크럼플 존

Crumple zone
충돌 시험은 크럼플 존이 충격에서 에너지를 흡수하는 방법을 보여준다.
뉴질랜드 오클랜드 도로 유지관리 트럭 충격 감쇠기
동일본철도(JR East) E217계 전동차의 청색으로 표시된 범위. 운전실은 충돌 가능/파쇄 가능 영역).
이들 자동차 전면의 크럼플 존은 상쇄된 정면충돌의 충격을 흡수했다.

크럼플 존,[1] 크러시 존 또는 충돌 존은 제어된 변형에 의한 충돌 시 충격으로 속도 변화(그리고 결과적으로 운동량)가 발생하는 시간을 증가시키기 위해 주로 자동차에 사용되는 구조적 안전 기능이다. 최근 몇 년 동안, 그것은 또한 열차와 철도 차량에도 통합된다.[2][3][4][5]

크럼플 존은 탑승자에게 가해지는 평균 하중은 그것이 가해지는 시간과 반비례하기 때문에, 운동량의 변화에 따른 총 하중이 탑승자에게 가해지는 시간을 증가시키도록 설계되었다.

여기서 은 힘, 은 시간, 은 질량, 은 신체의 속도다. SI 단위에서 힘은 뉴턴에서, 시간(초), 질량(kg), 속도(초당 미터)에서 측정되며, 결과 임펄스는 뉴턴 초(NNN)에서 측정된다.

일반적으로 크럼플 존은 정면 충돌의 충격을 흡수하기 위해 차량 전면부에 위치하지만 차량의 다른 부분에서도 발견될 수 있다. 영국 자동차 보험 수리 연구 센터(British Motor Insurance Repair Research Centre)가 차량 충돌 손상의 발생 지점을 조사한 결과, 전방 충격 65%, 후방 충격 25%, 좌측 충격 5%, 우측 5%로 나타났다.[6] 일부 경주용 자동차는 알루미늄, 복합/탄소 섬유 벌집 또는 에너지 흡수 폼을[7][8] 사용하여 도로 자동차 크럼플 존보다 훨씬 작은 부피와 낮은 중량을 사용하여 충돌 에너지를 소멸시키는 충격 감쇠기를 형성한다.[1] 일부 국가의 고속도로 정비 차량에도 충격 감쇠기가 도입되었다.

2009년 9월 10일, ABC 뉴스 프로그램 굿모닝 아메리카와 월드 뉴스는 미국 고속도로 안전 보험 연구소가 1959년형 쉐보레 벨 에어 세단과 상쇄 정면 충돌하여 2009년형 쉐보레 말리부의 충돌 테스트를 보여주었다. 1950년대 디자인, 특히 단단한 승객 안전 셀과 크럼플 존의 현대적인 자동차 안전 설계의 효과를 극적으로 입증했다.[9] [10]

초기개발사

크럼플 존 개념은 원래 헝가리 메르세데스-벤츠 엔지니어인 벨라 바레니가 1952년에 메르세데스-벤츠에서 일하기 전 1937년에 발명하고 특허를 얻었다.[11] 1953년 메르세데스-벤츠 '폰턴'은 1941년 특허를 받은 부분 안전 셀을 형성할 수 있는 강력한 심층 플랫폼을 갖춤으로써 그의 아이디어를 부분적으로 구현한 것이었다.[12][11]

1952년에 허가된 메르세데스-벤츠 특허번호 854157은 수동적 안전성의 결정적인 특징을 기술하고 있다. 바레니는 그때까지 우세했던 의견에 대해 안전한 차는 경직되어야 한다고 의문을 제기했다. 그는 차체를 단단한 비변형 객실과 앞뒤의 구불구불한 구역의 세 부분으로 나누었다.[13][14]

