VINCZE-PAP SÁNDOR

Gyűrődéssel a biztonságért

Első rész

A passzív biztonság fejlődése


Az írás a járművek passzív biztonságát, az ütközésbiztonságot, az ütközésállóság fejlődéstörténetét, a célkitűzések és a valós baleseti mutatók módosulását, illetve állandóságát, a gyakorlati passzív biztonsági technikák módszereit, jövőbeli lehetőségeit vázolja.
 
 

A közlekedésbiztonság

A járművezető és a gyalogosok biztonságát már a XIX. század végén is szem előtt tartották. Elsősorban a veszélyes és nehezen fékező gőzgépek miatt írták elő, hogy a vonatok és az autók előtt zászlós ember, majd a sebesség növekedésével zászlós, kürtös lovas haladjon. A fékezési viszonyokról és a fékrendszerekről sokat elárul, hogy az Automobile Club of America mérései szerint 1902-ben 32 km/h sebességről átlagosan 18 m volt egy autó fékezési úthossza. A gumiabroncs kezdetben szintén sok bosszúságot okozott. Egy vasárnapi autósnak teljes cserére elegendő mennyiséget kellett magával hordoznia, mivel 2-3 kerékcserénél kevesebbel nem úszta meg a napi túrát. A környezeti feltételek javulását a megfelelő műutak építése, a közlekedési szabályok fejlődése jelentette. Ilyen új környezeti biztonsági elem volt például, hogy már 1919-ben megjelentek az első időzítetten működő piros-sárga-zöld jelzőlámpák Detroitban. [1]

A közlekedéssel kapcsolatos biztonságot a 60-as évek elejéig csak mint általános utasbiztonságot emlegették, a ma ismert „járműbiztonság = aktív biztonság + passzív biztonság” felosztásról még nem esett szó. Egy olasz újságíró, Luigi Locati használta először a passzív és aktív biztonság kifejezést 1964-ben. Az aktív biztonság az ütközés elkerülését, a passzív biztonság a már bekövetkezett ütközés miatti sérülések kivédését, illetve súlyosságuk csökkentését tűzi ki célul.

(Az aktív és passzív biztonság szerinti csoportosítást természetesen nem csupán a járművekre, hanem minden más eszközre, sőt akár az emberre is vonatkoztathatjuk. A látást, az egyensúlyérzéket és az érzékelést szolgáló összes képességünket az aktív biztonság eszközrendszerébe sorolhatjuk. A balesetekből származó sérülések súlyosságát csökkentő testfelépítési adottságainkat, a létfontosságú szerveket védő terebélyes csontvázrendszerünket, annak részeként az előreugró szemöldökcsontot, vagy például az „ütéscsillapító” puha hátsó alfelünket a passzív biztonság eszközeinek tarthatjuk. Mindkét eszközrendszerünket javíthatjuk segédberendezésekkel, például szemüveggel, hallókészülékkel, illetve különböző védőruházatokkal. Gyakorlati példa, hogy a finn orvosok idősebb embereknek csípőre köthető ütéscsillapító párnákat fejlesztettek ki az életveszélyes combnyaktörések kivédésére.)
 
 

Magyarok a jármű
és járműbiztonság fejlődésében

A múlt század elejétől kezdve az autó fokozatosan használati eszközzé vált. A múlt század második felére ez a „csoda” az emberi alkotóerő, a személyes kényelemérzet és az egyéni szabadság szimbóluma lett.

A gépkocsi szó kapcsán a nemzetközi járműipari szakszavak egyetlen magyar eredetű tagját, a Kocs község nevéből eredő „kocsi” szavunkat feltétlenül meg kell említeni. Ez természetesen még a ló vontatta járművek időszakába vezet vissza bennünket. Mi, magyarok, nemcsak a nemzetközivé vált kocsi születésénél voltunk jelen (a szó angolul „coach”, franciául „coche”, németül „Kutsche”), hanem a gépjármű forradalmi jelentőségű technológiai, fejlesztési fordulópontjainál is.

