Автомашиналардың соққылық басқару жүйелері үшін материал таңдау

ҚЫСҚАША

Автомобильдік соқтығысу басқару жүйелері үшін материалдарды таңдау — бұл тұтынушылардың қауіпсіздігін максималді деңгейде қамтамасыз етуге бағытталған маңызды инженерлік пән. Бұл үрдісте негізінен жоғары беріктікті алюминий қорытпалары мен жаңа шыққан композитті материалдар басымдыққа ие болады, олар соқтығысу кезінде кинетикалық энергияны жұту қабілеті мен салмаққа қатысты беріктігі жағынан ерекше көрсеткіштерге ие. Бұл материалдар инженерлердің бөлшектерді болжанатын түрде деформацияланатындай етіп жобалауына мүмкіндік береді, яғни кинетикалық энергияны жұтады, бірақ әлі де жолаушы кабинасының құрылымдық бүтіндігін сақтайды.

Соқтығысу басқару жүйелерінің (CMS) рөлін түсіну

Автомобильдің авариядан қорғау жүйесі (CMS) соқтығысу кезінде кинетикалық энергияны жұту және шашырату үшін арналған, сондықтан автомобильдегі адамдарды қорғайтын конструкциялық компоненттердің біріктірілген жиыны болып табылады. Негізгі мақсат автомобильге зиян келтіруді болдырмау емес, автомобильдің конструкциясының деформациясын болжанатын тәсілмен бақылау, осылайша пассажирлер бөлімшесіне берілетін күштерді азайту. Бұл бақыланатын ыдырау заманауи автомобиль қауіпсіздігі инженериясының негізгі принципі болып табылады.

Типтік CMS бірнеше негізгі компоненттерден тұрады, олар бірлесіп жұмыс істейді. Ең сыртқы элемент әдетте бампер арқаны , бұл автомобильдің алдыңғы немесе артқы жағына соққы күштерін тарататын, күшті, жиі дайындалған қуыс профиль. Бампер арқасында соққы жәшіктері (сонымен қоса crush cans деп те белгілі), олар осьтік жүктеме астында гармонь секілді ыдырайтындай етіп жобаланған. Бұл компоненттер негізгі энергия жұтқыштар болып табылады. Сондай-ақ, күштер автомобильдің бойлық рельстеріне , қатайтылған жолаушылар қауіпсіздігінің торынан қалған энергияны шығарып тастайтын канал. Алюминий профильдеу кеңесінің анықтауынша , бұл жүктеме траекториясы соққы күштерін тиімді басқару үшін үлкен қамқорлықпен жобаланған.

CMS-тің тиімділігі жоғары және төмен жылдамдықтағы соққыларда маңызды рөл атқарады. Ауыр аварияларда энергияны жұту қабілеті салдары жеңіл немесе өмірге қауіпті жарақаттар арасындағы айырмашылық болуы мүмкін. Төмен жылдамдықтағы оқиғаларда дұрыс жасалған CMS конструкциялық зақымдануларды минималдандыруға, нәтижесінде жөндеу жұмыстарын қарапайым және арзан етіп орындауға мүмкіндік береді. Сондықтан осы жүйелер үшін дизайн мен материал таңдау Ұлттық автокөшілер қауіпсіздігі басқармасы (NHTSA) және Автокөшілер қауіпсіздігі бойынша сақтандыру институты (IIHS) сияқты қатаң халықаралық қауіпсіздік нормалары мен тұтынушылық сынақ протоколдарымен реттеледі.

Соққыға төзімділік үшін маңызды материал қасиеттері

Аварияны басқару жүйесі үшін материалдарды таңдау — бірнеше қарама-қарсы инженерлік қасиеттерді теңестіру қажеттілігімен анықталатын өте талдаулы процесс. Соңғы мақсат — мүмкіндігінше ең аз салмақта максималды энергияны жұтуға қабілетті материалдарды табу. Бұл қасиеттер заманауи автомобиль қауіпсіздігін жобалаудың негізі болып табылады.

