-
Vývoj vozu – crash testy
Po delší době jsem si našel trochu času na to, abych napsal další pokračování o tom, jak probíhá vývoj vozu. V dnešní části se zaměřím na simulace crash testů a crashe samotné. Vezmu to z pohledu vývojáře a tak nebudu příliš rozebírat americkou nebo evropskou normu, ani to jaké je bodování při crashích a jak moc relevantní je počet hvězdiček, který dané auto obdrží. Dále se omlouvám, pokud se dopustím nějakých nepřesností, a když budete vědět něco víc a nebo bude něco jinak, tak napište komentář a já to opravím.
Nároky na bezpečnost jsou stále vyšší a stavba prototypu a jeho následné zničení není zrovna věc levná a tak se v této oblasti hojně využívá počítačových simulací. V současné době jsou pro crashe nejpoužívanější tři kódy a to Pam-Crash, LS-Dyna a Abaqus. Záleží na dané automobilce který si vybere a využívá. Každý z těchto kódu má své mouchy a přednosti a tak nejde říct, který je nejlepší a přesnost simulací je spíše otázkou know-how lidí, kteří tyto simulace provádí.
Podle toho o jakou automobilku a jaký automobil se jedná, jsou prováděny i simulace, druh a jejich počet. Je jasné, že takové Porsche dá do vývoje vozu více peněz než např. Škoda a tak se dá i očekávat, že výsledky crashe Porsche budou lepší než výsledky Fabie.
Základní typy crashů:
Čelní náraz
Boční náraz
Náraz na kůl
Náraz zezadu
Samozřejmě se provádí cela řada dalších testů, ale jak jsem psal výše, záleží na dané automobilce a typu vozu. Mezi další testy patří například roll-over, tedy když se vůz převrátí na střechu. Ochrana chodců, kdy se měří zrychlení a posun v kolenním kloubu, popřípadě se simuluje náraz hlavy na kapotu a jestli se hlava dotkne motoru pod kapotou.
Trocha historie
První automobilová nehoda se pravděpodobně stála v roce 1869, kdy žena řídící motorové vozítko byla při nárazu vymrštěna dopředu a zemřela (tolik jsem našel na Wikipedia). V roce 1930, kdy biomechanika byla ještě v plenkách, nebylo příliš známo, jaké následky má náraz na lidské tělo a tak se začalo s výzkumem. Přišly na řadu zvířata, dobrovolníci a nakonec také mrtvoly. Poměrně dlouhou dobu trvalo, než se vytvořil matematický model, který by dostatečně popisoval chování lidského těla. V současné době se výzkum provádí převážně na mrtvolách.
Crash test
Čelní náraz se pro provádí v rychlosti 35 mph (56 km/hod) a nebo 64km/hod (záleží na normě) a vůz jednoduše narazí do bariéry. Boční náraz se provede tak, že vůz stojí a zleva do něj narazí bariéra rychlostí 62 km/hod. Náraz na kůl se provádí rychlostí 29 km/hod a v této rychlosti zleva do vozu pronikne tyč o průměru 25,4 cm (10 palců).
Na voze a na figurínách je umístěna spousta akcelerometrů, které měří zrychlení (to může přesáhnout až 30G), dále senzory pohybu a senzory zatížení. Celý test se natáčí vysokorychlostními kamerami, které zachytí až 1000 snímků za vteřinu. Pro takovou rychlost natáčení je potřeba dobrého osvětlení a tak můžete vidět, že v místnosti, kde se crash provádí je spousta světel (z těch je pořádné vedro) a auto musí mít navíc speciální matný nátěr, aby se světla neodrážela od laku.