A világon elsőként, 1828-ban, Jedlik Ányos készített villanymotort. Az akkumulátorról táplált motorral 1841-ben létrehozta az első működőképes villamos autót. Csonka János már 1882-ben – a világon szintén elsőként – épített gáz- és petróleumüzemű motorokat. Bánki Donáttal együtt dolgozta ki a robbanómotoros motorfejlesztés korszakalkotó találmányát; porlasztószabadalmukat 1893. február 11-én nyújtották be. Henry Ford gyárában egy makói születésű magyar mérnök, Galamb József tervezte és dolgozta ki elsősorban a T modelleket és sorozatgyártásukat, ami lehetővé tette és meggyorsította a személyautók elterjedését. A korszerű lemezszerkezetes, sajtolt és hegesztett eljárással készülő autóalvázak már Fejes Endre 1922-es szabadalmában megjelentek, sőt 1924-ben elkészült az első forgalomképes Fejes-féle „lemezautó”. [2] A General Motors mérnökeként Pavlovics Ferenc az űrszázad első, emberi használatra épített holdjárművének tervezőjeként szerzett világhírnevet.

A személyautók passzív biztonságának nesztorában a Mercedes kutatójaként világhírűvé vált, apai ágon magyar Barényi Bélát (1907–1997) tisztelhetjük. [3] A passzív biztonság koncepciójának megszületését az ő 1951-es szabadalmához, a mellső és hátsó ütközési zónák címen benyújtott találmányához kötjük (1. ábra).

1. ábra. "A holnap autója" projektben felvázolt cellaautó koncepciója. A merev utascella, valamint az orr-rész és a hátsó rész szerkezeti különválasztása új, korát megelőző elképzelés volt. Ötven évvel később, a korszerű, jármű-kompatibilitásra törekvő tervezési elvek kialakításakor került csak előtérbe
 

A biztonságos autó

Az autók biztonságának növelésére a II. világháború után már számtalan lehetőség kínálkozott. Ilyenek például az aktív biztonságot fokozó korszerű hidraulikus fékrendszerek és elektrohidraulikus sebességváltók, valamint a különböző passzív biztonsági eszközök. A kétpontos biztonsági öv először a repülőgépiparban jelent meg 1945-ben, a légzsákot pedig 1952-ben szabadalmazták, sőt 1951-től a Barényi Béla által kifejlesztett, gyűrődő zónákra vonatkozó alapelv is ismertté vált.

Svédországban már az 1950-es évek elején különböző típusú és formájú biztonsági öveket árultak az autókba. A SAAB autógyár 1956-ban 100 darab járművet szerelt fel kombinált csípő- és vállövvel tapasztalatszerzés céljából. 1957-ben a svéd kormány indította az első biztonsági programot az utasok rögzítésére. A svédeké volt a világ első járműbiztonsági szabványa, és ez már dinamikai vizsgálatot írt elő a biztonsági övekre.

A jármű passzív biztonságát alapvetően megreformáló Barényi-féle energiaelnyelő zónákat először az 1953-as Mercedes–180 prototípusában alakították ki. A közúti járművek és alkatrészeik kereskedelmének megkönnyítése, a közúti közlekedés biztonságának fejlesztése és összehangolása érdekében az európai országok 1958-ban Genfben egyezményt kötöttek a „gépjárműalkatrészek és -tartozékok jóváhagyására vonatkozó egységes feltételek elfogadásáról és a jóváhagyás kölcsönös elismeréséről”. A genfi egyezmény arra szolgál, hogy a csatlakozó országok azonos követelményeket támasszanak a közúti járművekkel és azok szerelvényeivel, alkatrészeivel szemben.

Az Amerikai Egyesült Államokban a nemzeti autópálya-biztonsági hivatal (NHTSA) 1966-os megalakulása után gyorsultak fel az események. Az Egyesült Államok 49. számú törvényének 301. fejezete felhatalmazta a hivatalt a szövetségi motoros járműszabványok (FMVSS) megalkotására. 1969-ben meghirdették a világméretű kísérleti biztonsági jármű programot(ESV). Felvethető a kérdés, hogy miért csak a 60-as évek végén indultak meg a világméretű járműbiztonsági programok? Az indokok részben a technikai, vizsgálati háttér fejletlenségében, részben az ösztönző társadalmi igény hiányában keresendők.

