Зо́ни деформа́ції або зо́ни контрольо́ваної деформа́ції (англ. crumple zone або англ. crush space) — це спеціальні частини кузова автомобіля, що поглинають енергію, яка виникає в результаті зіткнення. Це дозволяє захистити пасажирів від різкого впливу сили удару. Такі елементи входять до складу системи пасивної безпеки автомобіля. Останнім часом аналогічною системою почали оснащувати залізничні вагони.
Основні положення
За рахунок утворення зон деформації кузова, каркас автомобіля (зона безпеки) під час аварії зазнає менших ушкоджень. Також вони знижують силу інерції, яка впливає на пасажирів під час удару. Це відбувається за рахунок збільшення тривалості сповільнення автомобіля при ударі. Як результат пасажир, який використовує ремені безпеки, відчуває менше навантаження, що в свою чергу збільшує шанси на виживання при аварії.
Якщо автомобіль рухається зі швидкістю v=36 км/год (10 м/с) у результаті удару у нерухому перешкоду гасить усю свою швидкість на ділянці деформування довжиною s=25 см, то тривалість такого удару буде становити:
а людина, що перебуває в автомобілі зазнає перевантаження
де — прискорення вільного падіння.
Автомобіль, який матиме у два рази довшу зону деформації при цій же швидкості буде зминати цю зону у два рази довше, створюючи для пасажирів перевантаження величиною .
Це перевантаження триває частки секунди — а точніше, як результат із записаних вище рівнянь — від декількох до кільканадцяти сотих секунди.
Історична довідка
На попередніх етапах розвитку моторизації аж до 1950-х років не приділялась увага поведінці автомобіля під час аварії. Автомобілі виготовлялись на жорсткій рамі без спеціальних зон деформування. Такі конструкції мали надлишкову міцність передка і занадто ослаблену зону розташування пасажирів. Засоби безпеки автомобіля при ударах у разі зіткнення, зазвичай, обмежувалася бампером, роль якого була не так, щоб підвищити рівень безпеки, а скоріше, щоб захистити кузов автомобіля від ушкоджень, при невеликих зіткненнях. Безпека пасажирів та інших учасників дорожнього руху була справою другорядною у порівнянні із досяжною швидкістю руху чи зручністю для пасажира (характерне для США) чи ціною виготовлення та експлуатації (характерне для країн Європи).
Одна з перших концепцій зон деформації була запроваджена компанією Mercedes-Benz на початку 1950-х років. Перші дослідні роботи проводились на автомобілі (Mercedes-Benz W120 «Ponton»), а першим автомобілем в історії автомобілебудування в конструкцію якого були закладені принципи пасивної безпеки став Mercedes-Benz W111, що появився на ринку у 1959 році.
Основоположником концепції комплексної пасивної безпеки, основи розуміння якої були викладені в патенті, виданому у 1952 році за номером 854157 був конструктор компанії Mercedes-Benz Бела Барені. Завдяки його винаходу з'явилось поняття «зона деформації». Барені запропонував будувати автомобіль з трьох послідовно розташованих в плані зон, в середині «зона безпеки» — у конструктивному виконанні це жорсткий каркас або капсула покликана забезпечити геометричну цілісність і недопущення проникнення в салон сторонніх елементів конструкції автомобіля. Спереду і ззаду зони безпеки розташовуються зони деформації які окрім характерних для них конструктивних властивостей наділяються ще функцією поглинання (розсіювання) кінетичної енергії удару від зіткнення шляхом деформування спеціально з урахуванням цього сконструйованих силових елементів конструкції кузова.
Конструктивні особливості
Сучасні автомобілі у процесі проектування піддаються ударним випробуванням (краш-тестам від англ. crash test) з метою доведення до оптимального значення поглинутої енергії та величини зминання при ударі спереду (при лобових зіткненнях), ззаду (при ударах ззаду) та бокових ударах. Надмірно слабка зона деформації не зможе поглинути усієї механічної енергії і після зминання деформуватись буде зона безпеки, занадто міцна спричинить ще до свого повного зминання деформацію зони безпеки (каркаса салону). Принципи конструювання кузовів автомобілів вимагають також, щоб у результаті зминання зони деформації її елементи не проникали у зону безпеки (елементи кермувальної системи, системи керування муфтою зчеплення тощо). Для авто із переднім розташуванням двигуна для підвищення безпеки використовується відповідне підсилення та нахилена зміцнена плита між кабіною і моторним відсіком, що спрямовує втискання двигуна під кабіну, щоб захистити ноги водія та переднього пасажира.
