Segurança estrutural

A segurança estrutural se baseia na deformação controlada. A carroceria precisa absorver e redirecionar a energia da colisão para fora da cabine, preservar um espaço de sobrevivência utilizável e manter o sistema de retenção e a bateria de alta tensão dentro de seus limites de projeto.

Rígida onde é necessário, deformável onde é útil

Uma carroceria segura não é simplesmente a mais rígida. As estruturas de deformação dianteiras e traseiras precisam se deformar progressivamente para que o veículo mude de velocidade ao longo de mais tempo e distância. Ao redor dos ocupantes, a célula de passageiros precisa de resistência suficiente para limitar a intrusão e manter as portas, os bancos, os cintos e os airbags em posições úteis.

Os engenheiros criam vários caminhos de carga por longarinas, subchassis, soleiras, travessas, colunas, longarinas do teto e assoalho. Diferentes caminhos são ativados em colisões com sobreposição total, moderada ou pequena, além de impactos laterais, traseiros, contra postes, capotamentos e situações semelhantes à entrada por baixo de outro veículo. Um projeto com bom desempenho em uma direção ainda pode apresentar uma deficiência em outra.

As principais funções são:

Administrar o pulso da colisão: deformar progressivamente em vez de parar abruptamente o compartimento dos ocupantes.
Preservar o espaço de sobrevivência: limitar o movimento da coluna de direção, dos pedais, do painel, das portas, do teto e do assoalho para dentro da cabine.
Apoiar os sistemas de retenção: manter as ancoragens dos cintos, os bancos e as áreas de acionamento dos airbags nas posições usadas para a calibração.
Proteger outros usuários da via: administrar a compatibilidade com veículos de diferentes dimensões e massas e reduzir o contato externo prejudicial para pedestres e ciclistas.

Impactos laterais e espaço dos ocupantes

Os impactos laterais deixam pouca distância de deformação entre o objeto que atinge o veículo e o ocupante. A soleira, a coluna B, a longarina do teto, as barras das portas, as travessas do assoalho, a estrutura do banco e os airbags laterais precisam dividir o trabalho. Os testes contra postes concentram a força em uma área estreita, enquanto os testes do lado oposto analisam o movimento em direção ao centro do veículo.

A estrutura lateral é especialmente importante em um veículo elétrico com plataforma do tipo skateboard porque a bateria normalmente ocupa grande parte do assoalho entre os eixos. O projeto precisa limitar tanto a intrusão na cabine quanto a deformação da caixa da bateria.

Proteção da bateria de tração

A caixa da bateria faz parte de um sistema de proteção em camadas. Dependendo da plataforma, ela pode ser um conjunto removível ou contribuir mais diretamente para a rigidez da carroceria. As soleiras e travessas ao redor encaminham as cargas laterais, as proteções inferiores resistem a detritos da pista e as longarinas e seções da caixa da bateria controlam a deformação local.

A proteção mecânica é apenas uma camada. O sistema de gerenciamento da bateria monitora as células e o isolamento, enquanto os contatores ou dispositivos pirotécnicos podem desconectar o barramento de alta tensão após uma colisão que atenda às condições de acionamento. A regulamentação aborda choque elétrico, vazamento de eletrólito, incêndio, integridade mecânica, vibração, temperatura e riscos de propagação térmica. O segurança da bateria trata em detalhes dessas proteções no nível da bateria.

A intrusão na bateria não é a única medida importante. Uma célula danificada pode desenvolver um curto-circuito interno sem deformação externa evidente, e um veículo que tenha sofrido um impacto grave na parte inferior ou lateral pode precisar ser isolado, inspecionado e monitorado de acordo com os procedimentos de emergência e reparo do fabricante.

