przedziału pasażerskiego.
Zachowanie przestrzeni przeżycia: ograniczenie przemieszczania kolumny kierowniczej, pedałów, deski rozdzielczej, drzwi, dachu i podłogi do kabiny.
Podparcie urządzeń przytrzymujących: utrzymanie mocowań pasów, foteli i stref aktywacji poduszek w położeniach używanych do kalibracji.
Ochrona innych uczestników ruchu: zarządzanie kompatybilnością z pojazdami o różnych wymiarach i masie oraz ograniczanie szkodliwego kontaktu zewnętrznego w przypadku pieszych i rowerzystów.

Zderzenia boczne i przestrzeń pasażerów

Zderzenia boczne pozostawiają niewielką drogę zgniotu między uderzającym obiektem a pasażerem. Próg, słupek B, boczna belka dachu, belki drzwi, poprzeczki podłogi, konstrukcja fotela i boczne poduszki muszą wspólnie przejąć obciążenie. Próby uderzenia w słup skupiają siłę na wąskim obszarze, natomiast próby po dalszej stronie badają ruch ku środkowi pojazdu.

Konstrukcja boczna jest szczególnie ważna w samochodzie elektrycznym o platformie typu deskorolka, ponieważ akumulator zajmuje zwykle znaczną część podłogi między osiami. Konstrukcja musi ograniczać zarówno wtargnięcie do kabiny, jak i odkształcenie obudowy akumulatora.

Ochrona akumulatora trakcyjnego

Obudowa akumulatora stanowi część wielowarstwowego systemu ochrony. Zależnie od platformy może być wymiennym zespołem lub bardziej bezpośrednio zwiększać sztywność nadwozia. Otaczające progi i belki poprzeczne kierują obciążenia boczne, osłony podwozia chronią przed przedmiotami na drodze, a szyny akumulatora i części obudowy kontrolują miejscowe odkształcenia.

Ochrona mechaniczna to tylko jedna warstwa. System zarządzania akumulatorem monitoruje ogniwa i izolację, a styczniki lub urządzenia pirotechniczne mogą odłączyć szynę wysokiego napięcia po zderzeniu spełniającym odpowiednie warunki. Przepisy uwzględniają ryzyko porażenia, wycieku elektrolitu, pożaru, utraty integralności mechanicznej, drgań, temperatury i propagacji termicznej. Bezpieczeństwo akumulatora szczegółowo omawia te zabezpieczenia na poziomie akumulatora.

Wtargnięcie elementów do akumulatora nie jest jedynym ważnym kryterium. W uszkodzonym ogniwie może powstać zwarcie wewnętrzne bez widocznego odkształcenia zewnętrznego, a pojazd po silnym uderzeniu w podwozie lub bok może wymagać odizolowania, kontroli i monitorowania zgodnie z procedurami awaryjnymi i naprawczymi producenta.

Jak architektura samochodu elektrycznego zmienia problem

Platforma elektryczna daje inżynierom inne możliwości i ograniczenia:

Brak silnika spalinowego może zwolnić przestrzeń z przodu, lecz układ kierowniczy, zawieszenie, klimatyzacja, ładowanie, elektronika mocy i struktury zderzeniowe nadal konkurują o miejsce.
Nisko zamontowany akumulator zwykle obniża środek ciężkości, co może zmniejszać skłonność do dachowania, ale wytrzymałość dachu i utrzymanie pasażerów wewnątrz nadal są konieczne.
Akumulator i jego obudowa mogą zwiększać sztywność podłogi, lecz wynik zależy od sposobu połączenia nadwozia z akumulatorem i przenoszenia obciążeń.
Samochody elektryczne są często ciężkie w stosunku do wymiarów zewnętrznych. Większa masa może chronić pasażerów w zderzeniu z lżejszym pojazdem, zwiększając jednocześnie siły działające na ten drugi pojazd, dlatego ważna jest kompatybilność zderzeniowa.
Płaska podłoga może zmieniać pozycję siedzącą i podparcie ud, co trzeba uwzględnić w kalibracji pasa, fotela i poduszki.

Są to założenia inżynieryjne, a nie dowód, że każdy samochód elektryczny jest bezpieczniejszy od każdego pojazdu spalinowego. Wynik trzeba sprawdzić dla dokładnie określonego modelu.