Основна конструкція зон зминання базується на використанні лонжеронів з гофрованими зонами та отворами по периметру. Згідно з дослідженнями British Motor Insurance Repair Research Centre пошкодження під час аварій розподіляються таким чином: 65% на передню частину, 25% на задню частину, 5% на лівий бік і 5% на правий бік.
Наприклад, зона зминання в автомобіля Volvo S40 становить 62 см, а у моделі S80 навіть 69 см (в умовах стандартних краш-тестів).
Функції
Зони деформації працюють за принципом управління енергією удару. Основна суть цієї системи — поглинання енергії зовнішньою частиною автомобіля, за рахунок чого салон практично не деформується, а пасажири краще захищені від травм. Такий ефект досягається шляхом ослаблення зовнішньої частини кузова та зміцнення його внутрішньої частини балками підвищеної міцності, тому салон знаходиться в «зоні безпеки».
Коли автомобіль рухається з великою швидкістю, він має імпульс, зменшення якого при ударі прямо пропорційне добутку зусилля, що діє на рухомий об'єкт на час дії зусилля. Тому, чим різкіший удар (менша тривалість дії зусилля) тим більших перевантажень зазнають пасажири при ударі. Метою зони деформації є поглинання енергії руху для зниження різниці швидкостей автомобіля і його пасажирів.
Ремінь безпеки утримують пасажирів від вильоту через лобове скло, задають правильну позицію відносно подушок безпеки, а також знижують навантаження на організм. Ремені безпеки поглинають інерційну енергію пасажира, тим самим знижуючи перевантаження під час удару. Іншими словами: пасажир, який захищений і ременями безпеки і зоною деформації, має набагато більше шансів вижити або уникнути травм.
Послідовність поглинання енергії має такий вигляд: зони деформації — ремінь безпеки — подушки безпеки — м'який салон. Багаторічний досвід краш-тестів показує, автомобілі із зоною деформації при важких випробуваннях показують кращі результати, ніж автомобілі, що використовують окремо рами і шасі.
Див. також
Примітки
- AutoEvolutionHowCrumplezoneswork [ 18 червня 2014 у Wayback Machine.]. motoring.independent.co.uk (англ.)
- Bela Barenyi, Stuttgart-Rohr Kraftfahrzeug, insbesondere zur Beförderubg von Personen [ 23 вересня 2015 у Wayback Machine.] опубл. 30.10.1952. (нім.)
- Несбывшаяся мечта Белы Барени. История изобретателя автомобиля Volkswagen [ 2 квітня 2014 у Wayback Machine.] // Авторевю № 16, 2002 (рос.)
- Inventors Gallery: Biography Barényi [ 15 квітня 2014 у Wayback Machine.] (англ.)
- A. Robinson, W.A. Livesey The Repair of Vehicle Bodies P.406. 5th Edition. Butterworth-Heinemann, 2006. — (англ.)
Посилання
- Before and after crash between 1959 Bel Air and 2009 Malibu [ 27 серпня 2014 у Wayback Machine.]
- Stuntbusters: Head-On Collision 1962 Cadillac vs. 2002 Cadillac [ 27 березня 2014 у Wayback Machine.]
- Physics in the Crumple Zone — Plastics-Car.com [ 16 червня 2014 у Wayback Machine.]
- Have crash tests ever used live (or dead) human occupants? — Howstuffworks.com [ 20 березня 2012 у Wayback Machine.]
- How Crash Testing Works — Howstuffworks.com [ 12 липня 2011 у Wayback Machine.]
- Why is it still necessary to crash test vehicles? — Howstuffworks.com [ 1 грудня 2009 у Wayback Machine.]