Simulace crash-testů
Jak už jsme si psali v předchozím díle, simulace se provádí metodou konečných prvků (pro znalé – jde o explicitní kód). Je tedy potřeba vytvořit síť konečných prvků a na ni zadat okrajové podmínky. Jinými slovy to znamená vymodelovat auto a bariéru, určit kontaktní plochy, namodelovat palivo v nádrži, figuríny, atd…
Fyzikální stránka problému
Vůz se pohybuje rychlostí 56km/hod proti bariéře do které narazí, zdeformuje se a odrazí se od ní zpět. Od doby kdy vůz narazí do bariéry a odrazí se zpět, uplyne asi 0,1 vteřiny. Jde tedy o děj opravdu rychlý. Celý náraz je o energii, přesněji kinetické energii. Jen připomenu, že kinetická energie je dána hmotností (m-mass) a rychlostí (v-velocity). Přesněji takto E=1/2m*v^2. Jde tedy o polovinu hmotnosti a rychlost je na druhou. To znamená, že rozdíl kinetických energií při nárazu 50km/hod a 100km/hod není dvojnásobný, ale čtyřnásobný. Tedy kinetická energie je čtyřikrát vyšší.
Během nárazu dojde k tomu, že se vůz velmi rychle zastaví a vaše tělo setrvačně pokračuje dále v pohybu (má kinetickou energii). Po skončení nárazu bude mít vaše tělo nulovou energii. Např. pro 80kg těžkého člověka pohybujícího se rychlostí 56km/hod je kinetická energie 1625,7 kJ (kilo joulů) a po nárazu bude kinetická energie nulová. Je potřeba aby kinetická energie byla snížena pokud možno co nejpomaleji a nejrovnoměrněji jak to jen jde. Z toho důvodu jsou ve voze nejdůležitější bezpečnostní pásy a airbag. Pásy mají kontrolu síly, která na vaše tělo působí a z počátku vás pás zadrží, ale během několika milisekund by byly síly, které na vás působí z bezpečnostního pásu, příliš vysoké a mohly tak rozdrtit váš hrudník. Proto se začnou pásy pomaličku uvolňovat a snaží se o to, aby působící síla nebyla příliš vysoká. Další věcí, která absorbuje energií je airbag. Ten se nejdříve musí rozbalit a pokud nemáte bezpečnostní pás, tak vás jednoduše praští do tváře (navíc je horký, tak vás může popálit). Jakmile je airbag rozbalen, absorbuje velkou část kinetické energie a zároveň vás ochrání před nárazem do tvrdé palubní desky (nebo volantu).
zrychlení hlavy
síly ve stehenní kosti
deformace hrudníku
Otázka crashů je velmi problematická a neustálá snaha o zvýšení bezpečnosti žene vývoj v této oblasti kupředu. V budoucnosti se počítá s takzvanýmí chytrými airbagy, které budou reagovat podle toho, jak velký a těžký člověk sedí na sedačce. Dále se počítá s inteligentními bezpečnostními pásy, které budou brát v potaz velikost a polohu člověka a podle toho budou přizpůsobovat sílu v pásu.
Dále neustálá snaha o zvýšení bezpečnosti chodců má za následek změnu designu vozů, umístění airbagů pod kapotu. Měkké části nárazníků a chladiče, aby nedošlo k poškození nohou hodce, atd…Používáte bezpečnostní pásy?
Video BMW X5 Crashtest Motor – pěkné video, jak se skládá motor
Bebo
Delicious
Digg
Bleetbox
9 Responses to Vývoj vozu – crash testy
[1]
14. 12. 2006 v 23:43navstevnik
V současné době se výzkum provádí převážně na mrtvolách. ??? to ako mozem po smrti predat sam seba NCAP alebo konkretnej automobilke aby skumali sprevanie ludskeho tela pri nehodach?
[2]
15. 12. 2006 v 7:58nastran
V podstatě ano. Po smrti můžeš předat své tělo k výzkumným účelům, jenom si nejsem jistý, jestli si můžeš vybrat k jakým. Např. na univerzitách se běžně pitvají lidé, kteří dali k dispozici své tělo.
Zkoumání chování lidského těla se provádí buď ve specializovaných firmách nebo na univerzitách. Nejsem si jistý tím, že by v NCAP tohle dělali. Ti už jenom koupí hotovou figurínu (to samé platí pro automobilky).
[3]
16. 12. 2006 v 13:26vincek
Skvely clanek, konecne take z pohledu konecnych prvku, kdyz maji na vyvoji konstrukce auta takovy podil!