Rozwój i testowanie bezpieczeństwa konstrukcyjnego Mercedes-Benz. Mercedes-Benz / YouTube.

Materiały i produkcja

Nowoczesne nadwozia łączą stal miękką, zaawansowane stale i stale hartowane w prasie, odlewy i profile aluminiowe, kleje, zgrzewy punktowe, nity oraz blachy o zróżnicowanych właściwościach. Gatunek materiału dobiera się do lokalnego zadania: kontrolowanego zgniatania, wzmocnienia o wysokiej wytrzymałości, stabilności połączeń, odporności na korozję, łatwości produkcji lub naprawy.

Duże elementy odlewane i koncepcje akumulatora strukturalnego mogą zmniejszać liczbę części i zmieniać ścieżki obciążeń, lecz żadne z tych rozwiązań nie jest automatycznie bezpieczniejsze. O osiągach decydują projekt połączeń, jakość odlewu, zachowanie pęknięć, redundancja, wymienne skrzynki zgniotu i kompletna przetestowana konstrukcja.

Symulacje komputerowe pozwalają inżynierom badać wiele konfiguracji uderzeń przed zbudowaniem fizycznych prototypów. Fizyczne próby podzespołów, na saniach, z barierą i słupem oraz zderzenia pojazdów pozostają niezbędne, ponieważ modele trzeba skorelować z rzeczywistymi materiałami, połączeniami, manekinami i sposobami uszkodzeń.

Co ujawniają próby zderzeniowe

Film z próby zderzeniowej może wyglądać dramatycznie nawet wtedy, gdy konstrukcja działa zgodnie z założeniami. Przydatne dowody obejmują zmierzony impuls zderzenia, wtargnięcie w strefie podłogi i słupków, odkształcenie otworu drzwiowego, pomiary obrażeń manekinów, współdziałanie urządzeń przytrzymujących, stan akumulatora oraz działanie drzwi i systemów awaryjnych po uderzeniu.

Próby z małym pokryciem są szczególnie wymowne, ponieważ uderzenie może ominąć główne przednie podłużnice. IIHS podaje, że pojazdy dobrze ocenione w próbie z małym pokryciem po stronie kierowcy wykazywały w rzeczywistych zderzeniach czołowych mniejsze ryzyko śmierci kierowcy niż pojazdy ocenione słabo.

Próba zderzeniowa Chevroleta Bel Air z 1959 roku i Chevroleta Malibu z 2009 roku. IIHS / YouTube.

Próba zderzeniowa Toyoty Corolli z 1998 roku i Toyoty Corolli z 2015 roku. Global NCAP / YouTube.

Filmy porównawcze pokazują też, dlaczego wiek pojazdu ma znaczenie. Mocniejsze przedziały pasażerskie, lepsze ścieżki obciążeń i skoordynowane urządzenia przytrzymujące znacząco zmieniły skutki zderzeń, jednak wyniki uzyskane przy różnych masach i konfiguracjach testowych nadal wymagają ostrożnej interpretacji.

Naprawialność jest częścią projektu

Bezpieczna naprawa po kolizji oznacza odtworzenie ścieżek obciążeń, połączeń, ochrony antykorozyjnej, punktów montażu czujników i izolacji akumulatora, a nie tylko wyprostowanie nadwozia. Niektóre konstrukcje wykorzystują wymienne skrzynki zgniotu lub procedury naprawy sekcyjnej; inne wymagają wymiany dużego odlewu, podłużnicy lub obudowy akumulatora.

Przed zakupem lub naprawą uszkodzonego samochodu elektrycznego sprawdź instrukcję napraw konstrukcyjnych producenta, procedurę dotyczącą wysokiego napięcia, wymagania pomiarowe, specyfikacje klejów i elementów mocujących oraz instrukcje kalibracji czujników. Zła naprawa może pogorszyć zarówno bezpieczeństwo bierne, jak i działanie ADAS.

Zobacz Pasy bezpieczeństwa i Poduszki powietrzne, aby poznać urządzenia przytrzymujące wspierane przez nadwozie, oraz Próby zderzeniowe i oceny bezpieczeństwa, aby dowiedzieć się o testach służących do oceny kompletnego pojazdu.