- BBC News — How the dead have helped the living [ 12 лютого 2007 у Wayback Machine.]
- How Force, Power, Torque and Energy Work — Howstuffworks.com [ 2 січня 2012 у Wayback Machine.]
- How Crumple Zones Work — Howstuffworks.com [ 13 липня 2016 у Wayback Machine.]
- British Channel 5 TV 'Fifth Gear' programme. How a badly repaired Ford Focus crumple zone fails to work in a crash test.
- British Channel 5 TV 'Fifth Gear' programme. Renault Modus small car with 5 star NCAP rating vs 1990 Volvo 940GLE head on crash test. [ 2 червня 2014 у Wayback Machine.]
- Mythbusters — Car crash force [ 3 червня 2014 у Wayback Machine.]
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Zo ni deforma ciyi abo zo ni kontrolo vanoyi deforma ciyi angl crumple zone abo angl crush space ce specialni chastini kuzova avtomobilya sho poglinayut energiyu yaka vinikaye v rezultati zitknennya Ce dozvolyaye zahistiti pasazhiriv vid rizkogo vplivu sili udaru Taki elementi vhodyat do skladu sistemi pasivnoyi bezpeki avtomobilya Ostannim chasom analogichnoyu sistemoyu pochali osnashuvati zaliznichni vagoni Poshkodzheni v rezultati avariyi zoni deformaciyi i zberezhene pasazhirske viddilennya Energopoglinalni elementi shasi avtomobilya Renault Scenic Rozrizi dlya demonstraciyi riznih zon deformuvannya avtomobilya Saab 9000 Zona bezpeki vikonana iz zhorstkishih elementiv chervonij kolir u porivnyanni iz zonoyu deformaciyi zhovtij kolir Osnovni polozhennyaZa rahunok utvorennya zon deformaciyi kuzova karkas avtomobilya zona bezpeki pid chas avariyi zaznaye menshih ushkodzhen Takozh voni znizhuyut silu inerciyi yaka vplivaye na pasazhiriv pid chas udaru Ce vidbuvayetsya za rahunok zbilshennya trivalosti spovilnennya avtomobilya pri udari Yak rezultat pasazhir yakij vikoristovuye remeni bezpeki vidchuvaye menshe navantazhennya sho v svoyu chergu zbilshuye shansi na vizhivannya pri avariyi Yaksho avtomobil ruhayetsya zi shvidkistyu v 36 km god 10 m s u rezultati udaru u neruhomu pereshkodu gasit usyu svoyu shvidkist na dilyanci deformuvannya dovzhinoyu s 25 sm to trivalist takogo udaru bude stanoviti t 2 s v 2 0 25 10 0 05 c displaystyle t 2 cdot s over v 2 cdot 0 25 over 10 0 05c a lyudina sho perebuvaye v avtomobili zaznaye perevantazhennya a v 2 2 s displaystyle a v 2 over 2 cdot s 10 2 2 0 25 200 20 G displaystyle 10 2 over 2 cdot 0 25 200 approx 20 cdot mathcal G de G displaystyle mathcal G priskorennya vilnogo padinnya Avtomobil yakij matime u dva razi dovshu zonu deformaciyi pri cij zhe shvidkosti bude zminati cyu zonu u dva razi dovshe stvoryuyuchi dlya pasazhiriv perevantazhennya velichinoyu 10 G displaystyle approx 10 mathcal G Ce perevantazhennya trivaye chastki sekundi a tochnishe yak rezultat iz zapisanih vishe rivnyan vid dekilkoh do kilkanadcyati sotih sekundi Istorichna dovidkaNa poperednih etapah rozvitku motorizaciyi azh do 1950 h rokiv ne pridilyalas uvaga povedinci avtomobilya pid chas avariyi Avtomobili vigotovlyalis na zhorstkij rami bez specialnih zon deformuvannya Taki konstrukciyi mali nadlishkovu micnist peredka i zanadto oslablenu zonu roztashuvannya pasazhiriv Zasobi bezpeki avtomobilya pri udarah u razi zitknennya zazvichaj obmezhuvalasya bamperom rol yakogo bula ne tak shob pidvishiti