Ең маңызды қасиеттерге мыналар жатады:

• Күш-сапқа қатысты жоғары қатынас: Бұл, мүмкін, ең маңызды сипаттама. Жоғары беріктік-салмақ қатынасына ие материалдар әсер ету күштеріне қажетті кедергіні көрсетеді, бірақ автомобильге артық масса қоспайды. Жеңіл автомобильдер отынды тиімді пайдаланады және жақсы басқарылатын динамика көрсетуі мүмкін. Алюминий қорытпалары осы тұрғыдан үлгі бола алады, олар дәстүрлі болатқа қарағанда әлдеқайда жеңіл болып келеді.
• Энергияны жұту қабілеті: Материалдың энергияны жұту қабілеті оның сынбай пластикалық деформацияға ұшырау қабілетіне байланысты. Авария кезінде сығылып, бүгіліп және иілетін материалдар кинетикалық энергияны жұтады, автомобильдің баяулауын баяулатады және алушыларға әсер ететін G-күштерді азайтады. Соққылық шкатулкалар сияқты бөлшектердің құрылымы осы тәріздес мінез-құлықты максималдандыру үшін арнайы тиімділендірілген.
• Пластикалық қасиет және пішінделуі: Пластикалық қасиет — бұл материалдың үзілмеден бұрын үлкен пластикалық деформацияға ұшырау қабілетінің өлшемі. CMS-те пластикалық материалдар маңызды, себебі олар сынбау үшін иіледі және бүгіледі. Бұл қасиет формаланумен тығыз байланысты — экструзия сияқты үрдістер арқылы көп қуысты бамперлік арқалар немесе күрделі рельстік профильдер сияқты күрделі бөлшектерге материалды қалай оңай пішіндеуге болатыны.
• Коррозияға төзімділік: Аварияларды басқару жүйелері көбінесе ауа-райы жағдайларына ұшырайтын автомобильдің белгілі бір аймақтарында орналасады. Коррозия уақыт өте келе материалдың құрылымдық бүтіндігін нашарлатып, соқтығысудағы оның өнімділігін нашарлатуы мүмкін. Алюминий сияқты материалдар табиғи түрде қорғаныш оксидті қабат түзіп, үздік коррозияға төзімділік көрсетеді және ұзақ мерзімді сенімділікті, қауіпсіздікті қамтамасыз етеді.

Басым материал: Күрделі алюминий қорытпалары

Бірнеше онжылдық бойы күрделі алюминий қорытпалары жоғары өнімділіктегі аварияларды басқару жүйелері үшін таңдау материалы болып табылды, олардың қасиеттерінің өзіндік үйлесімі осындай таңдаудың негізін қалады. Бір SAE International техникалық мақаласына сәйкес, алюминий қорытпаларының нақты сипаттамалары құны төмен, жеңіл құрылымдарды жасауға мүмкіндік береді және үздік соқтығысу энергиясын жұту қабілетіне ие болады. Бұл оларды қатар қатты және жеңіл болуы керек бөлшектер үшін идеалды етеді.

Профильдеу процесі CMS компоненттерін өндіру үшін ерекше маңызды. Профильдеу қаттылық пен бақыталатын деформация үшін оптималды жасалған күрделі, көп қуысты профильдерді жасауға мүмкіндік береді. Бұл дизайн икемділігі дәстүрлі болат штамповкасымен қол жеткізуге қиын. Өнеркәсіп саласының жетекшісі ретінде Hydro атап көрсетеді осындай ерекше дизайн еркіндігі күрделі құймалармен бірге өте жоғары өнімділікті соқтығысу жүйелеріне тікелей әкеледі. Дәл осындай дәлдікті талап ететін автомобиль жобалары үшін арнайы өндірушілер маңызды рөл атқарады. Мысалы, дәлдікпен жасалған компоненттерді талап ететін автомобиль жобалары үшін сенімді серіктестен тапсырыс бойынша алюминий профильдерін қарастырыңыз. Shaoyi Metal Technology компаниясы IATF 16949 сапа жүйесіне сәйкес қатаң сертификатталған жағдайда тез пайдалануға дайын үлгілер дайындаудан бастап, толық көлемді өндіріске дейінгі барлық кезеңдерде кешенді бір шақырулы қызмет көрсетуді ұсынады. Олар берілген техникалық талаптарға дәл сәйкес келетін, мықты, жеңіл және әрі нақты тапсырыс бойынша жасалған бөлшектерді жеткізуге маманданған.

