مناطق جاذب انرژی تصادفات در خودروها؛ نقش کرامپل زون در ایمنی وسایل نقلیه

ایمنی خودرو از ابتدای پیدایش وسایل نقلیه همواره یکی از دغدغه‌های اصلی مهندسان و خودروسازان بوده است. در دهه‌های ابتدایی صنعت خودروسازی، تمرکز بیشتر روی قدرت موتور و راحتی سرنشینان بود و کمتر به ایمنی خودروها پرداخته می‌شد؛ اما با افزایش تعداد خودروها، رشد ترافیک شهری و آمار بالای تصادفات، نیاز به طراحی سیستم‌های ایمنی پیشرفته بیش از پیش احساس شد. در این مسیر، فناوری‌های گوناگونی معرفی شدند؛ از کمربند ایمنی و کیسه هوا گرفته تا سیستم‌های الکترونیکی پیشرفته مانند ترمز ضد قفل (ABS)، کنترل پایداری (ESP) و سامانه‌های هشدار برخورد.

با توجه به آمار سازمان بهداشت جهانی، سالانه بیش از 1.3 میلیون نفر در تصادفات جاده‌ای جان خود را از دست می‌دهند که بخش عمده‌ای از این حوادث به دلیل نقص در طراحی وسایل نقلیه رخ می‌دهد. سیر تکامل ایمنی در خودروها از دهه 1950 میلادی آغاز شد، زمانی که مهندسان مرسدس بنز ایده مناطق جاذب انرژی یا کرامپل زون را معرفی کردند. این نوآوری، خودروها را از ساختارهای سفت و سخت قدیمی به سمت طراحی‌های انعطاف‌پذیر هدایت کرد که در آن انرژی برخورد به جای انتقال مستقیم به سرنشینان، در نواحی خاص جذب می‌شود.

در سال‌های اخیر، ساختارهای کامپوزیتی و سنسورهای هوشمند به فهرست ویژگی‌های ایمنی وسایل نقلیه اضافه شده‌اند که هم مصرف سوخت را کاهش داده و هم ایمنی را افزایش می‌دهند. در ایران، به‌روزرسانی الزامات ایمنی باعث شده ویژگی‌هایی همچون استاندارد برخورد عابر پیاده در نظر گرفته شود که منجر به بهبود مدل‌های داخلی شده است. این پیشرفت‌ها نه تنها مرگ‌ومیر را کاهش داده، بلکه هزینه‌های درمانی را نیز پایین آورده‌اند. در ادامه، به بررسی دقیق مناطق جاذب انرژی در خودروها یا کرامپل زون به عنوان یکی از کلیدی‌ترین عناصر این تکامل می‌پردازیم.

کرامپل زون یا مناطق جاذب انرژی تصادفات خودرو، نواحی طراحی‌شده در جلو و عقب خودرو هستند که برای مچاله شدن کنترل‌شده در هنگام برخورد ساخته شده‌اند. این مفهوم که از واژه انگلیسی crumple به معنای مچاله شدن گرفته شده، بر پایه فیزیک پایه‌گذاری می‌شود. طبق قانون دوم نیوتن، نیرو (F) برابر با جرم (m) ضربدر شتاب (a) است و کرامپل زون با افزایش زمان توقف از 0.1 ثانیه به 0.15 تا 0.2 ثانیه، نیروی وارد بر سرنشینان را تا حد قابل‌توجهی کاهش می‌دهد.

در ساختار خودرو، کرامپل زون شامل لایه‌های فلزی نازک (مانند فولاد با ضخامت 0.7 تا 1.2 میلی‌متر) و عناصری مانند تیرهای طولی است که در برخورد، به‌صورت آکاردئونی جمع می‌شوند. این مناطق، حدود 40 تا 60 درصد از طول خودرو را اشغال می‌کنند و انرژی جنبشی را به حرارت و تغییر شکل تبدیل می‌کنند. کابین سرنشینان با فولادهای با استحکام بالا محافظت می‌شود که اجازه تغییر شکل نمی‌دهد.

نقش کرامپل زون در کاهش صدمات تصادفات چندجانبه است:

جذب شوک اولیه: در برخورد از جلو، کرامپل زون ضربه را مانند بالشتک نرم می‌کند و از نفوذ مستقیم به موتور یا سرنشینان جلوگیری می‌کند. برای مثال، در تصادفات با سرعت 55 کیلومتر بر ساعت، این مناطق تا 70 درصد انرژی را جذب می‌کنند.

حفاظت از اندام‌های حیاتی: با کاهش شتاب سر، خطر آسیب مغزی را به حداقل می‌رساند. در تصادفات عقب، از آسیب ستون فقرات جلوگیری می‌کند.

بهبود سازگاری با خودروهای دیگر: در برخورد با خودروهای کوچک‌تر، کرامپل زون طولانی‌تر انرژی را پخش کرده و از نفوذ زیر خودرو جلوگیری می‌کند.