Az ötvenes évektől mind az Egyesült Államokban, mind Nyugat-Európában óriási iramban növekedett a személyautók használata. A jóléti társadalmakban a rohamosan bővülő fogyasztás megsokszorozta a közúti szállításban részt vevő teherautók számát is. Európa nyugati felén mintegy 70 000, az Egyesült Államokban körülbelül 60 000 ember halt meg balesetekben – évente – az 50-es évek végén. Ha megnézzük az 1. táblázatot a világháborús és a vietnami amerikai veszteségekről, egyrészt érezhetjük, milyen szörnyen nagy a közlekedési balesetekben elhunytak száma, másrészt elgondolkoztató összehasonlításra nyílik lehetőségünk. [4] [8]
 
 

Halálesetek száma I. világháború II. világháború 1966. évi járműbalesetek Vietnami háború 1980–85. évi járműbalesetek éves átlaga 1999. évi járműbalesetek
  53 402 291 557 50 896 47 382 47 793 41 611

1. táblázat. Amerikai Egyesült Államok – a halálesetek összehasonlító statisztikája

A statisztikai mutatók hatására, illetve az adatok nemzetközi megismerése után az amerikaiak a 60-as évek első felében döbbentek csak rá igazán a gépkocsi veszélyes voltára, a járműbiztonság elsőrangú fontosságára. A General Motors elnöke ekkortájt még úgy nyilatkozott a balesetekről, hogy nem az autókkal van a baj, hanem az emberekkel, hiszen ők okozzák a baleseteket, őket kellene megjavítani, nem a járműveket. A közlekedésbiztonsággal foglalkozó szakemberek figyelmeztetése – szerencsére – eljutott egészen a legfelsőbb politikai szintig. Ennek hatására lényegi változások indultak meg a 60-as évek második felében. A balesetbiztonság növelésének alapjául szolgáló találmányok ekkorra már léteztek. A járműipari szakemberek már a 40-es évektől megszállottan dolgoztak a gépkocsi biztonságossá tételén. Fejlett technikájú ütközési tesztekre alkalmas vizsgálóhelyeket, az élő és elhunyt emberekkel végzett kísérletek eredményeként az embert jól helyettesítő bábukat, és a „humán biomechanikai értékeket” nagy pontossággal regisztráló jeladókat, mérőláncokat fejlesztettek ki a 60-as évek végére.

A balesetek elemzése során nyilvánvalóvá vált, hogy a súlyos vagy halálos balesetek több mint felében jelentős utaskabin-deformációk keletkeztek. Ezért kézenfekvő megoldásként kínálkozott az az elképzelés, hogy részben az autó gyűrődési zónáját kell áttervezni, részben – azt meghosszabbítva – kiterjesztett lökhárítórendszerrel kell csökkenteni az utascellára ható erőket és lassulásokat. A kiterjesztett lökhárító a járműtestből előrenyúlva az ütközési energia jelentős részének elnyelésére képes.

A járművek ütközése során az embert érő terhelések csökkentése, a „túlélés” elősegítése kiemelt szerepet kapott. A súlyos sérülés nélkül „túlélhető” mellkasi lassulás értékét 60 g-ben, a fejlassulási értéket 80 g-ben határozták meg a járműütközések időtartamára.

A biztonsági autó koncepciója Amerikában is már az 50-es évek közepén megfogalmazódott. Az első ilyen autót a Ford gyártotta 1956-ban. Ez az autó összenyomható kormányoszlopot, ütközésmentes belső visszapillantót, biztonsági, dupla ajtózárat, mellső, hátsó biztonsági öveket, erősebb övbekötési pontokat, párnázott napellenzőt és műszerfalat tartalmazott, de még nem volt illesztett gyűrődő orr-része vagy energiaelnyelő lökhárítója.

A technikai feltételek és a társadalmi igény hiányában csak a 60-as évek második felében gyorsultak fel az események. A fokozott járműbiztonság pozitív hatását mutatja a halálozási ráta 1966-tól csökkenő trendje. A 90-es évek végén – a dinamikusan növekvő járműállomány ellenére – az Egyesült Államok útjain 41 ezerre csökkent a halálesetek száma. Az Európai Unió országaiban ugyanezt a halálozási szintet csak mostanra sikerült elérni. (Az EU 1997-ben meghirdetett programja szerint 2007-re 25 000 fő alá kell csökkenteni a közlekedési balesetek halálos áldozatainak számát.)