Мұндай қолданыстар үшін инженерлер негізінен 6000-шы сериялы (AlMgSi) қорытпаларды қолданады. Бұл қорытпалар беріктік, пластикалыққа икемділік және ұзақ мерзімді пайдалану үшін оптималды жасалған және экструзияға, сондай-ақ майыстыру мен пісіру сияқты әрі қарай өңдеу процестеріне ыңғайлы. Соққыға оптималды маркалар осьтік сығылу жүктемелерінің әсерінен энергияны жұту үшін жасалған, сондықтан олар соққылық жәшіктер үшін өте қолайлы, ал беріктігі оптималды маркалар күштерді тиімді түрде беруі керек болатын бамперлік арқалықтарда қолданылады. CMS-тің ішіндегі нақты функцияларға қорытпаларды баптау мүмкіндігі алюминийді қолданудың маңызды артықшылығы болып табылады.

Дамып келе жатқан альтернативалар: композиттер мен жетілдірілген болаттар

Алюминий негізгі материал ретінде қалып отырғанымен, автомобильдің салмағын азайту және қауіпсіздікті арттыру үшін үнемі ізденіс жүргізілуде, бұл балама материалдарға зерттеу жұмыстарын ынталандырды. Жетілдірілген композиттер мен келесі ұрпақтың болаттары бұл инновацияның алдыңғы қатарында тұр, әрқайсысы өзіндік артықшылықтары мен қиындықтарын ұсынады.

Алюминий металы матрицалы композиттер (МКК) және көміртегі талшықты композиттер өнімділік бойынша маңызды алға қарай жылжу болып табылады. Бұл материалдар алюминий қорытпаларына қарағанда тіпті жоғары беріктік-салмақ қатынасын ұсынуы мүмкін, бұл әлдеқайда көп массаны азайтуға мүмкіндік береді. Бірақ негізгі кемшіліктер тарихи тұрғыдан жоғары материалдық құн мен күрделі, уақытты көп алатын өндірістік процестер болып келді. Осыған қарамастан, олардың жоғары өнімділігі салмақты шығындаудың максимумы маңызды болып табылатын жоғарғы дәрежелі автомобильдер мен нақты қолданыстар үшін оларды қолданысқа лайық етеді.

Биік беріктігі бар болаттар (AHSS) сондай-ақ күшті бәсекелестер болып табылады. Болат өндірушілері аздап салмақты азайту үшін жұмсақ болаттармен салыстырғанда жұқа материалдарды қолдануға мүмкіндік беретін, өте көп түрлерін шығарды. Көбінесе алюминий элементіне қарағанда ауыр болса да, AHSS бар инфрақұрылымды пайдаланатын қолжетімді шешім болуы мүмкін. Алюминий, композиттер мен AHSS арасындағы таңдау жиі күрделі инженерлік үйлестіру талдауына негізделеді.

Төменде осы негізгі материалдық топтардың негізгі сипаттамалары жинақталған кесте келтірілген.

Таңдау негізі: Тиімділік, Құны және Өндірістік мүмкіндікті тепе-теңдікте ұстау

Автомобильдің соқтығысу жүйесі үшін соңғы материалды таңдау жалғыз қасиетке негізделмейді, бұл көптеген критерийлерге сүйенген шешім қабылдау процесінің нәтижесі. Инженерлер өте жоғары деңгейдегі соқтығысуға төзімділік, автомобильдің жеңілдігіне қойылатын мақсаттар, өндірістің күрделілігі және жүйенің жалпы құны арасындағы тепе-теңдікті сақтау үшін ұқыпты теңгерім жасауы керек. Бұл жан-жақты тәсіл таңдалған шешімнің тек қана қауіпсіз болуымен қатар коммерциялық тұрғыдан да тиімді болуын қамтамасыз етеді.

