Naukowcy przebadali nowe struktury pochłaniające energię, które będzie można wykorzystać w tylnych urządzeniach zabezpieczających przed najechaniem stosowanych w samochodach ciężarowych. Przyczyni się to do znacznej poprawy bezpieczeństwa uczestników ruchu drogowego. O wynikach badań opisanych w czasopiśmie „Energies” mówi dr hab. inż. Jerzy Jackowski, prof. WAT, dyrektor Instytutu Pojazdów i Transportu na Wydziale Inżynierii Mechanicznej WAT.
Pojazdy ciężarowe z racji swojego komercyjnego przeznaczenia, projektowane są przede wszystkim tak, by uzyskać możliwie największą ładowność oraz objętość przestrzeni ładunkowej, co wpływa w znaczący sposób na ich konstrukcję. Kwestie bezpieczeństwa ruchu drogowego są zasadniczo ograniczone do bezpieczeństwa czynnego, czyli układów hamulcowych i kierowniczych oraz stabilności ruchu.
„Konstruktorzy samochodów ciężarowych mniej uwagi poświęcają zagadnieniom związanym ze zmniejszaniem obciążeń działających na uczestników zderzenia drogowego. Dlatego, z punktu widzenia bezpieczeństwa biernego ważnym aspektem jest wprowadzenie na przykład zmian redukujących masę pojazdu oraz wprowadzanie rozwiązań, które w większym stopniu pochłaniałyby energię uderzenia, w tym odpowiednio rozbudowane tylne urządzenia zabezpieczające” – mówi dr hab. inż. Jerzy Jackowski, prof. WAT.
Tylne urządzenie zabezpieczające w samochodach ciężarowych
fot. Jerzy Jackowski
Tylne urządzenie zabezpieczające (TUZ) jest podzespołem montowanym w tylnej części samochodu ciężarowego. To podstawowy element powstrzymujący samochód osobowy przed wjechaniem pod tył naczepy, przyczepy lub zabudowy samochodu ciężarowego. TUZ powoduje, że w uderzającym samochodzie osobowym zostanie uruchomiona jego strefa kontrolowanego zgniotu, a co za tym idzie – zmniejszą się obciążenia osób znajdujących się w tym samochodzie. W ramach doktoratu wdrożeniowego mgr inż. Pawła Posuniaka, realizowanego pod kierunkiem prof. Jackowskiego, opracowano i wdrożono w Łukasiewicz – Przemysłowym Instytucie Motoryzacji (pracodawcy doktoranta) specjalistyczne stanowisko do normatywnych badań tylnego urządzenia zabezpieczającego samochodu ciężarowego.
Bezpieczeństwo
„Tematyka badań, których wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie „Energies” dotyczy poprawy bezpieczeństwa w ruchu drogowym. Koncentrowaliśmy się na uderzeniu samochodu osobowego w tył pojazdu ciężarowego, gdyż tego typu zderzenia stanowią obecnie znaczny odsetek wszystkich wypadków drogowych. Do tego typu zdarzeń dochodzi najczęściej na drogach szybkiego ruchu, gdy pojazdy poruszają się ze znacznymi prędkościami. Dlatego konieczne jest ciągłe rozwijanie nowoczesnych konstrukcji samochodów ciężarowych.
Wypadki, w których samochód osobowy uderza w tył samochodu ciężarowego uchodzą za bardzo niebezpieczne. Struktury pochłaniające energię kinetyczną pełnią więc niezwykle istotną rolę w zmniejszeniu obciążeń jakim poddawani są pasażerowie samochodu osobowego w trakcie zderzenia. Absorbują one w sposób kontrolowany i stabilny część energii uderzenia. Umieszczenie dodatkowych elementów pochłaniających energię w samochodzie ciężarowym zwiększa bezpieczeństwo uczestników zdarzenia drogowego ” – tłumaczy prof. Jerzy Jackowski.
.Mając na uwadze istotny problem dotyczący bezpieczeństwa podczas tylnych zderzeń samochodu ciężarowego z samochodem osobowym, w ramach pracy doktorskiej rozpoczęto prace badawcze, których celem jest poszukiwanie najskuteczniejszych absorberów energii. W badaniach skupiono się na materiałach opartych na aluminiowej strukturze plastra miodu oraz spienionym aluminium. Z uwagi na planowane wdrożenie badanych rozwiązań w pojazdach podstawowymi kryteriami doboru były: zdolność pochłaniania energii dla danej wielkości próbki, dostępność struktur na rynku oraz koszty produkcji i wdrożenia.