이 특허를 이용해 개발된 최초의 메르세데스-벤츠 카바디는 1959년 메르세데스 W111 '테일 핀' 살롱이었다.[11] 안전 셀과 크럼플 존은 주로 세로 부재의 설계에 의해 달성되었다. 이들 부재는 차량의 중심에서 직선이었고 차체 패널로 견고한 안전 케이지가 형성되었으며, 전면과 후면 지지대는 사고 발생 시 변형되어 충돌 에너지의 일부를 흡수하였다.[11][15][16][17]

보다 최근의 발전은 이러한 곡선 종단 부재가 "충돌 깡통" 또는 "충돌 튜브" 변형 구조를 텔레스코핑하기 위해 수직 및 측면 늑골에 의해 약화되는 것이었다.

함수

활성화된 리어 크럼플 존
Saab 9000에서 금속의 다양한 강도를 보여주는 단면. 안전 셀은 크럼플 존(노란색)에 비해 강한 금속(빨간색)에 있다.
영국 교통 연구소의 마즈다 121(재배지 포드 피에스타) 충돌 시험 차량.
폭스바겐 폴로 운송연구소에서 변형벽에 전면 충돌시험 후
VW Vento / Jetta 활성화 프론트[18] 크럼플 존
나무로 정면충돌 후 토요타 캠리. 에어백이 전개되었다.

크럼플 존은 충돌 에너지를 관리하고 차량 탑승자의 감속이 발생하는 시간을 증가시키는 동시에 객실의 침입이나 변형을 방지하는 방식으로 작동한다. 이것은 자동차 탑승자들을 부상으로부터 더 잘 보호해준다. 이는 차량의 희생적 외측부위를 제어하는 동시에 차체의 내측부의 경직성을 강화·증강시켜 더 많은 보강빔과 더 높은 강도의 강철을 사용하여 객실을 '안전 셀'로 만든다. "안전세포"에 도달하는 충격 에너지는 변형을 줄이기 위해 가능한 한 넓은 영역에 확산된다. 볼보는 1990년대 초 SIPS(Side Impact Protection System)가 도입되면서 측면 크럼플 존을 도입했다.

차량과 승객과 짐을 포함한 모든 내용물이 속도로 이동할 때 관성/동력이 있어 그 방향과 속도로 전진(뉴턴의 제1 운동법칙)을 계속한다는 뜻이다.[19] 충격으로 인해 경성 프레임 차량의 갑작스러운 감속 시, 구속되지 않은 차량 내용물은 관성으로 인해 이전 속도로 전방으로 계속되며, 중력으로 인해 정상 중량의 몇 배에 해당하는 힘으로 차량 내부에 충격을 준다. 크럼플 존의 목적은 일정 시간 동안 탑승자에게 전달되는 최대 힘을 감소시키기 위해 탑승자가 감속하는 시간을 증가시키기 위해 충돌을 느리게 하는 것이다.[20]

안전벨트는 앞유리를 통과하지 못하도록 승객을 구속하고 에어백의 올바른 위치에 있으며 탑승자가 감속하는 시간을 증가시킨다. 안전벨트는 또한 탑승자가 감속하는 시간을 증가시키기 위해 충격 중에 늘어나도록 설계되어 승객 관성 에너지를 흡수한다.[21] 요컨대, 구불구불한 영역(및 기타 장치)으로 인해 차체가 더 느리게 감속되는 승객은 거의 순간적으로 정지한 딱딱하고 손상되지 않은 금속 자동차 차체에 간접적으로 충격을 주는 승객보다 훨씬 더 자주 생존한다. 그것은 마치 벽에 사람을 쾅쾅 때리는 것(두골을 약간 구부리는 것)과 어깨뼈(살점을 약간 찌르는 것)의 차이점은 팔이 부드러워져서 한 번에 조금씩 양보하면서 속도를 늦추는 데 걸리는 시간이 수십 배나 더 길다는 것과 같다.gh 압력 충돌 시 탑승자를 구속하면서 안전벨트를 늘린다는 것은 충돌 후 차량을 수리해 도로 위에 다시 올려놓는 경우 안전벨트를 교체해야 한다는 것을 의미한다. 또한 마찰이나 기계적 또는 벨트 장착 결함 등으로 상태가 악화되었을 경우에도 교체해야 한다. 뉴질랜드에서는 공식적으로 마모된 관성 릴형 안전벨트를 놀이가 적고 구형 차량에 더 효과적인 '웨빙 그랩버'형 벨트로만 교체해야 한다.[22] 신형 자동차는 에어백 발화 시간에 맞춰 전자적으로 프리텐션 안전벨트를 쐈다.[23] 중고 안전벨트를 구입하는 것은 합법적인 국가들에서도 좋은 생각이 아니다. 왜냐하면 그들은 이미 영향 사건에서 늘었을 수 있고, 그들이 해야 할 만큼 새로운 사용자들을 보호하지 못할 수도 있기 때문이다.

