An toàn ô tô đã có một chặng đường dài trong vài thập kỷ qua và một trong những cải tiến hiệu quả nhất là khu vực xung quanh . Còn được gọi là khu vực thích thú , vùng nứt vỡ là các vùng của một chiếc xe được thiết kế để biến dạng và vỡ vụn khi va chạm. Điều này hấp thụ một phần năng lượng của va chạm, ngăn không cho nó truyền sang người ngồi trong xe.
Tất nhiên, việc giữ an toàn cho mọi người trong các vụ tai nạn ô tô không đơn giản bằng việc làm cho toàn bộ chiếc xe nát bét. Các kỹ sư phải cân nhắc nhiều yếu tố trong việc thiết kế những chiếc xe an toàn hơn, bao gồm kích thước và trọng lượng của xe, độ cứng của khung và các ứng suất mà chiếc xe có thể phải chịu khi va chạm. Ví dụ:ô tô đua chịu tác động nghiêm trọng hơn nhiều so với ô tô đường phố và xe SUV thường va chạm với lực nhiều hơn ô tô nhỏ.
Chúng ta sẽ tìm hiểu cách các khu vực vỡ vụn phân bổ lại lực lượng liên quan đến một vụ tai nạn, những khu vực vỡ vụn nào được tạo ra và tìm hiểu về một số hệ thống an toàn tiên tiến khác đang được thử nghiệm ngay bây giờ. Chúng tôi cũng sẽ tìm hiểu cách các khu vực xung quanh đã được kết hợp vào xe đua và tại sao một số trường hợp tử vong do đua xe có thể được ngăn chặn nếu môn thể thao này áp dụng các tính năng an toàn này sớm hơn. Chúng tôi thậm chí sẽ xem xét các khu vực vỡ vụn được thiết kế để hấp thụ tác động lớn của một vụ va chạm tàu hỏa.
Để tìm hiểu các lực liên quan đến một vụ va chạm và để tìm hiểu cách một khu vực xung quanh được thiết kế tốt có thể giảm thiểu thương tích cho người cư ngụ, hãy đọc trang tiếp theo.
Có gì trong một vùng tồi tệ?Các chi tiết cụ thể của thiết kế khu vực xung quanh thường là thông tin độc quyền mà các nhà sản xuất ô tô miễn cưỡng tiết lộ. Chúng có thể rất khác nhau, tùy thuộc vào kích thước và trọng lượng của xe. Các nhà thiết kế phải cân bằng giữa khả năng chống va đập quá nhiều và khả năng chống va đập quá ít. Các thiết kế đơn giản có thể bao gồm các đoạn khung được chế tạo để uốn cong ở một số khu vực nhất định hoặc thu gọn vào chính chúng. Các thiết kế tiên tiến hơn có thể sử dụng nhiều loại kim loại và các vật liệu khác được chế tạo cẩn thận để hấp thụ nhiều động năng nhất có thể. Những chiếc xe hiệu suất cao thường sử dụng thiết kế dạng tổ ong, mang lại độ cứng trong điều kiện bình thường, nhưng có thể xẹp xuống và vỡ vụn khi va chạm.
Nội dung
Bất cứ khi nào một chiếc ô tô tham gia vào một vụ va chạm, các lực động học có cường độ mạnh sẽ hoạt động. Một lượng lực nhất định hiện diện trong bất kỳ vụ va chạm nào. Các con số thực tế khác nhau dựa trên tốc độ và khối lượng của ô tô cũng như tốc độ và khối lượng của bất cứ thứ gì nó va vào. Các nhà vật lý đo lực này là gia tốc - ngay cả khi chuyển từ tốc độ cao xuống tốc độ thấp hơn, bất kỳ sự thay đổi tốc độ nào theo thời gian đều được gọi là gia tốc. Để tránh nhầm lẫn, chúng tôi sẽ gọi tăng tốc sự cố là giảm tốc .
Các vùng khắc nghiệt hoàn thành hai mục tiêu an toàn. Chúng làm giảm lực va chạm ban đầu và phân phối lại lực trước khi nó đến người ngồi trên xe.