Bár Magyarország nem vett (vehetett) közvetlenül részt a világméretű kísérleti biztonsági jármű program személyautó-fejlesztésében, az 1971-ben megindult magyar autóbusz-fejlesztési program révén a buszok gyártástechnológiájának és passzív biztonságának fejlesztésével (borulásvizsgálatok, üléslekötés-szilárdság, frontális ütközésállóság) Európa élenjáró „autóbusz-szakértő” országává váltunk. Számos, autóbuszra vonatkozó európai biztonsági szabvány kezdeményezése és érdemi munkája hazai szakértők tevékenységéhez kötődik.

A magyarországi baleseti viszonyok rövid összefoglalásaként elmondható, hogy nálunk 1000 lakosnak feleannyi (270 db) személyautója van, mint az EU-országokban (560 db), viszont az 1000 járműre jutó balesetek száma kétszerese az Európai Unió átlagának. (2000-ben országunk 10 millió lakosára és a 2 473 754 regisztrált járműre 17 493, személyi sérüléssel járó közlekedési baleset jutott; 1200 halálos, 7653 súlyos és 15 045 könnyű sérülést jegyeztek fel.) Meg kell jegyezni, hogy ezek a számok sokkal kedvezőbbek, mint az 1990-es adatok, aminek az a magyarázata, hogy az 1993-ban beindított nemzeti közlekedésbiztonsági program keretében fontos intézkedéseket hoztak (például a lakott területen a sebességkorlátozás 60 km/h-ról 50 km/h-ra csökkent, és a lakott területen kívül kötelező lett a nappali világítás). Magyarországon még az egyszerű, máshol már bevált adminisztratív intézkedésekkel (szigorúbb sebesség-ellenőrzés, biztonságiöv-használat kikényszerítése, alacsony sebességű lakóövezetek kialakítása), jobb környezeti feltételekkel (autóutak, körforgalmi csomópontok építése) is tovább javítható a közlekedés-baleseti statisztika. A korszerű biztonsági autók tömeges megjelenése nálunk még nem várható, mert ez mindenütt a gazdasági és a motorizációs fejlettség függvénye.
 
 

Célkitűzés: 80 km/h
„túlélési határsebesség”

A kísérleti biztonsági jármű program 1969-es indulási szakaszában az amerikai célkitűzés az volt, hogy megalkossanak egy 1800 kg tömegű demonstrációs biztonsági autót, amelyben a vezető és az utasok 80 km/h sebességű frontális és 67 km/h sebességű oldalütközés esetén is túlélik a balesetet. A járművekre elképzelt lökhárítórendszernek 17 km/h sebességű ütközésig sérülés nélkül illett volna elnyelnie az ütközési energiát, és az utascella lassulását 40 g alatt kívánták tartani. [5] [6]

A General Motors összesen 12 kísérleti járművet épített, de nem tudta teljesíteni a kitűzött célt. A legvégül elkészített autó 2300 kg tömegű volt, lökhárítóját 8 km/h sebességű ütközésig tervezték „sérülésmentesre”, a hidraulikus henger 63 mm-es kinyúlásával. Mind az orr-, mind a hátsó részt deformációsenergia-elnyelésre alakították ki. A belső panelek, párnázások 33 km/h frontális és oldalütközésre adtak megfelelő védelmet a benn ülőknek. 33 km/h sebességű ütközés felett léptek működésbe a légzsákok.

A Ford nem új kísérleti járművet fejlesztett, hanem egy szériaautót (Mercury) próbált biztonságosabbá tenni. Úgy tervezték, hogy a maximum 2400 kg végső tömegű autó teljesíteni fogja a megcélzott 80 km/h ütközési biztonságot. Olyan lökhárítót fejlesztettek ki, amely 17 km/h ütközési sebességig sérülésmentességet garantált 180 mm löketű hidraulikus hengerekkel, illetve afölött légzsákokkal. Az első 70 km/h sebességű ütközéses kísérleteknél minden elem működött, mégsem teljesültek a bábuk sérülési kritériumára megállapított értékek. A Ford ezek után – a GM-hez hasonlóan – túl költségesnek és tömeggyártásra alkalmatlannak ítélte a célkitűzésben szereplő biztonsági autót.
 