کاهش آسیب‌های جانبی: در مدل‌های مدرن، کرامپل زون‌های جانبی با فوم‌های پلی‌اورتان، ضربه از پهلو را جذب می‌کنند.

تست‌های تصادف خودرو، استانداردهایی جهانی برای سنجش عملکرد کرامپل زون هستند و توسط سازمان‌هایی مانند NHTSA، Euro NCAP و IIHS انجام می‌شوند. این تست‌ها، خودرو را با سرعت‌های کنترل‌شده به دیوارهای ثابت یا متحرک برخورد می‌دهند و با آدمک‌های بیومکانیکی شتاب سر، قفسه سینه و پاها را اندازه‌گیری می‌کنند.

برخورد از جلو : شامل عرض کامل و همپوشانی متوسط که کرامپل زون را برای جذب انرژی بدون نفوذ به کابین ارزیابی می‌کند. در تست IIHS سال جاری میلادی، خودروهایی با امتیاز خوب مانند بیش از 80 درصد انرژی را جذب می‌کنند.

برخورد از پهلو: در این تست برخورد با مانع متحرک در سرعت 50 کیلومتر بر ساعت انجام می‌شود تا کرامپل زون‌های جانبی را تست می‌کند.

غلتیدن: مقاومت سقف را برای ارزیابی استحکام کابین در برابر کرامپل زون‌های فشرده‌شده اندازه می‌گیرد.

تست‌های کوچک همپوشانی: از سال 2012 تست‌ها انجام می‌شود که در آن 20 درصد پهنای جلوی خودرو را پوشش می‌دهد و ضعف‌های کرامپل زون را آشکار می‌کند.

خودروسازان، با فشار استانداردهای سخت‌گیرانه مانند به‌روزرسانی IIHS در سال 2022، راهکارهای نوینی برای بهبود کرامپل زون اتخاذ کرده‌اند. این پیشرفت‌ها، بر پایه مواد و شبیه‌سازی‌های کامپیوتری بنا شده و ایمنی را افزایش داده‌اند.

راهکارهای کلیدی برای بهبود مناطق جاذب انرژی تصادفات عبارت‌اند از:

مواد پیشرفته: استفاده از فولادهای با استحکام بالا و آلومینیوم آلیاژی که وزن را کاهش داده و جذب انرژی را افزایش می‌دهد. برای مثال، تسلا مدل Y از کامپوزیت‌های فیبر کربن برای کرامپل زون عقب استفاده می‌کند.

طراحی ساختاری: افزایش طول کرامپل زون در خودروهای سنگین مانند شاسی بلندها برای سازگاری با خودروهای کوچک و افزودن مسیرهای هدایت انرژی برای پخش یکنواخت ضربه انجام شده است. مرسدس بنز در E کلاس از نقاط ضعف کنترل‌شده بهره می‌برد.

ادغام با سیستم‌های فعال: ترکیب کرامپل زون با سنسورهای پیش‌بینی تصادف که قبل از برخورد، صندلی‌ها را تنظیم می‌کنند باعث بهبود ایمنی شده است. فولکس‌واگن ID.7 با کرامپل زون هوشمند، زمان واکنش را 0,05 ثانیه کاهش داده است.

تمرکز بر خودروهای برقی: خودروسازان باتری‌ها را در کف محافظت‌شده قرار داده‌اند و کرامپل زون جلو را طولانی‌تر می‌کنند تا از آتش‌سوزی جلوگیری شود. گزارش IIHS نشان می‌دهد که 70 درصد خودروهای برقی امتیاز 5 ستاره را کسب کرده‌اند.

شبیه‌سازی و تست‌های مجازی: خودروسازان با استفاده از هوش مصنوعی، هزاران سناریو را شبیه‌سازی می‌کنند تا هزینه تست فیزیکی را کاهش دهند.

در پایان باید گفت کرامپل زون به عنوان ستون فقرات ایمنی غیرفعال، از تکامل ساده دهه 50 میلادی به فناوری‌های هوشمند عصر مدرن تبدیل شده و نقش حیاتی در نجات جان‌ها ایفا می‌کند. با جذب انرژی برخورد، کاهش شتاب و حفاظت از کابین، این مناطق نه تنها صدمات را تا حد زیادی کم می‌کنند، بلکه پایه‌ای برای تکنولوژی‌های آینده مانند خودروهای خودران فراهم می‌آورند.

تست‌های تصادف مانند Euro NCAP و IIHS، خودروسازان را وادار به نوآوری می‌کنند، انتخاب خودرو با کرامپل زون قوی، نه تنها باعث حفظ جان سرنشینان به شمار می‌رود، بلکه گامی به سوی جاده‌های ایمن‌تر محسوب می‌شود.