탑승자의 몸이 차량 내부나 에어백 또는 안전벨트와 부딪힌 후 최종 충격은 내부 장기가 관성으로 인해 늑골이나 두개골을 때리는 것이다. 이 충격의 힘은 많은 자동차 충돌로 인해 불능화 또는 생명을 위협하는 부상을 야기하는 방법이다. 다른 방법으로는 혈관이 찢어져서 골격 손상과 출혈이 있거나, 장기 및/또는 혈관에 날카로운 골절로 인한 손상이다. 속도 감소 기술(크러플 존 — 안전벨트 — 에어백 — 패딩/변형 가능한 내부)의 순서는 이 힘이 전달되는 시간을 연장하여 승객의 신체 외부에 대한 충돌의 최대 힘을 감소시키는 시스템으로서 함께 작동하도록 설계되었다.[24] 충돌 시 인체의 감속을 10분의 1초라도 늦추면 전달되는 최대 힘이 급격히 감소한다.[14]

충돌 지점이 높아진 스포츠유틸리티차량(Sport Utility Vehicle)과의 상쇄 정면충돌에 연루된 미국 마켓 포드 에스코트(Market Ford Escript)가 차량 크럼플 존을 놓쳤다.

구불구불한 구역에 대한 잘못된 인식은 차체가 붕괴될 수 있도록 함으로써 차량 탑승자의 안전을 감소시켜 탑승자를 짓누를 위험이 있다는 것이다[citation needed]. 실제로 크럼플 존은 일반적으로 차량의 본체 앞과 뒤(강체 "안전 셀"을 형성하며, 엔진실 또는 부트/트렁크의 공간 내에서 압축된다. 흔히 "크럼플 존"이라고 불리는 것을 사용하는 현대 자동차는 별도의 섀시 프레임을 사용하고 크럼플 존이 없는 구형 모델이나 SUV보다 크럼플 존과 고체 정적 물체가 있는 다른 차량에 대해 심각한 시험에서 탑승자에게 훨씬 뛰어난 보호 기능을 제공한다.

충격 에너지의 대부분은 크럼플 존이 있는 차량에 의해 흡수되기 때문에 크럼플 존이 없는 SUV와 사고가 발생할 때 더 나쁜 영향을 미치는 경향이 있다. 하지만, 크럼플 존이 충돌하지 않은 두 차량의 결과로 인해 여전히 개선되는 경우가 많다.y는 최소한 부분적으로 완충된 충돌보다 두 차량 탑승자에게 더 위험하다.[citation needed]

때때로 목소리를 내는 크럼플 구역에 대한 또 다른 오해는 충돌 에너지를 흡수하여 탑승자에게 에너지가 덜 전달되도록 한다는 것이다. 실제로 탑승자에게 전달되는 총 힘은 하중 x 가속도 때문에 탑승자의 질량과 가속도(또는 충돌의 경우 감속도)에 의해서만 결정된다. 그리고 크럼플 존, 에어백 및 기타 안전 기능은 탑승자의 질량 또는 탑승자의 총 속도 변화(속도 변화/속도 변화)에 아무런 영향을 주지 않는다. 대신에 이러한 안전 기능의 전체 전제는 장기간에 걸쳐 탑승자에게 전달되는 총 힘을 분산시켜 전달되는 최대 힘이 낮아져 부상 가능성을 감소시키는 것이다.