riven bezpeki a skorishe shob zahistiti kuzov avtomobilya vid ushkodzhen pri nevelikih zitknennyah Bezpeka pasazhiriv ta inshih uchasnikiv dorozhnogo ruhu bula spravoyu drugoryadnoyu u porivnyanni iz dosyazhnoyu shvidkistyu ruhu chi zruchnistyu dlya pasazhira harakterne dlya SShA chi cinoyu vigotovlennya ta ekspluataciyi harakterne dlya krayin Yevropi Odna z pershih koncepcij zon deformaciyi bula zaprovadzhena kompaniyeyu Mercedes Benz na pochatku 1950 h rokiv Pershi doslidni roboti provodilis na avtomobili Mercedes Benz W120 Ponton a pershim avtomobilem v istoriyi avtomobilebuduvannya v konstrukciyu yakogo buli zakladeni principi pasivnoyi bezpeki stav Mercedes Benz W111 sho poyavivsya na rinku u 1959 roci Osnovopolozhnikom koncepciyi kompleksnoyi pasivnoyi bezpeki osnovi rozuminnya yakoyi buli vikladeni v patenti vidanomu u 1952 roci za nomerom 854157 buv konstruktor kompaniyi Mercedes Benz Bela Bareni Zavdyaki jogo vinahodu z yavilos ponyattya zona deformaciyi Bareni zaproponuvav buduvati avtomobil z troh poslidovno roztashovanih v plani zon v seredini zona bezpeki u konstruktivnomu vikonanni ce zhorstkij karkas abo kapsula poklikana zabezpechiti geometrichnu cilisnist i nedopushennya proniknennya v salon storonnih elementiv konstrukciyi avtomobilya Speredu i zzadu zoni bezpeki roztashovuyutsya zoni deformaciyi yaki okrim harakternih dlya nih konstruktivnih vlastivostej nadilyayutsya she funkciyeyu poglinannya rozsiyuvannya kinetichnoyi energiyi udaru vid zitknennya shlyahom deformuvannya specialno z urahuvannyam cogo skonstrujovanih silovih elementiv konstrukciyi kuzova Konstruktivni osoblivostiSuchasni avtomobili u procesi proektuvannya piddayutsya udarnim viprobuvannyam krash testam vid angl crash test z metoyu dovedennya do optimalnogo znachennya poglinutoyi energiyi ta velichini zminannya pri udari speredu pri lobovih zitknennyah zzadu pri udarah zzadu ta bokovih udarah Nadmirno slabka zona deformaciyi ne zmozhe poglinuti usiyeyi mehanichnoyi energiyi i pislya zminannya deformuvatis bude zona bezpeki zanadto micna sprichinit she do svogo povnogo zminannya deformaciyu zoni bezpeki karkasa salonu Principi konstruyuvannya kuzoviv avtomobiliv vimagayut takozh shob u rezultati zminannya zoni deformaciyi yiyi elementi ne pronikali u zonu bezpeki elementi kermuvalnoyi sistemi sistemi keruvannya muftoyu zcheplennya tosho Dlya avto iz perednim roztashuvannyam dviguna dlya pidvishennya bezpeki vikoristovuyetsya vidpovidne pidsilennya ta nahilena zmicnena plita mizh kabinoyu i motornim vidsikom sho spryamovuye vtiskannya dviguna pid kabinu shob zahistiti nogi vodiya ta perednogo pasazhira Osnovna konstrukciya zon zminannya bazuyetsya na vikoristanni lonzheroniv z gofrovanimi zonami ta otvorami po perimetru Zgidno z doslidzhennyami British Motor Insurance Repair Research Centre poshkodzhennya pid chas avarij rozpodilyayutsya takim chinom 65 na perednyu chastinu 25 na zadnyu chastinu 5 na livij bik i 5 na pravij bik Napriklad zona zminannya v avtomobilya Volvo S40 stanovit 62 sm a u modeli S80 navit 69 sm v umovah standartnih krash testiv FunkciyiToyota Camry pislya lobovogo zitknennya z derevom Zoni deformaciyi pracyuyut za principom upravlinnya energiyeyu udaru Osnovna sut