자동차 안전은 지난 수십 년 동안 많은 발전을 이루었으며 가장 효과적인 혁신 중 하나는 크럼플 존입니다. . 크러시 존이라고도 함 , 크럼플 존은 충돌 시 변형되고 구겨지도록 설계된 차량의 영역입니다. 이것은 충격 에너지의 일부를 흡수하여 탑승자에게 전달되는 것을 방지합니다.
물론, 자동차 사고에서 사람들을 안전하게 보호하는 것은 전체 차량을 구겨지게 만드는 것만큼 간단하지 않습니다. 엔지니어는 차량 크기와 무게, 프레임 강성, 충돌 시 차량이 받을 수 있는 스트레스 등 더 안전한 차량을 설계할 때 많은 요소를 고려해야 합니다. 예를 들어, 경주용 자동차는 일반 승용차보다 훨씬 더 심각한 충격을 받고 SUV는 종종 소형차보다 더 큰 힘으로 충돌합니다.
우리는 크럼플 존이 충돌과 관련된 힘을 어떻게 재분배하는지, 어떤 크럼플 존으로 구성되어 있는지, 현재 테스트 중인 몇 가지 다른 고급 안전 시스템에 대해 알아볼 것입니다. 우리는 또한 크럼플 존이 경주용 자동차에 통합된 방법과 스포츠가 이러한 안전 기능을 더 빨리 채택했다면 많은 경주 사망자를 예방할 수 있었던 이유를 알아낼 것입니다. 열차 충돌의 엄청난 충격을 흡수하도록 설계된 크럼플 존도 살펴보겠습니다.
충돌에 관련된 힘과 잘 설계된 크럼플 존이 탑승자 부상을 최소화하는 방법을 알아보려면 다음 페이지를 읽으십시오.
크럼플 존에는 무엇이 있습니까?크럼플 존 디자인의 세부 사항은 일반적으로 자동차 제조업체가 공개하기를 꺼리는 독점 정보입니다. 차량의 크기와 무게에 따라 크게 다를 수 있습니다. 설계자는 너무 많은 충격 저항과 너무 적은 충격 저항 사이에서 균형을 유지해야 합니다. 단순한 디자인에는 특정 영역에서 구부러지거나 자체적으로 축소되도록 제작된 프레임 세그먼트가 포함될 수 있습니다. 보다 발전된 디자인은 가능한 한 많은 운동 에너지를 흡수하도록 신중하게 설계된 다양한 금속 및 기타 재료를 사용할 수 있습니다. 고성능 자동차는 일반적으로 정상적인 조건에서는 강성을 제공하지만 충돌 시 무너지고 구겨지는 벌집 모양의 디자인을 사용하는 경우가 많습니다.
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자동차가 충돌에 연루될 때마다 강렬한 운동력이 작용합니다. 충돌 중에는 주어진 양의 힘이 존재합니다. 실제 수치는 자동차의 속도와 질량, 충돌하는 물체의 속도와 질량에 따라 다릅니다. 물리학자들은 이 힘을 가속도로 측정합니다. -- 고속에서 저속으로 이동할 때에도 시간에 따른 속도의 변화는 과학적으로 가속도라고 합니다. 혼동을 피하기 위해 충돌 가속을 감속이라고 합니다. .
크럼플 존은 두 가지 안전 목표를 달성합니다. 충돌의 초기 힘을 줄이고 차량 탑승자에게 도달하기 전에 힘을 재분배합니다.
주어진 질량과 속도로 충돌 시 초기 힘을 줄이는 가장 좋은 방법은 감속을 줄이는 것입니다. 어떤 이유로든 브레이크를 밟아야 했다면 이 효과를 직접 보았을 것입니다. 비상 정지에서 경험하는 힘은 신호를 받기 위해 서서히 속도를 늦출 때보다 훨씬 더 큽니다. 충돌 시 10분의 1초라도 감속을 늦추면 관련된 힘이 크게 감소할 수 있습니다. 힘은 간단한 방정식입니다.
감속을 절반으로 줄이면 힘도 절반으로 줄어듭니다. 따라서 감속 시간을 0.2초에서 0.8초로 변경하면 전체 힘이 75% 감소합니다.
크럼플 존은 자동차 주변에 완충 지대를 만들어 이를 달성합니다. 자동차의 특정 부품(예:승객실 및 엔진)은 본질적으로 단단하고 변형에 강합니다. 이 단단한 부품이 무언가에 부딪히면 매우 빠르게 감속되어 많은 힘이 발생합니다. 이러한 부품을 크럼플 영역으로 둘러싸면 덜 단단한 재료가 초기 충격을 받을 수 있습니다. 차는 크럼플 존이 크럼블을 시작하자마자 감속을 시작하여 10분의 1초에 걸쳐 감속을 확장합니다.
