Statinės ir dinaminės jėgos, veikiančios automobilio rėmą, yra visiškai nereikšmingos, lyginant su apkrovomis, kurios veikia automobilį jam susidūrus su kita transporto priemone arba atsitrenkus į kietą, nejudančią kliūtį.

Poveikis automobilio kėbului avarijos metu

Šiuolaikiniuose lengvuosiuose automobiliuose įrengiamos įvairios aktyvios apsaugos sistemos, kurios privalo sumažinti avarinės situacijos atsiradimo tikimybę. Tačiau šios priemonės negali visiškai apsaugoti nuo nelaimingų atsitikimų keliuose. Todėl, kartu su aktyviosiomis apsaugos priemonėmis, automobiliuose įrengiamos pasyvios keleivių apsaugos priemonės, kurių paskirtis – į avariją patekusių asmenų apsauga nuo sveikatai ir gyvybei pavojingų sužalojimų. Šios apsaugos priemonės dažniausiai asocijuojasi su oro pagalvėmis, saugos diržais, priešgaisrinėmis priemonėmis ir papildomomis automobilio salono įrangos apsauginėmis funkcijomis, bei svarbiausią vaidmenį šiuo požiūriu turi kėbulo formos išlaikymas įvairiausiais įmanomais susidūrimų atvejais. Saugios konstrukcijos kėbulas, nepriklausomai nuo susidūrimo eigos, privalo apsaugoti automobilyje esančius keleivius nuo sutraiškymo ir vidaus organų pažeidimų dėl didžiulių apkrovų, daugelį kartų viršijančių Žemės traukos jėgą, veikiančių susidūrimo metu. Tai reiškia, kad automobilio kėbulo konstrukcija privalo būti tokia, kad avarijos metu salonas patirtų mažiausią deformaciją, o išorinės kėbulo dalys yra deformuojamos kontroliuojamu būdu ir absorbuoja didžiąją smūgio energijos dalį. Tai, žinoma, automobilių konstruktorių užduotis, bet automobilių šaltkalvis, atliekantis automobilio kėbulo remontą po avarijos, privalo tiksliai suvokti šių sprendimų paskirtį tam, kad galėtų atstatyti jų pirmines savybes.

Susidūrimų testai (Crash tests)

Praėjusio amžiaus viduryje „Mercedes“ konstruktoriai automobilio kėbulą suskirstė į lanksčiąsias (variklio skyrius ir bagažinė) ir kietąsias (keleivių salonas) dalis. Po ilgų teorinių skaičiavimų ir praktinių testų, buvo įdiegtą naujoji, saugumą didinanti, automobilių kėbulų projektavimo metodika. Praktinių testų metu buvo tikrinamos automobilio susidūrimo su nejudančia kliūtimi pasekmės. Šių tyrimų rezultatai tapo dar išsamesni ir patikimesni po to, kai testuojamuose automobiliuose buvo patalpinami manekenai ir jų pagalba pradėta vertinti potencialias simuliuojamų įvykių sukeltas pasekmes automobilyje esantiems keleiviams.

Nuo to laiko susidūrimų testų metodai buvo žymiai patobulinti. Jų metu vertinamos ne tik priekinio ir galinio susidūrimo pasekmės, bet ir šoninių bei skersinių susidūrimų eiga. Iš pradžių testams buvo naudojami du automobiliai. Vėliau susidūrimų testų mechanizmas buvo pakeistas – stovintis automobilis buvo taranuojamas nustatytos masės įrenginiu, judančiu numatytu greičiu ir kryptimi. Šis metodas neturi įtakos rezultatų patikimumui, kadangi pagal fizikos dėsnius svarbi yra susiduriančių kūno masių suma ir tarpusavio greitis. Spartus elektronikos vystymasis leido sukurti įvairius daviklius, kurie tiksliai registruoja įvairių automobilio kėbulo dalių deformacijas, taip pat menekenus veikiančias apkrovas. Šiuo metu atsirado galimybė kompiuteriais modeliuoti tokius susidūrimus. Tai leido sumažinti brangių susidūrimų testų skaičių, tačiau negalės pilnai jų pakeisti, kadangi kompiuteris įvertina duomenis, pateiktus, deja, klysti linkusio žmogaus.

Laikui bėgant saugumo testai tapo privalomi. Visi lengvųjų automobilių gamintojai prieš pradėdami masinę savo modelių gamybą juos išbando aktyviojo ir pasyviojo saugumo atžvilgiais. Beveik visi pasyviojo saugumo bandymai atliekami gamintojų laboratorijose. Pasaulyje masinės gamybos automobilius pasyviojo saugumo atžvilgiu išbando ir vertina nepriklausoma organizacija – Euro – NCAP (Europos naujų automobilių patikrinimo programa) kartu su Tarptautine automobilių federacija, automobilių asociacija, Didžiosios Britanijos karališkuoju automobilių klubu ir kt. Automobilių modeliai bandomi ir vertinami priekinio, šoninio ir galinio susidūrimo testais. Šiuo metu automobiliui yra privaloma atlikti net 40 saugumo testų. Pirmaujantys automobilių gamintojai neapsiriboja vien reikalaujamais testais ir, pvz.: „Mercedes E“ buvo paleistas į serijinę gamybą po 150 susidūrimo testų, kurie įvertino automobilio saugumą įvairiausiose situacijose – apsivertimai ant šono, stogo ir kt.