 

Szabványosított túlélési
határsebesség: 50 km/h

Az európai és japán autógyárakat 1970-ben szintén meghívták a programba. Ezek a cégek közepes és kis tömegű biztonsági autók fejlesztésére vállalkoztak. Az ekkor elkezdődött konferenciák egyre szélesítették a vizsgálati témaköröket. A légszennyezés, a közlekedésszabályozás, az energiafelhasználás és nem utolsósorban az agresszivitás és a jármű-kompatibilitás kérdései már ekkortájt napirendre kerültek. (Passzív biztonsági szempontból akkor nevezünk két járművet kompatibilisnak, ha egymásnak ütközéskor vagy adott baleseti szituációban azonos túlélési esélyt kínálnak a benn ülőknek.)

2. ábra. A Mercedes ESF05 jelű, hidraulikus lökhárítóval, a kocsitestből előrenyúló lökhárítórendszerrel készült kísérleti autója 1971-ből


A hidraulikus lökhárító (2. ábra) később háttérbe szorult, de az egyes nemzeti programok (például a brit „kutatási biztonsági járműprogram”) folytatták annak a járműnek a kísérleti fejlesztését, amelyben azt is túlélhetik, ha az autó 80 km/h sebességgel ütközik merev falnak. Ezek a kutatások már a szabályozott energiaelnyelő mellső rész kialakításával, Barényi Béla elvével próbálták megoldani a feladatot (3. ábra). Az angolok szerint ezzel a megoldással akár 1350 kg tömegű autó esetén is sikeresen teljesíthető a célkitűzés.

3. ábra. A Barényi Béla által 1951-ben szabadalmaztatott mellső és hátsó energiaelnyelő gyűrődési zóna (felső kép) gyakorlati megvalósítása egy Mercedes autó esetében (alsó kép)

Ugyanakkor a cél elérését túlságosan költségesnek és a megvalósuló járművet gazdaságtalannak ítélő amerikai autógyárak, a kormánnyal karöltve, módosították az FMVSS 209 számot viselő előírást, amely az autóktól mindössze 48 km/h sebességű ütközésállóságot követelt meg.

Ez talán még nem lett volna baj. Ebben a történetben az az elszomorító, hogy az előírás által megkövetelt ütközésbiztonság vizsgálati sebessége a következő 30 évben sem emelkedett. Szerencsére a vásárlók tájékoztatására megindult, autógyáraktól független új autókiértékelési programok (NCAP) sikeresen növelték ezeket a határértékeket előbb 56, illetve a jelenlegi 64 km/h sebességértékekre. A kötelező előírások sebességhatárai nem változtak.

Jogosan felvethető az a kérdés, hogy mennyi emberéletet lehetett volna az elmúlt években megmenteni, ha az 50 km/h „túlélési” határértéket folyamatosan emelték volna 60, 80 vagy akár 100 km/h értékre. Jelenleg semmilyen kötelező szabvány nem védi azoknak az autózóknak az életét, akik 50 km/h-nál nagyobb sebességgel ütköznek merev akadálynak!
 
 

A passzív biztonság
értelmezésének változása

Az Európai Unió országaiban, mint már említettük, évente még mindig több mint 40 000 ember hal meg, ezenfelül 1,7 millió sérül meg közlekedési balesetekben. A sérültek kétharmada kórházi ápolásra is szorul, aminek költsége 70 milliárd euró. A biztonsági öv használata nyomán – a növekvő mobilitás ellenére – a halálesetek száma a felére esett vissza a 70-es évekre. Ugyanilyen csökkenést sajnos nem hozott a légzsákok és az övfeszítők alkalmazása (4. ábra).


