Segurança estrutural
A segurança estrutural baseia-se na deformação controlada. A carroçaria tem de absorver e redirecionar a energia da colisão fora do habitáculo, preservar um espaço de sobrevivência utilizável e manter o sistema de retenção e a bateria de alta tensão dentro dos respetivos limites de projeto.
Rígida onde é necessário, deformável onde é útil
Uma carroçaria segura não é simplesmente a mais rígida. As estruturas de deformação dianteiras e traseiras têm de se deformar progressivamente, para que o veículo altere a velocidade ao longo de mais tempo e distância. Em 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 através de longarinas, subchassis, embaladeiras, travessas, pilares, longarinas do tejadilho e piso. Diferentes caminhos são ativados em colisões com sobreposição total, moderada ou pequena, bem como em impactos laterais, traseiros, contra postes, capotamentos e situações semelhantes a um encaixe por baixo de outro veículo. Uma conceção com bom desempenho numa direção pode ainda apresentar uma deficiência noutra.
As principais funções são:
- Gerir 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 de instrumentos, das portas, do tejadilho e do piso para dentro do habitáculo.
- Apoiar os sistemas de retenção: manter as fixações dos cintos, os bancos e as zonas de acionamento dos airbags nas posições utilizadas para a calibração.
- Proteger outros utilizadores da estrada: gerir a compatibilidade com veículos de diferentes dimensões e massas e reduzir o contacto exterior lesivo para peões e ciclistas.
Impactos laterais e espaço dos ocupantes
Os impactos laterais deixam pouca distância de deformação entre o objeto que embate e o ocupante. A embaladeira, o pilar B, a longarina do tejadilho, as barras das portas, as travessas do piso, a estrutura do banco e os airbags laterais têm de partilhar o trabalho. Os ensaios contra postes concentram a força numa zona estreita, enquanto os ensaios do lado oposto analisam o movimento para o centro do veículo.
A estrutura lateral é especialmente importante num veículo elétrico com plataforma do tipo skateboard, porque a bateria ocupa normalmente grande parte do piso entre os eixos. A conceção tem de limitar tanto a intrusão no habitáculo como a deformação da caixa da bateria.
Proteção da bateria de tração
A caixa da bateria faz parte de um sistema de proteção por camadas. Consoante a plataforma, pode ser um conjunto amovível ou contribuir mais diretamente para a rigidez da carroçaria. As embaladeiras e travessas circundantes encaminham as cargas laterais, as proteções inferiores resistem aos detritos da estrada e as longarinas e secções da caixa da bateria controlam a deformação local.
A proteção mecânica é apenas uma camada. O sistema de gestão da bateria monitoriza as células e o isolamento, enquanto os contactores ou dispositivos pirotécnicos podem desligar o barramento de alta tensão após uma colisão que cumpra as condições de acionamento. A regulamentação aborda o choque elétrico, a fuga de eletrólito, o incêndio, a integridade mecânica, a vibração, a temperatura e os riscos de propagação térmica. O segurança da bateria trata em pormenor estas proteções ao nível da bateria.
A intrusão na bateria não é a única medida relevante. Uma célula danificada pode desenvolver um curto-circuito interno sem deformação exterior evidente, e um veículo que tenha sofrido um impacto grave na parte inferior ou lateral pode ter de ser isolado, inspecionado e monitorizado de acordo com os procedimentos de emergência e reparação do fabricante.
Como a arquitetura elétrica altera o problema
Uma plataforma de veículo elétrico oferece aos engenheiros diferentes oportunidades e restrições:
- A ausência de um motor de combustão pode libertar volume na dianteira, mas a direção, a suspensão, o HVAC, o carregamento, a eletrónica de potência e as estruturas de colisão continuam a disputar espaço.
- Uma bateria montada em baixo reduz normalmente o centro de gravidade, o que pode diminuir a propensão para o capotamento, mas a resistência do tejadilho e a retenção dos ocupantes continuam a ser necessárias.
- A bateria e a respetiva caixa podem aumentar a rigidez do piso, mas o resultado depende da forma como a carroçaria e a bateria estão ligadas e de como as cargas são transferidas.
- Os veículos elétricos são frequentemente pesados para as suas dimensões exteriores. Uma massa superior pode proteger os ocupantes numa colisão com um veículo mais leve, aumentando simultaneamente as forças exercidas sobre o outro veículo, pelo que a compatibilidade em colisão é importante.
- O piso plano pode alterar a posição sentada e o apoio sob as coxas, que a calibração do cinto, do banco e do airbag tem de acomodar.
Estes são fatores de engenharia, não provas de que todos os veículos elétricos são mais seguros do que todos os veículos de combustão. O resultado tem de ser verificado para o modelo exato.
Desenvolvimento e ensaios de segurança estrutural da Mercedes-Benz. Mercedes-Benz / YouTube.
Materiais e fabrico
As carroçarias modernas combinam aço macio, aços avançados e endurecidos por prensagem, peças fundidas e extrudidas de alumínio, adesivos, soldaduras por pontos, rebites e chapas de espessura variável. O tipo de material é escolhido para uma tarefa local: dobragem controlada, reforço de alta resistência, estabilidade das uniões, comportamento à corrosão, facilidade de fabrico ou reparação.
As grandes secções 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. A conceção das uniões, a qualidade da fundição, o comportamento das fissuras, a redundância, as caixas de colisão substituíveis e toda a estrutura ensaiada determinam o desempenho.
A simulação computacional permite aos engenheiros estudar muitas configurações de impacto antes de existirem protótipos físicos. Os ensaios físicos de componentes, trenós, barreiras, postes e veículo contra veículo continuam a ser essenciais, porque os modelos têm de ser correlacionados com materiais, uniões, manequins e modos de falha reais.
O que revelam os ensaios de colisão
Um vídeo de um ensaio 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 zona dos pés e nos pilares, a deformação da abertura das portas, as medidas de lesão dos manequins, a interação dos sistemas de retenção, o estado da bateria e o funcionamento das portas e dos sistemas de emergência após o impacto.
Os ensaios de pequena sobreposição são particularmente reveladores porque o impacto pode não atingir as longarinas dianteiras principais. O IIHS informa que os veículos com bom desempenho na sua avaliação de pequena sobreposição do lado do condutor apresentaram um risco de morte do condutor inferior em colisões frontais reais ao dos veículos com má classificação.
Ensaio de colisão entre um Chevrolet Bel Air de 1959 e um Chevrolet Malibu de 2009. IIHS / YouTube.
Ensaio de colisão entre um Toyota Corolla de 1998 e um Toyota Corolla de 2015. Global NCAP / YouTube.
Os vídeos comparativos mostram também por que razão a idade do veículo é importante. Células de passageiros mais resistentes, caminhos de carga melhorados e sistemas de retenção coordenados alteraram substancialmente os resultados das colisões, mas os resultados com massas e configurações de ensaio diferentes continuam a exigir uma interpretação cuidadosa.
A reparabilidade faz parte da conceção
Após uma colisão, uma reparação segura implica restaurar caminhos de carga, uniões, proteção contra a corrosão, pontos de montagem dos sensores e isolamento da bateria — não apenas fazer com que o exterior pareça direito. Algumas conceções utilizam caixas de colisão substituíveis ou procedimentos de reparação por secções; outras 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 reparação 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. Uma reparação deficiente pode comprometer tanto a segurança passiva como o desempenho dos ADAS.
Consulte os cintos de segurança e os airbags para conhecer os sistemas de retenção suportados pela carroçaria, e o artigo sobre ensaios de colisão e classificações de segurança para conhecer os ensaios utilizados na avaliação do veículo completo.