ciyeyi sistemi poglinannya energiyi zovnishnoyu chastinoyu avtomobilya za rahunok chogo salon praktichno ne deformuyetsya a pasazhiri krashe zahisheni vid travm Takij efekt dosyagayetsya shlyahom oslablennya zovnishnoyi chastini kuzova ta zmicnennya jogo vnutrishnoyi chastini balkami pidvishenoyi micnosti tomu salon znahoditsya v zoni bezpeki Koli avtomobil ruhayetsya z velikoyu shvidkistyu vin maye impuls zmenshennya yakogo pri udari pryamo proporcijne dobutku zusillya sho diye na ruhomij ob yekt na chas diyi zusillya Tomu chim rizkishij udar mensha trivalist diyi zusillya tim bilshih perevantazhen zaznayut pasazhiri pri udari Metoyu zoni deformaciyi ye poglinannya energiyi ruhu dlya znizhennya riznici shvidkostej avtomobilya i jogo pasazhiriv Remin bezpeki utrimuyut pasazhiriv vid vilotu cherez lobove sklo zadayut pravilnu poziciyu vidnosno podushok bezpeki a takozh znizhuyut navantazhennya na organizm Remeni bezpeki poglinayut inercijnu energiyu pasazhira tim samim znizhuyuchi perevantazhennya pid chas udaru Inshimi slovami pasazhir yakij zahishenij i remenyami bezpeki i zonoyu deformaciyi maye nabagato bilshe shansiv vizhiti abo uniknuti travm Poslidovnist poglinannya energiyi maye takij viglyad zoni deformaciyi remin bezpeki podushki bezpeki m yakij salon Bagatorichnij dosvid krash testiv pokazuye avtomobili iz zonoyu deformaciyi pri vazhkih viprobuvannyah pokazuyut krashi rezultati nizh avtomobili sho vikoristovuyut okremo rami i shasi Div takozhPasivna bezpeka Krash testPrimitkiAutoEvolutionHowCrumplezoneswork 18 chervnya 2014 u Wayback Machine motoring independent co uk angl Bela Barenyi Stuttgart Rohr Kraftfahrzeug insbesondere zur Beforderubg von Personen 23 veresnya 2015 u Wayback Machine opubl 30 10 1952 nim Nesbyvshayasya mechta Bely Bareni Istoriya izobretatelya avtomobilya Volkswagen 2 kvitnya 2014 u Wayback Machine Avtorevyu 16 2002 ros Inventors Gallery Biography Barenyi 15 kvitnya 2014 u Wayback Machine angl A Robinson W A Livesey The Repair of Vehicle Bodies P 406 5th Edition Butterworth Heinemann 2006 ISBN 978 0 7506 6753 1 angl PosilannyaBefore and after crash between 1959 Bel Air and 2009 Malibu 27 serpnya 2014 u Wayback Machine Stuntbusters Head On Collision 1962 Cadillac vs 2002 Cadillac 27 bereznya 2014 u Wayback Machine Physics in the Crumple Zone Plastics Car com 16 chervnya 2014 u Wayback Machine Have crash tests ever used live or dead human occupants Howstuffworks com 20 bereznya 2012 u Wayback Machine How Crash Testing Works Howstuffworks com 12 lipnya 2011 u Wayback Machine Why is it still necessary to crash test vehicles Howstuffworks com 1 grudnya 2009 u Wayback Machine BBC News How the dead have helped the living 12 lyutogo 2007 u Wayback Machine How Force Power Torque and Energy Work Howstuffworks com 2 sichnya 2012 u Wayback Machine How Crumple Zones Work Howstuffworks com 13 lipnya 2016 u Wayback Machine British Channel 5 TV Fifth Gear programme How a badly repaired Ford Focus crumple zone fails to work in a crash test British Channel 5 TV Fifth Gear programme Renault Modus small car with 5 star NCAP rating vs 1990 Volvo 940GLE head on crash test 2 chervnya 2014 u Wayback Machine Mythbusters Car crash force 3 chervnya 2014 u Wayback Machine