크럼플 존은 또한 충격의 힘을 재분배하는 데 도움이 됩니다. 모든 힘은 어딘가로 가야 합니다. 목표는 그것을 거주자에게서 멀리 보내는 것입니다. 충돌에 관련된 병력을 병력 예산으로 생각하십시오. 충돌하는 동안 차에 일어나는 모든 일과 충돌 당시 차 안에 있는 모든 사람은 약간의 힘을 소비합니다. 자동차가 주차된 자동차와 같이 고정되어 있지 않은 물체에 부딪히면 약간의 힘이 해당 물체에 전달됩니다. 차가 무언가에 부딪혀 빙글빙글 돌거나 구르면, 그 힘의 대부분은 빙글빙글 돌고 구르는 데 소비됩니다. 자동차의 부품이 날아가면 더 많은 힘이 소모됩니다. 가장 중요한 것은 자동차 자체의 손상이 힘을 소비한다는 것입니다. 프레임의 일부를 구부리고, 차체 패널을 부수고, 유리를 부수는 등 이 모든 작업에는 에너지가 필요합니다. 자동차의 철골을 구부리는 데 얼마나 많은 힘이 필요한지 생각해 보십시오. 그 정도의 힘은 프레임을 구부리는 데 사용되므로 탑승자에게 절대 전달되지 않습니다.
크럼플 존은 그 개념을 기반으로 합니다. 자동차의 부품은 내부에 손상, 구겨짐, 부서짐 및 파손을 방지하도록 설계된 특수 구조로 제작됩니다. 우리는 구조 자체를 곧 설명할 것이지만 근본적인 아이디어는 구조를 손상시키려면 힘이 필요하다는 것입니다. 크럼플 존은 차량의 다른 부분과 탑승자가 영향을 받지 않도록 최대한 많은 힘을 가합니다.
그렇다면 전체 자동차를 하나의 거대한 크럼플 존으로 만들지 않겠습니까? 그리고 크럼플 존이 충격을 흡수할 공간이 필요하다면 크럼플 존이 있는 소형차를 어떻게 만들까요? 다음 섹션에서 설명하겠습니다.
크럼플 존의 발명가
Béla Barényi는 엔지니어이자 발명가였으며 대부분의 경력을 Daimler-Benz에서 일했습니다. 그의 이름은 2,500개 이상의 특허에 나타납니다. 1952년에 발행된 이러한 특허 중 하나는 충돌 시 운동 에너지를 변형 및 흡수하도록 제작된 전방 및 후방 영역으로 자동차를 설계할 수 있는 방법을 설명합니다. 그는 1959년에 크럼플 존을 사용한 최초의 자동차인 Mercedes-Benz W111 Fintail에 이 개념을 적용했습니다[출처:독일 특허청].
충격을 흡수하고 리디렉션하는 것은 훌륭하지만 자동차 설계자가 걱정해야 하는 유일한 안전 문제는 아닙니다. 자동차의 승객실은 외부 물체나 자동차의 다른 부품이 관통하는 것을 막아야 하며, 함께 고정되어 탑승자가 밖으로 튕겨나가지 않도록 해야 합니다. 당신은 안에 있는 사람들도 구겨지는 것을 원하지 않기 때문에 전체 차를 크럼플 존으로 만들 수 없습니다. 그렇기 때문에 자동차는 탑승자를 둘러싸는 견고하고 강력한 프레임으로 설계되었으며 앞뒤에 크럼플 존이 있습니다. 힘 감소 및 재분배는
를 통해 승객실 내부에서 이루어집니다.에어백 사용.
자동차에는 단순히 구겨지지 않는 부분이 있습니다. 엔진이 주범입니다. 대부분의 차량에서 엔진은 크고 무거운 강철 블록입니다. 거기에 구겨짐이 없습니다. 알루미늄 엔진 블록이 장착된 차량의 경우에도 마찬가지입니다. 때때로 자동차는 더 큰 크럼플 영역을 수용하기 위해 프레임에서 엔진을 더 뒤로 이동하도록 재설계되어야 합니다. 그러나 이것은 또한 문제를 일으킬 수 있습니다. 충돌로 인해 엔진이 승객실로 다시 밀려 들어가면 부상을 입을 수 있습니다.
