طراحي ماشين و فيزيك امنيت تصادفات

تصادفات ماشين به سه دليل عمده رخ مي دهد كه عبارتند از : اشتباهات رانندگي ، جاده هاي خراب و نا امن و ماشين هاي ناايمن راجع به دو دليل اول شركت هاي ماشين سازي نمي توانند كار زيادي انجام دهند اما از آنها انتظار مي رود ماشين هايي بسازند كه در تصادفات به بهترين نحو ممكن جان راننده و مسافرين را حفظ كند. اما بعضي از شركت هاي اتومبيل سازي ميزان كنوني مرگ و مير ناشي از تصادفات رانندگي را اجتناب ناپذير مي دانند و صرف انرژي و سرمايه بيشتر روي امنيت مسافرين را كار بيهوده اي مي دانند و به تدابيري نظير كمربند ايمني و كيسه هوا بسنده مي كنند اما تحقيقات نشان داده در كشورهايي نظير آلمان و كانادا كه در زمينه امنيت تصادفات بيشتر از بقيه كار مي كنند آمار مرگ و مير به طور چشم گيري كاهش يافته است.

همان طور كه مسائل برخورد دو گلوله با هم بسيار متنوع اند تصادفات رانندگي منجر به مرگ هم انواع مختلفي دارند كه به طور كلي عبارت اند از :

برخورد ماشين با مانع سخت وثابت از روبه رو

برخورد دو ماشين با هم از روبه رو

برخورد قسمت جلويي يك ماشين با قسمت كناري ماشين دوم

چپ كردن ماشين به هنگام پيچيدن

و…

ساده ترين حالت تصادف براي بررسي همان حالت اول يعني برخورد ماشين با مانع سخت وثابت از روبه رو است در اين حالت دو مساله باعث مرگ يا بروز مشكل جدي براي سرنشينان است اول ورود جسم سخت خارجي از شيشه روبه رو به كابين به دليل برخورد با موانعي نظير (درخت ،تير چراغ برق، ديوار و…) و اثابت آن با راننده يا سرنشين كناري و دوم برخورد خود اين اشخاص با شيشه داشبورد و يا فرمان ماشين به دليل پرتاب شدن ناشي از قانون لختي (اجسام مايل به حفظ حالت اوليه خود چه سكون و چه حركت هستند )است. تا سال ها بستن كمربند ايمني تنها راه حل مشكل دوم بود اما گاها خود كمربند باعث آسيب رسيدن به سرنشينان بود و يا اصلا به طور موثر باعث كاهش سرعت نمي شد امروزه تركيب كمربند ايمني با تكنولوژي كيسه هوا تا حدودي اين مشكل را حل كرده اما فراموش نكنيم كه گاهي اوقات هم خود كيسه هوا باعث آسيب جدي مي شود.

در چنين تصادفي زمان در حد ميلي ثانيه ها برايمان مهم است به اين ترتيب كه طي بررسي ها اگر در ساخت خودرو استاندارد هاي جهاني استحكام بدنه رعايت شده باشد به طور مثال اگر خودرويي با وزن معمولي با سرعت 60 كيلومتر برساعت به يك مانع با درجه سختي بالا برخورد كند زماني در حدود 100ميلي ثانيه نياز دارد تا سرعتش به صفر برسد و براي اين كه به سرنشين آسيب كمتري برسد بايد زودتر از ماشين سرعتش را كاهش دهد در نمودار زير خط آبي مربوط به زمانيست كه كمربند بسته نشده باشد خط بنفش مربوط به كمربند هاي ايمني معمولي است و خط سبز مربوط به نوعي كمربند است كه اخير محققان آن را ساخته اند كه مجهز به نوعي سيستم تشخيص ضربه است كه بعد از آن كمربند محكم مي شود و به اين ترتيب زودتر سرعت راننده يا سرنشين را مي كاهد. و در نمودار واضح است كه در كدام حالت سرعت سرنشينان سريعتر كاهش مي يابد.

البته در اين برخورد ها ساختار و نوع مواد به كار رفته در بدنه ماشين هم نقش مهمي را بازي مي كنند بايد علاوه بر داشتن استحكام ضربه گير هم باشد و تمام ضربه را به اتاقك و سرنشينان وارد نكند اما در اين قسمت بايد به فكر تصادفت دو ماشين با هم از روبه رو يا از كنار هم باشيم به اين صورت كه اگر ما بدنه ماشيني را بسيار سخت و مستكم درست كنيم و ماشين دوم شرايط ماشين اول را نداشته باشد آسيب بسياري در تصادف مي بيند كه خوب اين طور هم نبايد باشد.وقت آن رسيده كه ببينيم در تصادفات دو ماشين با هم به چه نكاتي بايد توجه كنيم. خوب نكته مهم اين است كه بايد بدانيم در ساخت اسكلت ماشين بخش هايي وجود دارند كه سخت تر از قسمت هاي ديگر هستند و وظيفه استحكام بخشيدن به بدنه را بر عهده دارند و بخش هايي نرم ترند كه وظيفه ضربه گيري را بر عهده دارند به عنوان مثال در شكل زير قسمت هاي آبي و نارنجي وظيفه استحكام بخشيدن را برعهده دارند و قسمت زرد وظيفه ضربه گيري.