Como a arquitetura elétrica muda o problema

Uma plataforma de veículo elétrico oferece aos engenheiros diferentes oportunidades e restrições:

A ausência de um motor a combustão pode liberar espaço na dianteira, mas a direção, a suspensão, o HVAC, o carregamento, a eletrônica de potência e as estruturas de colisão ainda disputam espaço.
Uma bateria montada em posição baixa normalmente reduz o centro de gravidade, o que pode diminuir a tendência ao capotamento, mas a resistência do teto e a retenção dos ocupantes continuam necessárias.
A bateria e sua caixa podem aumentar a rigidez do assoalho, mas o resultado depende de como a carroceria e a bateria são conectadas e de como as cargas são transferidas.
Os veículos elétricos costumam ser pesados para suas dimensões externas. Uma massa maior pode proteger os ocupantes em uma colisão com um veículo mais leve, aumentando ao mesmo tempo as forças exercidas sobre o outro veículo, por isso a compatibilidade em colisões é importante.
O assoalho plano pode alterar a posição sentada e o apoio sob as coxas, o que a calibração do cinto, do banco e do airbag precisa acomodar.

Esses são fatores de engenharia, não provas de que todos os veículos elétricos são mais seguros do que todos os veículos a combustão. O resultado precisa ser verificado para o modelo exato.

Desenvolvimento e testes de segurança estrutural da Mercedes-Benz. Mercedes-Benz / YouTube.

Materiais e fabricação

As carrocerias modernas combinam aço macio, aços avançados e endurecidos por prensagem, peças fundidas e extrudadas de alumínio, adesivos, soldas por pontos, rebites e chapas de espessura variável. O tipo de material é escolhido para uma tarefa local: dobramento controlado, reforço de alta resistência, estabilidade das uniões, comportamento à corrosão, facilidade de fabricação ou reparo.

As grandes seções fundidas e os conceitos de bateria estrutural podem reduzir o número de peças e alterar os caminhos de carga, mas nenhum deles é automaticamente mais seguro. O projeto das uniões, a qualidade da fundição, o comportamento das trincas, a redundância, as caixas de colisão substituíveis e toda a estrutura testada determinam o desempenho.

A simulação computacional permite que os engenheiros estudem muitas configurações de impacto antes da existência de protótipos físicos. Os testes físicos de componentes, trenós, barreiras, postes e veículo contra veículo continuam essenciais porque os modelos precisam ser correlacionados com materiais, uniões, bonecos e modos de falha reais.

O que os testes de colisão revelam

Um vídeo de um teste de colisão pode parecer dramático mesmo quando a estrutura funciona como previsto. Entre as evidências úteis estão o pulso de colisão medido, a intrusão na área dos pés e nas colunas, a deformação da abertura das portas, as medidas de lesão dos bonecos, a interação dos sistemas de retenção, o estado da bateria e o funcionamento das portas e dos sistemas de emergência após o impacto.

Os testes de pequena sobreposição são especialmente reveladores porque o impacto pode não atingir as longarinas dianteiras principais. O IIHS informa que os veículos com bom desempenho em sua avaliação de pequena sobreposição do lado do motorista apresentaram menor risco de morte do motorista em colisões frontais reais do que os veículos com classificação ruim.

Teste de colisão entre um Chevrolet Bel Air 1959 e um Chevrolet Malibu 2009. IIHS / YouTube.

Teste de colisão entre um Toyota Corolla 1998 e um Toyota Corolla 2015. Global NCAP / YouTube.

Os vídeos comparativos também mostram por que a idade do veículo é importante. Células de passageiros mais resistentes, caminhos de carga aprimorados e sistemas de retenção coordenados mudaram substancialmente os resultados das colisões, mas resultados com massas e configurações de teste diferentes ainda exigem uma interpretação cuidadosa.

A reparabilidade faz parte do projeto

Após uma colisão, um reparo seguro implica restaurar caminhos de carga, uniões, proteção contra corrosão, pontos de montagem dos sensores e isolamento da bateria — não apenas fazer com que o exterior pareça alinhado. Alguns projetos usam caixas de colisão substituíveis ou procedimentos de reparo por seções; outros exigem a substituição de uma grande peça fundida, longarina ou caixa da bateria.

Antes de comprar ou reparar um veículo elétrico danificado, consulte o manual de reparo estrutural do fabricante, o procedimento de alta tensão, os requisitos de medição, as especificações de adesivos e fixadores e as instruções de calibração dos sensores. Um reparo ruim pode comprometer tanto a segurança passiva quanto o desempenho dos ADAS.

Consulte os cintos de segurança e os airbags para conhecer os sistemas de retenção apoiados pela carroceria e o artigo sobre testes de colisão e classificações de segurança para conhecer os testes usados na avaliação do veículo completo.