4. ábra. A passzív biztonsági eszközök költségének és eredményének aránya az elmúlt évtizedekben a balesetek sérültjeire vonatkoztatva

Az eltérő tömegű járművek ütközéses balesetének súlyosságát többféleképpen lehet csökkenteni:

– az ütközési folyamat olyan átrendezésével, hogy az ütközés pillanatában meglévő mozgási energiának csak kisebbik részét nyeljék el a passzív biztonsági elemek, nagyobbik részét mozgási energiaként megtartva ütközés utáni fékezéssel, illetve második ütközéssel emésztjük fel;

– kompatibilitásra törekvő járműszerkezetek tervezésével;

– a hagyományos és új típusú energiaelnyelő berendezések (például hidraulikus lökhárító, külső légzsák, ajtópárnázat) továbbfejlesztésével, újszerű beépítésével, a mozgási energia elnyelését passzív módon elősegítve.

Az egyes módszerek természetesen kombinálhatók is egymással. Ezeket a fő megoldási lehetőségeket elemezzük röviden.

A) Elterelő- és csúsztatózónák az autón

A passzív biztonságot elsősorban saját járműre vonatkozó biztonságként értelmezik. Csupán a nehezebb járművek méretezése esetén gondolnak a könnyebb járművekkel szembeni partnerbiztonságra, főként az aláfutásgátlók esetében.

A kompatibilitás kifejezés esetén döntően csak a nagyobb tömegű járművek védelmi rendszerei jutnak eszünkbe.

Vegyünk egy egyszerű példát. Ütközzön két, egyenként v=50 km/h sebességgel szembejövő, az előírásnak megfelelő energiaelnyelésre méretezett autó egymásnak. Az egyik autó tömege legyen m, a másik, nagyobbik tömegűé M. (M=k×m, k>1.)

Az autók tervezett deformációs energiaelnyelése:
a kisebbik tömegű autóra,
a nagyobbik tömegű autóra számítva.
A mozgásmennyiség-megmaradás törvényéből az ütközés utáni közös sebesség:

a nagyobb tömegű autó ütközés előtti sebességének irányában. Feltételezve, hogy mindkét autó lökhárító-gyűrődő zónája és energiaelnyelése azonos meredekségű erő–elmozdulás függvénnyel írható le, valamint az elvesző mozgási energiák mindkét autó esetében deformációs munkává alakulnak, az ütközés során elnyelendő energia az egyes autókra számítva:

és

,

vagyis a kisebbik autó ilyen feltételek mellett nem nyújt megfelelő túlélési esélyt, ha egy vele szembejövő, nagyobb autónak ütközik. A valóságban még rosszabb a helyzet, mert a nagyobb tömegű autó egyben merevebb is, tehát általánosságban igaz, hogy „a tömeg mindig győz” elv érvényesül.

Az ütközéseknek csak 35%-a teljesen frontális (vagy hátsó) és teljes oldalütközés. A balesetek 65%-a kis átfedéssel, illetve nem 90°-os vagy 180°-os szögben játszódik le. Ezekben az esetekben felmerül a kérdés: vajon az a módszer a leghatékonyabb, amikor az ütközés pillanatában meglévő mozgási energiákat teljes egészében deformációs energiaelnyeléssel emésztjük el, vagy a túlélés szempontjából kedvezőbb lenne, ha a mozgási energiát áttranszformálhatnánk az ütközés utáni energiaátalakításra. Ebben az esetben, az áttranszformálható energia nagyságától függően, egészen nagy sebességű ütközések esetén is limitálható az energiaelnyelés.

5. ábra. Személyautó fának ütközése 50 km/h és 100 km/h ütközési sebességekkel. Mindkét esetben azonos az első ütközéskor deformációval elnyelt energia (!), de ehhez a B esetben szükségesek az autó eltérítő- és csúsztatózónái is (EES: energiaekvivalens sebesség)

Az 5. ábra egy fának ütközés energia- és sebességviszonyait mutatja. Az A esetben, V=50 km/h sebességű ütközéskor, a teljes mozgási energia deformáció révén nyelődik el, míg a B esetben a V=100 km/h sebességű (négyszer nagyobb mozgási energiával rendelkező) jármű energiájának döntő része az ütközés utáni fázisban fékezéssel disszipálódik Mindkét szituációban megegyezik az első ütközésre számított egyenértékű deformációs energia.