Cách tốt nhất để giảm lực ban đầu trong một vụ va chạm với khối lượng và tốc độ nhất định là giảm tốc độ giảm dần. Bạn đã thấy hiệu ứng này cho chính mình nếu bạn phải hãm phanh vì bất kỳ lý do gì. Lực bạn gặp phải khi dừng khẩn cấp lớn hơn nhiều so với khi bạn giảm tốc độ dần dần khi dừng đèn. Trong một vụ va chạm, việc giảm tốc độ giảm thậm chí chỉ vài phần mười giây có thể tạo ra sự giảm mạnh lực liên quan. Lực là một phương trình đơn giản:
Cắt giảm một nửa sự giảm tốc cũng làm giảm một nửa lực. Do đó, việc thay đổi thời gian giảm tốc từ 0,2 giây thành 0,8 giây sẽ làm tổng lực giảm 75 phần trăm.
Các vùng gập ghềnh thực hiện điều này bằng cách tạo ra một vùng đệm xung quanh chu vi của xe. Một số bộ phận của ô tô vốn đã cứng và có khả năng chống biến dạng, chẳng hạn như khoang hành khách và động cơ. Nếu những bộ phận cứng nhắc đó va vào vật gì đó, chúng sẽ giảm tốc rất nhanh, dẫn đến rất nhiều lực. Bao quanh các bộ phận đó bằng các vùng co ngót cho phép các vật liệu ít cứng hơn chịu tác động ban đầu. Chiếc xe bắt đầu giảm tốc ngay khi khu vực xung quanh bắt đầu vỡ vụn, kéo dài quá trình giảm tốc thêm vài phần mười giây.
Các vùng gập ghềnh cũng giúp phân phối lại lực tác động. Tất cả lực lượng phải đến một nơi nào đó - mục đích là để xua đuổi nó khỏi những người cư ngụ. Hãy coi lực lượng tham gia vào một vụ va chạm là một lực lượng. Mọi thứ xảy ra với ô tô khi va chạm và mọi người bên trong ô tô tại thời điểm va chạm đều chịu một lực tác động. Nếu ô tô va vào một vật không đứng yên, như ô tô đang đậu, thì một lực nào đó sẽ được truyền sang vật đó. Nếu chiếc xe va vào một vật gì đó bằng một cú đánh đầu và quay hoặc lăn, phần lớn lực sẽ được sử dụng cho việc quay và lăn. Nếu các bộ phận của ô tô bay ra, thậm chí còn phải tiêu tốn nhiều lực hơn. Quan trọng nhất, thiệt hại cho chính chiếc xe chi tiêu lực lượng. Uốn các bộ phận của khung, đập tấm thân, làm vỡ kính - tất cả những hành động này đều cần năng lượng. Hãy nghĩ xem cần một lực bao nhiêu để bẻ cong khung thép của ô tô. Lực đó được dành để bẻ cong khung, vì vậy nó không bao giờ được truyền sang người ngồi trong xe.
Các khu nhăn nheo dựa trên khái niệm đó. Các bộ phận của xe được xây dựng với cấu trúc đặc biệt bên trong chúng được thiết kế để có thể bị hư hỏng, nhàu nát, nát và vỡ. Chúng tôi sẽ giải thích ngay về bản thân các cấu trúc, nhưng ý tưởng cơ bản là cần có lực để làm hỏng chúng. Vùng gập ghềnh dành nhiều lực nhất có thể để các bộ phận khác của xe cũng như người ngồi trong xe không bị ảnh hưởng.
Vậy tại sao không biến toàn bộ chiếc xe thành một khu vực khổng lồ? Và nếu bạn cần không gian cho vùng nứt để hấp thụ va chạm, bạn làm thế nào để chế tạo một chiếc ô tô nhỏ gọn với vùng nứt? Chúng tôi sẽ giải thích trong phần tiếp theo.
Người phát minh ra vùng tàn khốc
Béla Barényi là một kỹ sư và nhà phát minh đã dành phần lớn sự nghiệp của mình để làm việc cho Daimler-Benz. Tên của ông xuất hiện trên hơn 2.500 bằng sáng chế. Một trong những bằng sáng chế đó, được cấp vào năm 1952, giải thích cách một chiếc ô tô có thể được thiết kế với các khu vực ở phía trước và phía sau được xây dựng để biến dạng và hấp thụ động năng khi va chạm. Ông đưa khái niệm này vào sử dụng vào năm 1959 trên chiếc Mercedes-Benz W111 Fintail, chiếc xe đầu tiên sử dụng khu vực nứt nẻ [nguồn:Văn phòng Thương mại và Sáng chế Đức].