전기 또는 하이브리드 차량의 연료 탱크 및 배터리 팩도 화재나 독성 화학 물질에 대한 노출을 방지하기 위해 충격으로부터 보호해야 합니다. 프레임의 일부가 탱크를 보호하도록 설계할 수 있지만 프레임의 해당 부분은 충격으로부터 멀리 구부러질 수 있습니다. 예를 들어, 차가 뒤쪽에 있으면 프레임이 구부러져 가스 탱크를 들어 올려 약간의 충격을 흡수합니다. 최신 자동차에는 충돌 시 엔진에 연료 공급을 차단하는 시스템이 있고 고성능 전기차인 Tesla Roadster에는 배터리 팩을 차단하고 차량 전체에 흐르는 케이블에서 모든 전기 에너지를 배출하는 안전 시스템이 있습니다. 비상 상황을 감지합니다[출처:Tesla Motors].
물론, 조수석이 영향을 받기 전에 구겨질 수 있는 충분한 공간이 있는 대형 차량에 크럼플 존을 구축하는 것은 쉽습니다. 크럼플 존을 소형 차량으로 디자인하려면 약간의 창의성이 필요합니다. 아주 작은 스마트 포투가 좋은 예입니다.
효율적인 차량입니다. 운전자와 동승자는 크기에 비해 강성이 뛰어난 강철 프레임인 트라이디온 세이프티 셀에 둘러싸여 있습니다. 지오메트리는 전체 프레임에 영향을 분산하도록 설계되었습니다. 스마트 포투의 전면과 후면에는 스마트 호출 크래시 박스가 있습니다. . 이들은 충격을 흡수하기 위해 붕괴되고 구겨지는 작은 강철 프레임워크입니다. 충돌 상자가 너무 작기 때문에 다른 충격 흡수 기능이 이를 보완하는 데 사용되었습니다. 예를 들어, 변속기는 전면 충돌 시 완충 장치 역할을 할 수 있습니다. fortwo의 짧은 휠베이스는 거의 모든 충격이 타이어, 휠 및 서스펜션과 관련이 있음을 의미합니다. 이러한 구성 요소는 충격 시 더 많은 운동 에너지를 흡수하는 데 도움이 되도록 변형, 분리 또는 반발하도록 설계되었습니다[출처:smart USA].
다음으로, 크럼플 존이 여러분이 좋아하는 경주용 자동차 드라이버의 생존을 유지하는 데 어떻게 도움이 되는지 알아보겠습니다.
기차의 크럼플 존
우리는 자동차가 충돌할 때 작동하는 놀라운 운동력에 대해 이야기했지만 두 기차가 충돌할 때 관련된 힘을 상상해 보십시오. 기차의 엄청난 무게 때문에 충돌 시 자동차 충돌 시보다 수십 배 또는 수백 배 더 큰 힘이 발생할 수 있습니다. 그러나 크럼플 존은 이러한 극한 상황에서도 사용할 수 있습니다. 엔지니어는 3D 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 충돌하는 동안 꾸준히 균일하게 변형되어 가능한 최대의 힘을 흡수하는 크럼플 영역을 만들 수 있습니다. 그런 다음 여객 열차에 있는 모든 차량의 양쪽 끝에 크럼플 영역을 배치합니다. 충돌이 발생하면 서로 충돌하는 자동차의 연쇄 반응이 기차의 모든 크럼플 영역에 힘을 분산시킵니다. 이는 승객의 부상을 방지하기 위해 충격력을 충분히 흡수할 수 있습니다[출처:Machine Design].
자동차 경주의 팬이 아니더라도 자동차가 말 그대로 파괴되면서 자동차가 트랙을 따라 모든 방향으로 부품을 튕기는 장관을 이루는 충돌의 이미지를 본 적이 있을 것입니다. 그러나 기적적으로 운전자는 뒤틀린 잔해에서 기어 나와 다치지 않고 걸어갑니다. 이러한 충돌은 끔찍해 보이지만 그 모든 장엄한 파괴는 운동 에너지를 소비하는 것입니다. 운전자에게는 즐거운 일이 아닐 수 있지만 차는 이 상황에서 정확히 설계된 대로 운전석에 앉은 사람을 보호합니다.
1990년 NASCAR 드라이버 마이클 월트립(Michael Waltrip)이 브리스톨에서 충돌한 것과 같이 경주용 자동차가 고속에서 단단한 물체와 충돌한 경우는 드문 경우이기도 합니다. 그는 경주용 속도로 콘크리트 벽의 무딘 끝 부분을 쳤고 차는 매우 갑자기 멈췄습니다. . 그 충격으로 엄청난 힘이 발생했지만 월트립은 다치지 않았습니다. 그 이유는 그날 그의 차 잔해를 보면 알 수 있다. 그것은 완전히 그리고 완전히 파괴되었습니다. 그 모든 힘은 자동차의 파괴에 사용되었습니다. 분명히 사건은 크럼플 존의 능력을 훨씬 뛰어 넘었고 실제로 Waltrip을 다치게하는 운전실에 아무 것도 침입하지 않은 것은 단순히 운의 문제였습니다. 강제 재분배가 그의 생명을 구했습니다.