A 6. ábrán berajzolt elterelő, eltérítő és csúsztatózónák – természetesen a deformációs zónákkal együtt – alkalmasak a járművek közötti jobb kompatibilitás megteremtésére, a nagyobb sebességű ütközések fokozott szabályozására. Ennél a koncepciónál azonban figyelembe kell venni az első ütközés utáni lepattanást, lecsúszást követő újabb baleseti helyzetek kockázatát is. Ezeknek a zónáknak a kialakítása egyre inkább megfigyelhető a kis tömegű személyautók esetében.

6. ábra.  A járművek közötti kompatibilitáshoz nemcsak az illesztett gyűrődőzónák, hanem a szöget bezáró, nagy sebességű ütközések jobb kivédésére alkalmas eltérítő- és csúsztatózónák is fontosak [5]

B) Az utascella mellső részének kompatibilitása

Az Európai Unióban az utóbbi években különböző kutatásokban vizsgálták a jármű–jármű ütközéseket, elsősorban a frontális és az oldalütközéseket. [7]

Az elvégzett elméleti és gyakorlati vizsgálatokból megállapították, hogy a kompatibilitásra ható lényeges elemek:

– a tömeg;

– a geometriai kialakítástól függően a szerkezeti részek egymásra hatása (a hossztartók kiképzése, „nyársalóvilla-hatása”, a szerkezeti részek összekötése, az orr-rész homogenitása);

– a deformáció módja (az utaskabin merevsége).

Célkitűzésként szerepel egy, a közeljövőben megfogalmazandó szabvány, amelyhez különösen a két utóbbi hatás beható vizsgálata szükséges.

A járművek tömegarányának megváltoztatása nehezen elérhető. Az elméleti és a gyakorlati vizsgálatok az 1,6-es tömegarányra korlátozódtak. Ez az arány az európai jármű–jármű ütközések több mint 80%-át lefedi. A deformáció megtervezésekor a fellépő és megengedhető maximális deformációs erőt kell előtérbe helyezni. A szimulációk során az is kiderült, hogy a hossztartók középvonalának 30 mm-nyi magassági eltérése is a magasabb jármű ráfutásához vezet, ami a tervezett deformációs folyamatot károsan befolyásolja. Az alá- és ráfutások elkerülésére speciális kialakításokkal, védőfelületekkel kell kiképezni a személyautók hossztartóit.

7. ábra. A "bulkhead" koncepció útmutatást ad arra, hogy a jármű orr-részének és utaskabinjának milyen merevnek kell lennie a partnerautóhoz képest


A jármű–jármű ütközés esetén annak a deformációs erőnek, amelyik bármely jármű mellső–hátsó részének képlékeny alakváltozásához szükséges, kisebbnek kell lennie annál az erőnél, amelyik a másik ütköző jármű utaskabinjának képlékeny deformálásához szükséges. Ezt az elvet nevezik „bulkhead” (dudorfej) koncepciónak; ez a frontális jármű-kompatibilitás kiindulási pontja (7. ábra). Ezen elvek előtérbe kerülésének köszönhető, hogy a kis autók utascelláinak merevsége az utóbbi években 2-3-szorosára nőtt.

C) A légzsák mint lökhárító

A hagyományos energiaelnyelő szerkezetek közül a légzsák kínálja a legszélesebb körű lehetőségeket. A FIAT például már az 1970-es évek elején próbált kis felfúvódási sebességű légzsákokat alkalmazni lökhárítóként, sőt bizonyos elképzelések szerint az egész autót ilyen légzsákokkal vették volna körül. A FIAT gyár kísérleti járművében egy-egy 200 mm átmérőjű henger volt az autó elején és hátulján. Négy atmoszféra nyomásra fújták fel a bennük összehajtogatott ballonokat, amelyek 17 km/h ütközési sebességig megakadályoztak mindenfajta járműsérülést. [6] [7]

Isaac L. Edwards már 1924-ben javasolta, hogy az autók elejét széles sávban borítsák be cső alakú felfújt ballonokkal, elsősorban a gyalogosbalesetek súlyosságának csökkentésére. A ma leghatásosabbnak talált megoldás az, hogy az ütközés érzékelésekor a mellső fedél hátsó része 80 mm-t felbillen, és ezáltal növeli a deformációs úthosszat. Ugyanakkor a fedél alól felfúvódó külső légzsákok feladata, hogy kivédjék a szélvédőnek és az első ajtóoszlopnak történő ütközést.