Nuo praėjusio amžiaus septyniasdešimtųjų metų pradėti susidūrimų su pėsčiaisiais tyrimai, kurių tikslas – pėsčiųjų saugumo užtikrinimas. Pirmaisias sprendimais šioje srityje tapo kėbulo priekio formų užapvalinimas, durų rankenos be aštrių briaunų, sulenkiami šoniniai veidrodėliai, paslėptas valytuvų svirtelių tvirtinimas, atsisakyta kietų priekinių apdailų. Šiuo metu pirmaujančių gamintojų automobiliuose yra naudojamos pažangios saugos sistemos, tokios kaip energiją sugeriantys buferiai, aptakai su spyruokliuojančiu tvirtinimu, minkštai besideformuojantys variklių dangčiai ir kitos. Nepriklausomai nuo atliktų naujojo modelio testų, dauguma automobilių gamintojų labai kruopščiai analizuoja faktinių autoįvykių pasekmes savo markės automobiliams.

Avarinių deformacijų eiga

Reiškiniai, kurie vyksta automobilio susidūrimo su kitu didelės masės objektu, nėra statinio charakterio, o sudaro įvykių seką per tam tikrą laiką. Šis laiko tarpas yra labai trumpas, tačiau tiek automobilio konstruktorius, tiek mechanikas, atliekantis remontą po įvykio, privalo tiksliai nustatyti atskirų elementų deformacijos seką.

Eismo įvykių metu paprastai susiduriame su viena iš dviejų tipinių situacijų arba su abejomis įvyksiančiomis paeiliui. Pirmoji situacija yra siejama su greitu didelės kinetinės energijos praradimu trumpoje kelio atkarpoje. Taip atsitinka, kai automobilis susiduria su kliūtimi arba gauna smūgį į priekinę ar galinę dalį (statmenai arba skersai), taip pat kai gauna smūgį į šoną. Kita situacija pasižymi tuo, kad automobilis apsiverčia, neretai net keletą kartų, ir, besivartydamas palaipsniu, nors dažnai – labai staigiai praranda energiją kiekvieno apsivertimo metu. Tiek pirmoje, tiek antroje situacijoje susidūrimo vietą (vietas), veikia jėgos, kurios deformuoja ten esančius kėbulo elementus. Šioms jėgoms pasipriešina susidūrusio automobilo masės inercija, t.y. priešpriešinė jėga, veikianti iš automobilio svorio centro, paprastai vadinamo svorio centru. Taip yra sukuriama dviejų jėgų sąveika, kuri veikia visus, tarp jėgų išsidėstymo taškų esančius elementus ir juos surišančius konstrukcinius mazgus.

Priekinio arba galinio susidūrimo atvejais pirmiausiai yra sugniuždomos mažiausiu atsparumu pasižyminčios kėbulo dalys, po to yra deformuojami giliau esantys variklio skyriaus arba bagažinės elementai. Jeigu ir to nepakanka energijos išskaidymui, likusi veikiančios jėgos dalis yra perkeliama per stulpelius į automobilio grindis ir stogą, tačiau neturi jau jų sugniuždyti, kadangi tai yra elementai, kurie sudaro taip vadinamą „išlikimo zoną“ automobilyje esantiems asmenims. „Hatchback“ ir „Kombi“ modeliuose sunkiau nustatyti ribą tarp keleivių salono ir zonos, skirtos deformavimui bei energijos sugėrimui. Kadangi dažniausiai smūgio jėga į automobilio galą yra žymiai mažesnė nei priekinio susidūrimo atvejais, todėl šių modelių konstrukcijose yra naudojamos žymiai trumpesnės gniuždymo zonos, o dalis nesubalansuotų jėgų kontrukcinių grindų ir stogo sprendimų pagalba yra nukreipiamos zonai, kuri galėtų apsaugoti keleivius nuo šiam avarijų tipui būdingų apkrovų. Šią funkciją atlieka tik išorinės sleksčių, stulpelių ir durelių skardos. Be to šie elementai privalo būti atsparūs šoniniam lenkimui. Stulpelių standumas yra ypač svarbus tais atvejais, kai automobilis apsiverčia ant stogo.

Standumo laipsniškumas

Elementų su kontroliuojama deformacija konstravimas nesudaro didesnių sunkumų. Didesnę problemą sudaro automobilio kėbulo griaučių elementų su padidintu atsparumu gniuždymui ir lenkimui kūrimas. Šis procesas negali būti vykdomas jų masės padidinimo sąskaita, kadangi tai turės neigiamos įtakos ekonominiams ir ekologiniams rodikliams, tai pat pakenks eismo saugumui. Tinkamiausias sprendimas – naujų medžiagų, pasižyminčių didesniu atsparumu ir mažesniu svoriu, kūrimas ir panaudojimas. Naujos kartos kėbuluose stulpelių išorinė dalis dažniausiai yra gaminama iš palyginus minkštos gilaus tempimo skardos, o jų vidinė dalis – iš padidinto atsparumo plieno (kintančio atsparumo elemento dalyse) kartais su papildomais sustiprinimais (daugiasluoksniais arba kryžminiais) profilio viduje. Taip pat yra taikomos hibridinės plieno ir aliuminio konstrukcijos. Tokiose kontrukcijose vidurinis stulpelis susideda iš dviejų skirtingo atsparumo medžiagų (pvz.: didžiausio atsparumo boruoto plieno ir aliuminio) panašiu principu yra konstruojami slenksčiai ir stoginės sijos.