ODKSZTAŁCENIA POWYPADKOWE KAROSERII

Główny cel, który przyświeca konstruktorom karoserii samochodowych to zwiększenie szans przeżycia osobom znajdującym się w tzw. strefie pasażerskiej, dlatego też konstrukcja tej strefy jest wzmocniona. W konstrukcji karoserii przewiduje się również elementy, które z założenia mają absorbować jak najwięcej energii uderzenia wynikającego z kolizji drogowej i są wykonane jako elementy o zmniejszonej wytrzymałości (rys.1).

Rys. 1 Podział elementów konstrukcyjnych typowej płyty podłogowej ze względu na wytrzymałość.

Jednym z podstawowych celów rozwiązań zapewniających  tzw. bezpieczeństwo bierne jest łagodzenie skutków wypadku. W najbardziej nowoczesnych karoseriach samochodowych elementy konstrukcyjne w przedniej części nadwozia wykonane są z segmentów o „zaprogramowanych” odkształceniach do których przylegają pochłaniacze energii oraz belka z blachy HLE. Jest to belka wzmacniająca wykonana z materiału o wysokiej sprężystości. Blisko połowę elementów, z których zbudowana jest środkowa część karoserii stanowią elementy wykonane z materiału o podwyższonej wytrzymałości mechanicznej oraz sprężystości. W centralnej części karoserii znajduje się pałąk wzmacniający, który dodatkowo chroni przedział pasażerski przed nadmiernym uszkodzeniem. Pełni on bardzo ważną rolę w przypadku zderzeń bocznych oraz przewrócenia pojazdu. W nowoczesnych karoseriach, które są wykonywane ze znaczną dbałością o bezpieczeństwo, wszystkie drzwi są wyposażone w dodatkowe elementy wzmacniające, a w szczególności drzwi przednie. Podczas kolizji drogowej energia kinetyczna absorbowana jest przez poszczególne elementy karoserii powodując ich odkształcanie. Zasada konstrukcyjna polegająca na zastosowaniu w  karoserii samochodowej elementów o zmniejszonej wytrzymałości do absorbowania energii kinetycznej zderzenia powoduje zwiększenie zakresu odkształceń wynikających z kolizji. Zasada ta przyczynia się jednak w bardzo znaczący sposób do zachowania zwiększonych szans przeżycia osób znajdujących się w chwili kolizji w przedziale pasażerskim. Od  kierunku działania sił odkształcających zależy rodzaj oraz rozmiary uszkodzeń karoserii samochodowej. Zwykle najmniej szkód powstaje przy zderzeniach, których energia zostaje zaabsorbowana przez zewnętrzne elementy karoserii oraz elementy pośrednie ( np. zderzaki, pas przedni itp.). Przyczyną największych szkód z powodu odkształceń powypadkowych powstaje przy uderzeniach o kierunkach, których konstrukcja nie uwzględniała jako podstawowe, choćby ze względów statystycznych. Drugim decydującym czynnikiem jest wielkość energii zderzenia.

Uszkodzenie czołowe

Statystycznie jednym z najczęstszych przypadków kolizji pojazdów drogowych jest zderzenie czołowe (rys. 2). Może być ono wynikiem zderzenia czołowego dwóch pojazdów, czołowym uderzeniem w przeszkodę, czołowym uderzeniem w bok innego pojazdu lub uderzeniem w tył innego pojazdu.

Rys.2. Przykład zderzenia czołowego. Zgniecenie wzdłużne równomierne.

Z założenia jak najmniejszym odkształceniom powinien ulegać przedział pasażerski. Pojazd drogowy, którego zasadniczym elementem nośnym jest karoseria w kształcie kadłuba samonośnego podlegając uderzeniu czołowemu absorbuje energię kinetyczną uderzenia głównie poprzez odkształcenie elementów karoserii, które w założeniach konstrukcyjnych zostały do tego specjalnie zaprojektowane i są to:

• zderzaki,
• pas przedni,
• podłużnice,
• pokrywa silnika.

Podczas zderzenia czołowego powstają dwa podstawowe typy odkształceń:

• zgniecenie wzdłużne równomierne,
• zgniecenie wzdłużne wichrujące.

Zgniecenie wzdłużne równomierne powstaje w wyniku takiego zderzenia czołowego gdzie dochodzi do równomiernego rozłożenia sił deformujących i gdy kierunek wypadkowej tych sił pokrywa się z osią środkową pojazdu lub  jest równoległy do tej osi i przebiega w jej pobliżu (uderzenie całą powierzchnią). W tym przypadku równomiernemu odkształceniu podlegają elementy nośne karoserii znajdujące się po jej obu stronach, a stopień absorpcji i jej skuteczność są największe (rys. 3).