حال اگر در برخورد دو خودرو از رو به رو بدنه يكي خيلي مستحكم تر از ديگري باشد خودرو دوم مجبور است انرژي بيشتر را دريافت كند و در نتيجه ضربه قوي تري را خنثي كند و فاجعه زماني رخ مي دهد كه قسمت هاي سخت و نرم دو خودرو با هم زياد منطبق نباشد و قسمت هاي خيلي سخت خودرو اول به راحتي وارد قسمت هاي نرم خودرو دوم شود و باعث دخول به كابين ماشين دوم شود و اين باز هم بدتر ميشود وقتي چنين خودرويي از كنار با خودرو ديگري تصادف كند و مستقيماً با در ماشين و راننده يا سرنشينان برخورد كند.

براي درك بهتر اين موضوع به نمودار زير كه نشان دهنده ميزان مرگ و مير ناشي از تصادف انواع مختلف ماشين با يك ماشين معمولي از كنار است ( چنين تصادفاتي به هنگام ورود از فرعي به اصلي يا پيچيدن بسيار رخ مي دهد و نوع متداولي از تصادفات است) دقت كنيد.همان طور كه مي بينيد هر چه ماشيني كه به كنار ماشين معمولي ميزند سنگين تر و مستحكم تر ميشود ميزان مرگ مير آن هم بيشتر مي شود طوري كه مي توان گفت وانت ها در نوع خود يك قاتل خون خوارند!

با توجه به اين كه امروز افراد بيشتري ترجيح مي دهند از وانت ها به عنوان جايگزين خودرو استفاده كنند اين آمار بدتر هم شده طوري كه طبق محاسبات اگر تنها 50 درصد كساني كه كه از چنين ماشين هايي استفاده مي كنند آنها را با يك خودرو معمولي عوض كنند بين سه تا چهار هزار از مرگ هاي ساليانه ناشي از تصادفات كم مي شود كه اين يعني 10 درصد كل مرگ و مير ناشي از تصادفات در آمريكا

و اما آخرين مورد يعني چپ كردن ماشين به هر سه عامل تجربه راننده ،وضعيت جاده و طراحي ماشين ربط دارد و شايد از همه هم كمتر به ماشين ربط داشته باشد البته اگر ماشين نقص فني در ترمز ها يا ديگر نقاطش نداشته باشد اما خوب محققان زياد هم مطمئن نيستند ؛ امروز سازندگان خودرو دوست دارند به دليل كم مصرف تر نمودن خودرو ها وزن آنها را كاهش دهند كه همين وزن كم هست كه بعضاً احتمال چپ كردن يا كشيده شدن خودرو روي زمين را به هنگام پيچيدن در پيچ هاي تند با سرعت بالا افزايش مي دهد. براي درك اين موضوع بايد به نيروي اصطكاك رجوع كنيم . به نمودار نيروهاي وارد بر يك خودرو هنگام پيچيدن به راست كه در شكل زير نشان داده شده دقت كنيد.

براي سادگي فرض كنيم ماشين جسمي با جرم m است ؛ پيچيدن لاستيك هاي جلو يك نيروي اصطكاك f توليد مي كند كه اين نيرو باعث ايجاد شتاب a=f/m مي شود همان طور كه مي بينيد علاوه بر سرعت و زاويه چرخش به جرم ماشين هم ربط دارد. در يك جاده معمولي آستانه چپ كردن ( زماني كه لاستيكي كه به سمت داخل پيچ قرار دارد از روي زمين بلند مي شود) كه نسبت a به g است از معادله زير تبعيت مي كند :

a/g=t/2h

كه در آن t فاصله بين دو لاستيك است و h فاصله مركز جرم ماشين تا زمين است و g هم كه همان شتاب جاذبه است.

تا زماني كه نسبت t/2h كه به آن فاكتور ماندگاري استاتيكي SSF ماشين مي گويند بزرگتر از نسبت a/g باشد ماشين چپ نمي كند كه اين نسبت براي جيپ از همه بزرگتر است.

شايد اگر بدانيد چپ كردن علت بيش از يك چهارم مرگ مير ناشي از تصادفات رانندگي در جهان است تصميم بگيريد به دنبال خريد يك جيپ برويد يا ماشين هاي شاسي بلند را ترجيح بدهيد ! اما چرا ؟

منبع: فيزيكدان