„W zależności od rodzaju zastosowanej struktury energochłonnej uzyskano różny poziom rozpraszania energii. Istotne jest to, że wskazano absorber, który jest w stanie pochłonąć prawie 15% energii kinetycznej samochodu uderzającego, w warunkach uderzenia centralnego przy różnicy prędkości pojazdów około 40 km/h. Zatem zastosowanie opracowanych absorberów pozytywnie wpłynie na poprawę bezpieczeństwa w ruchu drogowym” – wyjaśnia naukowiec.
Zaproponowane absorbery spełniają zasadnicze wymagania jakie stawiane są strukturom energochłonnym, ale w odróżnieniu od konstrukcji prezentowanych w licznych publikacjach są relatywnie tanie w produkcji i łatwe we wdrożeniu, ponieważ nie wymagają stosowania skomplikowanych procesów technologicznych, ani trudnodostępnych surowców.
Samochody elektryczne i hybrydowe
Często obecnie pojawia się pytanie, czy samochody elektryczne i hybrydowe, które biorą udział w zderzeniu na przykład z samochodem ciężarowym są bezpieczne? Zasadnicze rozwiązania konstrukcji nośnej pojazdów hybrydowych i elektrycznych nie zmieniły się w sposób znaczący w porównaniu do samochodów z silnikiem spalinowym. Natomiast nowe źródła zasilania pojazdów generują nowe zagrożenia, głównie związane z bezpiecznym magazynowaniem źródeł energii w pojeździe i one są teraz przedmiotem wielu badań w ośrodkach naukowych na całym świecie.
fot. Jerzy Jackowski
„Ogólny poziom bezpieczeństwa samochodów elektrycznych i hybrydowych nie jest mniejszy niż w przypadku klasycznych aut z silnikiem spalinowym. Badania zderzeniowe jasno pokazują, że oceny dla obu typów pojazdów są zbliżone, a nawet wyższe dla samochodów elektrycznych z powodu bogatszego standardowego wyposażenia w systemy asystenckie wspomagające kierowcę” – mówi prof. Jerzy Jackowski.
Badania dotyczące występowania pożarów tej konstrukcji samochodów, dość jednoznacznie wskazują, że ryzyko wystąpienia takiego efektu w przypadku zderzeń samochodów elektrycznych nie jest wyższe niż dla samochodów z silnikami spalinowymi, ale proces gaszenia jest zdecydowanie trudniejszy.
„Nieustannie trwają jednak prace nad nowymi materiałami i rozwiązaniami. Wiele prac badawczych prowadzonych jest m.in. w zakresie konstrukcji baterii, procedur gaśniczych i materiałoznawstwa. Daje to podstawy do dalszego rozwoju i poprawy bezpieczeństwa samochodów z napędem alternatywnym, także podczas zderzenia z samochodem ciężarowym” – dodaje naukowiec.
Konstrukcje pochłaniające energię
W przypadku materiałów czy konstrukcji energochłonnych trudno jest określić konkretne cechy fizyczne, które przesądzałyby o ich przydatności. Pożądane cechy struktury i materiałów pochłaniających energię kinetyczną można scharakteryzować następująco – maksymalna ilość pochłoniętej energii, przy jak najmniejszej sile deformacji i jak najmniejszych wymiarach oraz masie struktury.
„Dlatego badania własne będą rozwijane, także z udziałem absorberów o innej konstrukcji. Dalsze prace będą dotyczyły też badań symulacyjnych wytypowanych struktur energochłonnych z wykorzystaniem numerycznego modelu zderzenia samochodu osobowego z samochodem ciężarowym; uwzględnimy różne warianty zderzania, m.in. różne prędkości i masy pojazdów. Badania te mają na celu zidentyfikowanie skuteczności pochłaniania energii przez absorbery w zróżnicowanych warunkach uderzenia” – tłumaczy Jerzy Jackowski.
Wyniki części badań ukazały się w czasopiśmie „Energies” w artykule pod tytułem: „Experimental Testing of Energy-Absorbing Structures Used to Enhance the Crashworthiness of the Vehicles”. Współautorami artykułu spoza WAT są: mgr inż. Paweł Posuniak i dr inż. Karol Zielonka z Sieci Badawczej Łukasiewicz Przemysłowego Instytutu Motoryzacji oraz dr hab. inż. Rafał Stanisław Jurecki, prof. Politechniki Świętokrzystkiej. Badania realizowane były w ramach doktoratu wdrożeniowego a, realizowanego w WAT.
Artykuł otrzymał 140 punktów, wskaźnik cytowań dla czasopisma (IF) to 3.252.
Marcin Wrzos
fot. Mariusz Maciejewski