그러나 이 개념에 대한 불행한 반대가 있습니다. 1980년대부터 2000년대 초반까지 지나치게 딱딱한 섀시로 인해 수많은 레이싱 사고가 발생했습니다. 아마도 가장 널리 알려진 사건은 2001년 Daytona 500에서 Dale Earnhardt Sr.의 사망일 것입니다. 충돌은 처음에는 심각해 보이지 않았으며 차는 광범위한 손상을 입은 것 같지 않았습니다. 그러나 그것이 바로 문제였습니다. 충격의 상당 부분이 운전자에게 직접 전달되어 즉각적이고 중상을 입었습니다. 치명적인 부상은 두개골과 척수가 연결되는 부위의 부상인 두개골 기저부 골절이었습니다. 이 부상은 많은 자동차 경주 사고에서 사망의 원인이며, 충돌 시 머리가 앞으로 튕겨 나가면서 신체는 안전 벨트에 의해 구속될 때 발생합니다. 머리 및 목 고정 장치가 두개골 기저부 골절의 발생률을 낮추었지만 운전자에 대한 충격력을 줄이는 것도 중요한 역할을 했습니다.
이 기간 동안 잘 알려진 몇 명의 다른 운전자와 미국 전역의 트랙에서 경주하는 NASCAR 수정 및 후기 모델 클래스의 덜 알려진 운전자가 사망했습니다. 치명적인 충돌이 증가한 이유는 단순히 더 높은 성능을 추구했기 때문입니다. 자동차 디자이너와 승무원은 더 단단한 섀시를 만들어 더 나은 핸들링을 추구했습니다. 여기에는 직선 프레임 레일을 사용하여 프레임에 구성 요소를 추가하고 벽이 더 두꺼운 강철 튜브로 전환하는 작업이 포함됩니다. 물론, 그들은 섀시를 더 단단하게 만들었지 만이 유연하지 않은 자동차가 벽에 부딪쳤을 때 아무런 도움이되지 않았습니다. 어떤 힘도 차에 흡수되지 않았습니다. 운전자가 대부분의 충격을 받았습니다.
2001년에 언하르트가 사망하기 전에도 경마장은 이 문제에 대한 해결책을 찾기 위해 노력했습니다. 미국 북동부의 트랙은 오늘날 많은 초고속 도로에서 사용되는 부드러운 벽 기술과 유사한 개념인 거대한 산업용 스티로폼 블록으로 벽을 감싸는 실험을 했습니다. 더 중요한 것은 자동차가 변경되었다는 것입니다. 이제 더 얇은 게이지의 강철 튜브가 섀시의 특정 부분에 사용되며 프레임 레일에는 구부러지거나 노치가 주어져서 충격 시 어느 정도 예측 가능하게 변형됩니다.
스프린트 컵 경주에 사용되는 NASCAR의 Car of Tomorrow는 프레임의 중요한 부분에 폼 및 기타 충격 흡수 재료가 삽입되어 있습니다. 자동차 경주는 항상 위험한 스포츠이지만 덜 단단한 섀시 구조, 부드러운 벽 기술, 머리와 목 보호 시스템을 사용하여 운전자에게 미치는 충돌 충격력이 크게 감소했습니다.
자동차 안전 장치, 경주 및 기타 관련 주제에 대한 자세한 내용은 다음 페이지의 링크를 참조하십시오.
세이프티 라이드 다운
볼보는 소형차에 사용할 또 다른 충격 흡수 기술을 개발하고 있습니다. 운전석은 기본적으로 레일 위의 썰매에 장착되며 그 앞에 완충 장치가 있습니다. 충격에서 전체 "썰매"(좌석 및 운전자 포함)가 최대 8인치 앞으로 미끄러지며 완충 장치가 말 그대로 충격의 충격을 흡수하면서 제 역할을 합니다. 동시에 스티어링 휠과 대시보드 부분이 앞으로 미끄러져 운전자를 위한 공간이 확보됩니다. 전면 크럼플 존과 에어백이 결합된 이 시스템은 전면 충돌 시 운전자에게 작용하는 힘을 크게 줄일 수 있습니다[출처:Ford Motor Company].
최초 발행일:2008년 8월 11일