P.S.:
Kdybyste nekdo hledal konecnoprvkove modely aut pro simulaci v LS-DYNE, tak u NHTSA na tehle adrese http://www-nrd.nhtsa.dot.gov/departments/nrd-11/FEA_models.html je par „starsich“ typu chevroletu a fordu.
[4]
17. 12. 2006 v 14:10mari
pěkný článek. To s těma mrtvolama mě celkem pobavilo… Koukám na ten Phaeton pod tou rodinkou Dummies a napadá mě: Vybírá se pro tyto testy vozidlo pokud možno v základní specifikaci (mám na mysli základní výbavu a motorizaci), nebo k tomu výrobce přistupuje ve stylu ,,když škoda, tak pořádná“ ?
[5]
20. 12. 2006 v 10:19nastran
to Mari:
testují se různé motorizace v kombinaci s různýma převodovkama, nejsem asi ale jistý, jak je to s výbavou. Pamatuji si ale, že když se přišlo s nápadem, že se do vozu na strop umístí přehrávač DVD, tak se muselo testovat, jestli si některá z figurín o ten přehrávač nerozbije hlavu a auto šlo na crash i s přehrávačem.
to Vincek:
až budu mít trochu času tak možná článek doplním, například o to, že když se počítá náraz, tak se uvažuje i to, aby předměty v zavazadlovém prostoru neporanily posádku uvnitř vozu a tak se do kufru umístí dvě cca osmnáctikilové kostky, které při nárazu musí zadržet zadní sedačky. Zkusím najít takovou animaci na internetu.
P.S: Když se zkoušelo střešní prosklené okno Roomsteru, tak se na něj, myslím, z výšky 5 m spustil cca 15kg těžký jehlan (hrotem dolů) a střešní okno to muselo vydržet.
[6]
23. 12. 2006 v 18:44čenda fára
byl sem na prednasce skodovky a videl sem to na videu jak poustej ten jehlan na to sklo. pak sem se zeptal jestli byl nejakej problem se sklem pri narazu a rikali ze celkem jo. puvodne se to skolo dostavalo to kabiny ale upravili to tak ze nepodjede sklo ale nejekej plech a ze to nejak udrzi:-) uz si nepamatuju presne jak to bylo ale ta prednaska byla fakt zajimava.
to nastran – mam takovej dotaz. jak ovlivni velikost motoru bezpecnost posadky ve vozidle? dam priklad – fabia s motorem 1.2 Htp a 1,9 TDi. TDi je o ohodne vetsi motor takze podle me by melo ohrozit vic posadku ale to je pouze moje detukce:-)
[7]
23. 12. 2006 v 18:44čenda fára
byl sem na prednasce skodovky a videl sem to na videu jak poustej ten jehlan na to sklo. pak sem se zeptal jestli byl nejakej problem se sklem pri narazu a rikali ze celkem jo. puvodne se to skolo dostavalo to kabiny ale upravili to tak ze nepodjede sklo ale nejekej plech a ze to nejak udrzi:-) uz si nepamatuju presne jak to bylo ale ta prednaska byla fakt zajimava.
to nastran – mam takovej dotaz. jak ovlivni velikost motoru bezpecnost posadky ve vozidle? dam priklad – fabia s motorem 1.2 Htp a 1,9 TDi. TDi je o ohodne vetsi motor takze podle me by melo ohrozit vic posadku ale to je pouze moje dedukce:-)
[8]
24. 12. 2006 v 14:24nastran
nevím, jak moc ovlivní bezpečnost velikost motoru, asi je to pokaždé jiné, ale matně si pamatuji na crash Octavie II, kde větší motor dělal problémy, ale už si přesně nepamatuji, který to byl motor.
[9]
21. 8. 2007 v 13:20Jan Homola
Lze nějakým způsobem kontaktovat přímo autora (nastran) tohoto článku? Nejlépe na e-mail. Děkuji.
Pro přidávání komentářů se musíte nejdříve přihlásit.