Tác động hấp thụ và chuyển hướng là rất tốt, nhưng nó không phải là vấn đề an toàn duy nhất mà các nhà thiết kế ô tô phải lo lắng. Khoang hành khách của ô tô phải chống được sự xâm nhập của các vật thể bên ngoài hoặc các bộ phận khác của ô tô, đồng thời phải giữ được với nhau để người ngồi trong xe không bị văng ra ngoài. Bạn không thể biến toàn bộ một chiếc xe thành một khu vực nhàu nát bởi vì bạn không muốn những người bên trong nó cũng bị nhàu nát. Đó là lý do tại sao xe ô tô được thiết kế với khung sườn cứng cáp, khỏe khoắn bao bọc lấy người ngồi, với các múi cau ở phía trước và phía sau. Giảm thiểu lực và phân bổ lại lực lượng được thực hiện bên trong khoang hành khách thông qua
sử dụng túi khí.
Có một số bộ phận của ô tô chỉ đơn giản là không thể vỡ vụn. Động cơ là nguyên nhân chính - trong hầu hết các loại xe, động cơ là một khối thép lớn và nặng. Không có nhàu nát ở đó. Điều này cũng đúng với các loại xe có khối động cơ bằng nhôm. Đôi khi, những chiếc xe phải được thiết kế lại để di chuyển động cơ ra xa hơn trong khung để thích ứng với khu vực xung quanh lớn hơn. Tuy nhiên, điều này cũng có thể gây ra vấn đề - nếu động cơ bị đẩy lùi vào khoang hành khách do va chạm, nó có thể gây ra thương tích.
Thùng nhiên liệu và bộ pin, trong xe điện hoặc xe hybrid, cũng cần được bảo vệ khỏi va đập để tránh hỏa hoạn hoặc tiếp xúc với hóa chất độc hại. Chúng có thể được thiết kế để một phần khung bảo vệ bể, nhưng phần khung đó có thể bị uốn cong do va đập. Ví dụ, nếu một chiếc ô tô bị đâm vào phía sau, khung xe sẽ uốn cong lên, nâng bình xăng ra khỏi đường và hấp thụ một số tác động. Những chiếc ô tô mới hơn có hệ thống cắt nguồn cung cấp nhiên liệu cho động cơ khi va chạm và Tesla Roadster, một chiếc ô tô điện hiệu suất cao, có hệ thống an toàn giúp tắt các bộ pin và rút toàn bộ năng lượng điện từ các dây cáp chạy khắp xe khi nó cảm nhận được trường hợp khẩn cấp [nguồn:Tesla Motors].
Tất nhiên, thật dễ dàng để xây dựng các khu vực vỡ vụn thành một chiếc xe lớn với nhiều chỗ để vỡ vụn trước khi khoang hành khách bị va chạm. Việc thiết kế các khu nhà rông thành các phương tiện nhỏ cần một chút sáng tạo. Một ví dụ điển hình là fortwo thông minh, cực kỳ nhỏ
và phương tiện hiệu quả. Người lái và hành khách được bao bọc trong ô an toàn tridion, một khung thép có độ cứng tuyệt vời cho kích thước của nó. Hình dạng được thiết kế để phân phối các tác động trên toàn bộ khung. Ở phía trước và phía sau của fortwo thông minh là những gì thông minh gọi là hộp va chạm . Đây là những khung thép nhỏ bị sụp đổ và vỡ vụn để hấp thụ các tác động. Bởi vì các hộp va chạm rất nhỏ, các tính năng hấp thụ va chạm khác đã được sử dụng để bổ sung cho chúng. Ví dụ, hộp số có thể hoạt động như một bộ giảm xóc trong trường hợp va chạm từ phía trước. Chiều dài cơ sở ngắn của fortwo có nghĩa là hầu hết mọi tác động sẽ liên quan đến lốp, bánh xe và hệ thống treo. Các thành phần này đã được thiết kế để biến dạng, vỡ ra hoặc bật lại, giúp hấp thụ nhiều động năng hơn khi va chạm [nguồn:smart USA].