Az ütközésekből származó vezető- és utassérülések kivédésére a légzsákok bizonyultak a legalkalmasabbnak. Mostanra eljutottunk odáig, hogy nemcsak belülre (kormányra, műszerfalra, az ülések hát- és kartámlájába, az ajtó alsó és felső övrészébe, ülés alá, térdzónába és minden más elképzelhető helyre), hanem az autón kívülre is szerelnek légzsákokat. Már számos találmányban szerepelnek az autó külsejére építhető légzsákok, amelyek különböző balesetek esetén teremthetnek járulékos ütközési, illetve energiaelnyelési zónákat. Légzsákokat az autók orr-részére, oldalára, hátuljára, tetejére, sőt a szélvédő alsó széle alá is lehet szerelni, mindenfajta balesettípusra számítva. A közeljövőben először a gyalogosvédelem javítására használhatják majd a külső légzsákokat.

A járműütközésekre vonatkozó elképzelések már most többrétegű ballonokat említenek, amelyekben rétegenként növekszik a nyomás, illetve a baleseti szituációtól függ a felfúvódási sebesség és a nyomás. Az eddigi próbálkozások inkább elméleti és modellszinten folytak, de a speciális és ugrásszerűen fejlődő szenzortechnika ma már nem csak azt teszi lehetővé, hogy a szükséges helyen fújódjanak fel a légballonok. Az is elképzelhető, hogy egy fatörzset biztosan és elegendő távolságban megkülönböztessenek egy gyalogostól. Az elektronika – a pontos felismerés után – eldönti, hogy a járművédelemre vagy a gyalogosvédelemre szolgáló légzsákrendszert hozza-e működésbe (8. ábra). A belső és külső utasvédelmi rendszerek összehangolásával megoldhatóvá válik, hogy belátható időn belül akár 150 km/h sebességű ütközés esetén is biztonsággal túlélhessék a balesetet.

8. ábra. Az autó orr-részére szerelt intelligens lökhárító várhatóan akár megháromszorozhatja a jelenleg garantált 50 km/h frontális ütközési, vagyis "túlélési" határsebességet

Az új típusú passzív (és aktív) biztonsági rendszerek fejlesztésében hatékony és nagy hatású segítség a komplex számítógépes virtuális tervezés, amely az utóbbi évtizedben került előtérbe, és az eddigi tapasztalatok alapján mintegy 50%-kal csökkenti a fejlesztés átfutási idejét. Használatával 30-60%-kal csökkenthető a kísérleti ütközéses laborvizsgálatok száma.

A cikkben számba vett passzív biztonsági megoldások mellett még számtalan ötletes elképzelés létezik. A fő fejlesztési irány a komplett biztonsági rendszerek kidolgozása, a balesetveszélyt érzékelő jeladókkal harmonizált aktív és passzív biztonsági rendszerek optimalizálása.
 

IRODALOM
[1] The Automobile: A century of progress, SAE, 1997.
[2] Zsuppán István: A magyar autó (Zrínyi Kiadó, 1994.)
[3] Niemann: Béla Barényi, Nestor der passiven Sicherheit (Mercedes-Benz AG, 1994.)
[4] Noel W. Murray: When it comes to the Crunch, World Scientific Publishing Co. Ptc. Ltd., Singapore, 1994.
[5] Carl C. Clark: The Crash-Anticipating Extended Airbag Bumper Systcm, The 14th ESV Conference, May 23-26, 1994, München, Némctország
[6] K.-II. Schimmelpfennig: The Gliding Zone, The 14th ESV Conference, May 23-26, 1994, München, Németország
[7] R. Zobel, T. Schwan: Development of Criteria and Standards for Vehicle Compatibility, The 17th ESV Conference, Amsterdam, June 4-7, 2007., Paper No. 140.
[8] P. O. Raymond: Government Status Report - United States, The 17th ESV Conference, Amsterdam, June 4-7, 2001


Természet Világa, 134. évfolyam, 2. szám, 2003. február
http://www.chemonet.hu/TermVil/ 
http://www.kfki.hu/chemonet/TermVil/


Vissza a tartalomjegyzékhez