Zgniecenie wzdłużne wichrujące powstaje w wyniku takiego zderzenia, gdzie pojazd uderzając czołowo zostaje poddany działaniu sił deformujących o nierównomiernym rozkładzie względem osi środkowej pojazdu (uderzenie wyłącznie jedną stroną). Najczęściej na takie odkształcenia narażone są pojazdy o konstrukcji ramowej. W tym przypadku cała energia kinetyczna uderzenia przenoszona jest przez jedną stronę płyty podłogowej i przy znacznych siłach deformujących dochodzi do tzw. zwichrowania płyty podłogowej (rys.). Uszkodzenia  tego typu są zwykle trudne do usunięcia i wymagają dużej wiedzy oraz doświadczenia. Niezbędne jest również zastosowanie specjalistycznego sprzętu naprawczo-pomiarowego.

Rys.3. Przykład zderzenia czołowego. Zgniecenie wzdłużne wichrujące.

Uszkodzenie boczne. Kolejną grupą uszkodzeń w wyniku kolizji drogowych są uszkodzenia boczne. Powstają one zwykle podczas kolizji z innym pojazdem drogowym (rys 4).  Zderzenia oraz powstałe w ich wyniku zgniecenia boczne można umownie podzielić na dwie grupy:

• zgniecenia boczne narożne,
• zgniecenia boczne centralne.

Rys. 4. Przykład zderzenia bocznego narożnego.

O ile zderzenia boczne narożne nie powodują powstania zagrożenia dla konstrukcji przedziału pasażerskiego to zderzenia boczne centralne skierowane są wyłącznie w konstrukcję tego przedziału powodując jego odkształcenie (rys.5). Jeżeli pojazd, który uderza centralnie w część boczną innego pojazdu trafia w próg, który jest częścią płyty podłogowej o zwiększonej wytrzymałości, to wielkość odkształceń zwykle jest mniejsza niż w przypadku gdy uderzenie trafia w drzwi oraz słupek środkowy.

Rys. 5 Przykład zderzenia bocznego centralnego.

Uszkodzenie ukośne

Po omówieniu zderzeń czołowych oraz bocznych należy stwierdzić, że większość przypadków uszkodzeń powstałych w wyniku kolizji drogowych to przypadki złożone. W tej części opracowania zajęliśmy się stroną teoretyczną i wszelkie rozważania oparte są o pewne uproszczenia. Dotyczy to między innymi problemu zderzeń ukośnych. Wypadkowa sił deformujących przyłożona pod kątem do osi środkowej pojazdu powoduje zbliżone odkształcenia do przypadków omówionych powyżej.

OCENA ZAKRESU USZKODZEŃ

Problematyka diagnozowania samochodów, a w szczególności pod kątem bezpieczeństwa ruchu drogowego jest ciągle aktualna, a nawet można zaryzykować stwierdzenie, że zbliżamy się do punktu kulminacyjnego. Integracja Polski z Unią Europejską, otwarcie granic w tym na import używanych samochodów spowodował, że rośnie lawinowo ilość poruszających się po polskich drogach samochodów kilku jak i kilkunastoletnich. Przedmiotem niniejszej publikacji nie jest analiza problemu bardzo słabej wykrywalności wad płyty podłogowej, lecz przybliżenie metod pozwalających na wykrycie i pomoc w ich usunięciu.

Wstępna ocena zakresu uszkodzeń powypadkowych odbywa się bez specjalistycznych przyrządów pomiarowych. Po zdemontowaniu uszkodzonych elementów zewnętrznych karoserii (zderzak, maska , błotnik, osłony itp.) i odsłonięciu w ten sposób części nośnych karoserii, które w wyniku kolizji prawdopodobnie uległy odkształceniu, możliwe jest zapoznanie się oraz dokonanie wstępnej oceny zakresu uszkodzeń. Od tego momentu rozpoczyna się proces oględzin powypadkowych, które mogą być wykonywane w obecności właściciela pojazdu, jego użytkownika lub przedstawiciela firmy ubezpieczeniowej. Ocena zakresu uszkodzeń powstałych w wyniku kolizji drogowej w sposób opisany powyżej stanowi jedynie etap wstępny prac diagnostyczno – naprawczych. Pozwala on jedynie na bardzo ogólną ocenę zakresu przewidywanych napraw i ich szacunkowego kosztu. Wiele uszkodzeń pozostaje nadal nie znanych i możliwe są do zidentyfikowania podczas dalszych czynności naprawczych takich jak demontaż kolejnych elementów samochodu oraz przeprowadzenie dokładnych trójwymiarowych pomiarów punktów bazowych karoserii.

Bogusław Raatz