Tiếp theo, chúng ta sẽ xem các khu vực xung quanh đang giúp giữ cho người lái xe đua yêu thích của bạn sống sót như thế nào.
Các khu vực lộn xộn trên xe lửa
Chúng ta đã nói về lực động học đáng kinh ngạc tại nơi làm việc khi một chiếc ô tô va chạm, nhưng hãy tưởng tượng lực liên quan khi hai đoàn tàu va chạm. Do trọng lượng khổng lồ của một đoàn tàu, một vụ va chạm có thể tạo ra lực lớn gấp hàng chục, thậm chí hàng trăm lần so với lực va chạm trong một vụ va chạm. Tuy nhiên, các khu vực xung quanh có thể được sử dụng ngay cả trong những trường hợp khắc nghiệt này. Bằng cách sử dụng mô phỏng máy tính 3D, các kỹ sư có thể xây dựng một khu vực nhàu nát sẽ biến dạng ổn định và đồng đều khi va chạm, hấp thụ lực tối đa có thể. Sau đó, các khu vực vỡ vụn được đặt ở cả hai đầu của mỗi toa trong đoàn tàu chở khách. Trong trường hợp xảy ra va chạm, phản ứng dây chuyền của các toa đâm vào nhau phân bố lực qua tất cả các khu vực xung quanh toa tàu. Điều đó có thể hấp thụ đủ lực tác động để tránh bị thương cho hành khách [nguồn:Thiết kế máy].
Ngay cả khi bạn không phải là một fan hâm mộ của đua xe ô tô, bạn có thể đã nhìn thấy hình ảnh của những vụ va chạm ngoạn mục, trong đó những chiếc xe đổ nhào xuống đường, các bộ phận văng ra mọi hướng khi chiếc xe bị phá hủy theo đúng nghĩa đen. Thật kỳ diệu, người lái xe đã trèo ra khỏi đống đổ nát và bỏ đi mà không bị thương. Trong khi những vụ va chạm này trông rất kinh hoàng, tất cả sự phá hủy ngoạn mục đó đang tiêu tốn động năng. Đó có lẽ không phải là một chuyến đi vui vẻ đối với người lái xe, nhưng chiếc xe đang thực hiện chính xác những gì nó được thiết kế để làm trong tình huống này - bảo vệ người ngồi trong ghế lái xe.
Cũng có một số trường hợp hiếm hoi khi một chiếc xe đua đâm phải một vật rắn ở tốc độ cao, chẳng hạn như vụ tai nạn của tay đua NASCAR Michael Waltrip tại Bristol năm 1990. Anh ta đâm vào đầu cùn của một bức tường bê tông ở tốc độ đua, và chiếc xe dừng lại rất đột ngột . Cú va chạm tạo ra những lực rất lớn, nhưng Waltrip không hề bị thương. Lý do là rõ ràng khi nhìn vào những gì còn lại của chiếc xe của anh ta vào ngày hôm đó. Nó đã bị phá hủy hoàn toàn và hoàn toàn. Tất cả lực lượng đó đã được dành cho việc phá hủy chiếc xe. Rõ ràng, sự cố đã vượt quá khả năng của bất kỳ khu vực xung đột nào, và trên thực tế, nó chỉ đơn giản là một vấn đề may mắn khi không có gì đột nhập vào khoang lái để làm bị thương Waltrip. Lực lượng phân phối lại đã cứu mạng anh ta.
Tuy nhiên, có một điểm trái ngược đáng tiếc với khái niệm này. Từ những năm 1980 đến đầu những năm 2000, đã có rất nhiều trường hợp tử vong do đua xe do khung gầm quá cứng. Có lẽ sự cố được biết đến rộng rãi nhất là cái chết của Dale Earnhardt Sr. trên chiếc Daytona 500 năm 2001. Vụ tai nạn ban đầu không có vẻ nghiêm trọng và chiếc xe dường như không bị hư hại nhiều; tuy nhiên, đó chính xác là vấn đề. Lực tác động rất lớn đã truyền thẳng vào người lái xe, khiến tài xế bị thương nặng ngay lập tức. Thương tích gây tử vong là gãy xương nền sọ, chấn thương vùng kết nối giữa hộp sọ và tủy sống. Chấn thương này là nguyên nhân gây tử vong trong nhiều vụ tai nạn đua xe ô tô, và nó xảy ra khi phần đầu của người lái xe hướng về phía trước khi va chạm trong khi cơ thể vẫn được cố định bởi dây đai an toàn. Trong khi các thiết bị nâng đỡ đầu và cổ đã làm giảm tỷ lệ gãy xương sọ nền, việc giảm lực tác động lên người lái xe cũng đóng một vai trò quan trọng.