또 다른 문제는 SUV의 섀시 레일 끝단 '하드 포인트'가 차량의 '하드 포인트'보다 높아 SUV가 차량의 엔진룸을 '오버라이드'하는 '충격 비호환성'이다.[18] 이 문제를 해결하기 위해 보다 최근의 SUV/오프로드 차량은 저높이 카 크럼플 존과 결합하도록 설계된 프론트 범퍼 아래의 구조물을 포함하고 있다.[25]Volvo XC70 로우 레벨 프론트 안전 크로스 멤버는 다음과 같은 특징에 대해 다음과 같이[26] 보도하였다: "하위 차 보호에 도움이 되는 로우 크로스 멤버: 신형 Volvo XC60의 프론트 서스펜션 서브프레임은 일반 차량의 빔 높이에 위치한 하부 크로스 멤버로 보완된다. 낮은 크로스 멤버는 다가오는 자동차의 보호 구조물을 타격하여 의도한 대로 크럼플 존을 작동시켜 탑승자에게 최대한의 보호 수준을 부여할 수 있게 한다.

저속 충격 흡수

범퍼 전면은 예를 들어 주차 요철과 같이 저속 충돌에도 견딜 수 있도록 설계되어 차량의 영구적인 손상을 방지한다. 이것은 앞치마와 같은 탄력적인 요소에 의해 달성된다. 일부 차량에서는 범퍼가 폼이나 비슷한 탄성 물질로 채워진다. NCAP 충돌 평가가 그것의 시험 시스템에 보행자 영향을 추가했기 때문에 이러한 설계 측면은 최근 몇 년 동안 더 많은 관심을 받았다. 보행자 충격 구역의 강체 지지 구조물의 감소도 설계 목적이 되었다.

덜 심한 충돌(최대 약 20km/h)의 경우 범퍼 및 외부 패널 설계는 차량의 크럼플 존과 하중 지지 구조물이 최대한 적게 손상되고 가능한 한 저렴하게 수리를 수행할 수 있도록 보장해야 한다. 이를 위해 범퍼를 장착할 때 이른바 크래시 튜브 또는 크래시 박스를 사용한다. 크래시튜브는 속이 빈 강철 프로필로 구성되어 있는데, 이 프로필은 롤업하여 입사 에너지를 변형시킨다. [27]

컴퓨터 모델링 충돌 시뮬레이션

VW Polo는 첫 번째 성공적인 전방 전체 자동차 충돌 시뮬레이션(ESI 1986).
유한요소해석을 이용한 비대칭 충돌시 자동차가 어떻게 변형되는지를 시각화한다.
EuroNCAP 프론트 임팩트(좌측 핸들 차량).
알루미늄 섀시 크러시 구조, 강체 프론트 섀시 사이드 빔의 높이 및 강체 프론트 크로스 빔을 보여주는 Lotus Evora 프론트 충돌 테스트

1980년대 초, 항공우주산업과 원자력 산업을 위해 개발된 기술을 이용하여 독일의 자동차 제조업체들은 흰색(B)으로 차체의 개별 부품, 부품 조립품, 차체의 1/4과 1/2의 충돌 행동을 모사하는 유한 요소 방법을 사용하여 복잡한 컴퓨터 충돌 시뮬레이션 연구를 시작했다.IW) 스테이지. 이러한 실험은 독일의 7개 자동차 메이커(아우디, BMW, 포드, 메르세데스-벤츠, 오펠(GM, 포르쉐, 폭스바겐)가 모두 합성한 FAT(Forschungsgemeinschaft)의 공동 프로젝트에서 절정에 이르렀다. 이 시뮬레이션 코드는 완전한 승용차 구조의 정면충돌(Hug 1986년)을 재현했고, 밤새도록 컴퓨터로 완성했다. 이제 연속적인 두 번의 작업 제출(컴퓨터 실행) 사이의 턴어라운드 시간이 하루를 초과하지 않았기 때문에, 엔지니어들은 분석된 차체 구조의 충돌 행동을 효율적이고 점진적으로 개선할 수 있었다. 유럽에서의 충돌성 개선을 위한 추진은 1990년대 이후 1997년 Euro NCAP의 출현과 함께 포뮬러 원 자동차 경주 안전 전문지식의 참여로 가속화되었다.