Шешім қабылдау негізі бірнеше негізгі мәселелерді қамтиды. Біріншіден, нормативтік талаптар мен ішкі қауіпсіздік мақсаттарына негізделе отырып, өнімділік бойынша мақсаттар анықталады. Содан кейін инженерлер шайқас симуляцияларын жүргізу үшін күрделі компьютерлік инженерлік (CAE) құралдарды пайдаланады. Бұл симуляциялар әртүрлі соқтығысу жағдайларында әртүрлі материалдар мен конструкциялар қалай әрекет ететінін модельдейді және нақты бөлшектер дайындалмас бұрын тез қайталау мен оптимизациялауға мүмкіндік береді. Aluminum Extruders Council атап өткендей, CAE инженерлері сенімді нәтижелер алу үшін үлгілеріне сапалы материал деректерінің болуы маңызды.

Симуляция кезінде перспективалы үлгілер анықталғаннан кейін нақты растау жүргізіледі. Оған компонент деңгейіндегі сынамалар, мысалы, авариялық жәшіктерді осьтік сығу және болжанғанындай жұмыс істеуін тексеру үшін толық көлікке аварияға ұшырату сынамалары кіреді. Соңында құны мен өндірістің орындалуы ескеріледі. Материал жоғары өнімділік көрсетуі мүмкін, бірақ егер ол шектен тыс қымбат болса немесе толығымен жаңа өндірістік құрылғыларды талап етсе, массалық өндіріс үшін жарамсыз болуы мүмкін. Оңтайлы таңдау белгілі бір көлік бағдарламасының экономикалық және өндірістік шектеулерінде барлық қауіпсіздік мақсаттарын қанағаттандыру немесе олардан асып түсу болып табылады.

Аварияны басқару материалдарындағы болашақтағы даму бағыттары

Автомобильдердің соқтығысу жүйелері үшін материалдарды таңдаудың дамуы материалдар ғылымы мен өндірістегі инновациялармен анықталатын динамикалық процесс болып табылады. Негізгі шешімге әлі де салмағы жеңіл, берік және құны тиімді, бірақ қорғаныс функциясы жоғары жүйелерді құру мәселесі жатады. Алдағы уақытта әрбір материалдың ең жақсы қасиеттерін пайдалану мақсатында алюминий, жетілдірілген болаттар мен композиттердің бірге қолданылатын көпкомпонентті конструкциялардың қолданылуы барынша кең таралады. Бұл нақты бағытталған тәсіл инженерлерге қауіпсіздік конструкциясының әрбір бөлігін тиімдестіруге мүмкіндік береді. Соңында, мақсат - автокөліктің ішіндегі және жолаушылардың қауіпсіздігін арттыратын үздіксіз жақсарту циклі болып табылады.

Жиі қойылатын сұрақтар

1. жасыл және Автомобильге жеңiл салмақ салуда қандай материалдар қолданылады?

Автокөліктің жеңілдетілуі көліктің жалпы массасын азайту үшін, сондай-ақ отынның пайдалану тиімділігі мен өнімділікті жақсарту үшін материалдардың әртүрлі түрлерін қолданады. Жиі қолданылатын материалдарға кузов конструкциялары, панельдер және соқтығысу басқару жүйелері үшін алюминий қорытпалары; кузов элементтері мен панельдері үшін престе қатайтылған болат және басқа да жетілдірілген жоғары беріктік болаттары; жоғары өнімді көліктердегі конструкциялық бөлшектер мен кузов панельдері үшін көміртегі талшықты композиттер және ішкі панельдер мен бамперлер сияқты құрылымдық емес бөлшектер үшін пластмассалар жатады.

2. Көліктің соқтығысуға төзімділігін анықтайтын инженерлік және конструкциялық ерекшеліктер қандай?

Автокөліктің соқтығысу кезінде тұратындығы немесе оның жолаушыларды қорғау қабілеті екі негізгі факторға байланысты: автокөліктің конструкциясы мен оның жолаушыларды ұстау жүйелері. Соқтығысу энергиясын жұту және бағыттау үшін арналған конструкцияға соқтығысуды басқару жүйесі мен қатты пассажир қауіпсіздік жасушасы енеді. Жолаушыларды ұстау жүйелері, қауіпсіздік белбеулері мен ауа жастықтарын қосқанда, соқтығысу кезінде жолаушылардың жылдамдығын басқарып, ішкі беттермен соқтығысуды минималдандырады.