Một số tay đua nổi tiếng khác đã bị giết trong thời kỳ này, cũng như những tay đua ít nổi tiếng hơn trong các hạng mô hình muộn và sửa đổi của NASCAR đang đua tại các đường đua trên khắp nước Mỹ. Lý do đằng sau sự gia tăng các vụ tai nạn chết người chỉ đơn giản là theo đuổi hiệu suất cao hơn. Các nhà thiết kế ô tô và nhóm nghiên cứu đã tìm cách xử lý tốt hơn bằng cách tạo ra một khung gầm cứng hơn. Điều này bao gồm việc thêm các thành phần vào khung, sử dụng đường ray khung thẳng và chuyển sang ống thép có thành dày hơn. Chắc chắn, họ đã làm cho khung xe trở nên cứng cáp hơn, nhưng khi những chiếc xe không linh hoạt này va vào một bức tường, thì không có gì đáng tiếc. Không có lực nào bị xe hấp thụ - người lái đã chịu phần lớn lực tác động.
Ngay cả trước khi Earnhardt qua đời vào năm 2001, các đường đua vẫn đang cố gắng tìm ra giải pháp cho vấn đề này. Các tuyến đường ở đông bắc Hoa Kỳ đã thử nghiệm với những khối xốp công nghiệp khổng lồ lót tường, một khái niệm tương tự như công nghệ tường mềm được sử dụng trên nhiều tàu siêu tốc ngày nay. Quan trọng hơn, những chiếc xe đã được thay đổi. Ống thép đo mỏng hơn hiện được sử dụng trên một số phần nhất định của khung xe và các thanh ray của khung được uốn cong hoặc khía để chúng biến dạng có thể đoán trước được khi va chạm.
NASCAR's Car of Tomorrow, được sử dụng trong cuộc đua Sprint Cup, có bọt và vật liệu hấp thụ va đập khác được chèn vào các khu vực quan trọng của khung. Mặc dù đua ô tô sẽ luôn là một môn thể thao nguy hiểm nhưng việc sử dụng kết cấu khung gầm ít cứng hơn, công nghệ vách mềm và hệ thống tựa đầu và cổ đã giúp giảm đáng kể lực va chạm khi va chạm đối với người lái.
Để biết thêm thông tin về các thiết bị an toàn trên ô tô, đua xe và các chủ đề liên quan khác, hãy theo các liên kết trên trang tiếp theo.
Xuống xe an toàn
Volvo đã và đang phát triển một công nghệ hấp thụ tác động khác để sử dụng cho những chiếc xe nhỏ. Ghế lái được gắn vào những gì về cơ bản là một chiếc xe trượt tuyết trên đường ray, với bộ giảm xóc ở phía trước. Trong một cú va chạm, toàn bộ "xe trượt tuyết" (bao gồm cả ghế ngồi và người lái) trượt về phía trước lên đến 8 inch, và bộ giảm xóc thực sự làm nhiệm vụ của chúng, hấp thụ chấn động của cú va chạm. Đồng thời, vô-lăng và một phần của bảng điều khiển trượt về phía trước để nhường chỗ cho người lái. Kết hợp với khu vực xung quanh phía trước và có thể là một túi khí, hệ thống này có thể làm giảm đáng kể lực tác động lên người lái xe trong một vụ va chạm từ phía trước [nguồn:Ford Motor Company].
Xuất bản lần đầu:11 tháng 8, 2008
Car Wraps hoạt động như thế nào?
Chống gỉ hoạt động như thế nào?
Làm cách nào để bạn có thể lái xe an toàn hơn trong khu vực làm việc?
Cách ô tô hoạt động