안전 셀 내부 "Sleds"

2004년형 피닌파리나 니도 실험안전차량은 생존세포 안에 크럼플존을 위치시킨다. 그 내부 구불구불한 구역은 썰매에 장착된 생존 셀을 감속시킨다.[19] 볼보는 또한 소형차에 사용하기 위해 이 아이디어를 개발해왔다. 그들의 운전석은 기본적으로 레일 위의 "슬레드"에 장착되어 있고, 그 앞에는 충격 흡수기가 있다. 충격에서 운전석과 벨트로 인 드라이버의 전체 "스윙"은 8인치까지 앞으로 미끄러지며 충격 흡수기는 충격의 피크 충격 에너지를 소멸시켜 운전자의 감속 시간을 연장시킨다. 동시에 운전자는 안전 벨트를 늘리면서 앞으로 튕겨 나가면서 스티어링 휠과 운전석 측 대시보드가 앞으로 미끄러져 운전자를 위한 공간을 만든다. 이 시스템은 전방 크럼플 존과 에어백과 결합되어 정면 충돌 시 운전자에게 작용하는 힘을 크게 줄일 수 있다.[28]

참고 항목

참조

  1. ^ a b Grabianowski, Ed (2008-08-11). "HowStuffWorks "How Crumple Zones Work"". HowStuffWorks. System1. Retrieved 2011-09-23.
  2. ^ Paul Dvorak (2003-11-06). "Will the crash zone crumple? FEA tells". Machine Design. Archived from the original on 2013-03-18. Retrieved 2016-07-17.
  3. ^ Grabianowski, Ed (2008-08-11). "How Crumple Zones Work - Design Compromises". HowStuffWorks. System1. Retrieved 2016-07-17.
  4. ^ "Physics in the Crumple Zone Plastics Helps Save Lives". Plastics-car.com. Retrieved 2016-07-17.
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  8. ^ "Standard Impact Attenuator". Retrieved 2016-07-17.
  9. ^ Stark, Lisa (2009-09-10). "Highway Safety Exclusive: Car Crashes, Travel Deaths Prevented by Technology — ABC News". Abcnews.go.com. Retrieved 2011-09-23.
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  11. ^ a b c d 크럼플 존 맨 – 오토 스피드
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  13. ^ "Inventors Gallery: Biography Barényi". German Patent and Trade Mark Office. 2004. He divided the car body into three sections: the rigid non-deforming passenger compartment and the crumple zones in the front and the rear. They are designed to absorb the energy of an impact (kinetic energy) by deformation during collision
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  17. ^ Béla Barényi – a history of safety - Mercedes-Benz original.
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  24. ^ Hillier, Victor Albert Walter; Coombes, Peter (2004). Hillier's Fundamentals of Motor Vehicle Technology. ISBN 9780748780822.
  25. ^ http://www.motortrend.com/cars/volvo/v70/2008/2008-volvo-v70-volvo-xc70/
  26. ^ "The new Volvo XC60 crowns Volvo's long safety tradition".
  27. ^ 인용필요
  28. ^ Grabianowski, Ed (2008-08-11). "HowStuffWorks "Preventing Fatalities in Auto Racing"". HowStuffWorks. System1. Retrieved 2012-07-16.

외부 링크