בטיחות פסיבית – כללי

הבטיחות הפסיבית הינה מכלול תכונות הרכב המקנות לנוסעים הגנה מפני פגיעות בעת תאונה. מידת הבטיחות היא, למעשה, פרי פיתוח של מתכנני הרכב. התכנון נעשה כיום באמצעות מודלים ממוחשבים שונים של תאונות דרכים.

תוצאות התכנון צריכות להביא לייצור רכב עם תא נוסעים מוגן: מבנה שלדה שמיועד לקרוס בצורה מתוכננת בשעת תאונה ולספוג אנרגיה. אביזרי הרכב השונים, כגון: המנוע, מגבר הבלם, המצבר, מכלול ההיגוי ואביזרי עזר נוספים, נמצאים במבנים מתקפלים כדי לא להפריע לתהליך הקריסה המבוקרת במקרה התנגשות.

כדי להגביר את העמידות בהתנגשויות צידיות מחזקים את העמוד המרכזי לעובי רב, שביחד עם קורות הרוחב המותקנות בגג וברצפה מתאפשרת חלוקה אידיאלית של אנרגית הפגיעה. בנוסף מתקינים קורות הגנה בדלתות, לשמש כשלד לקופסת ההגנה של תא הנוסעים. שמשות כפולות עם למינציה וציפוי פלסטי, שאינן מתנפצות עם שברים חדים, תורמות גם הן לבטיחות הפסיבית.

פגושים קדמיים ואחוריים, אמצעים למניעת דליקה עצמית, חגורות בטיחות, כריות אוויר, מושבים אורטופדיים ומשענות ראש, אביזרים בתא הנוסעים, ריסון ילדים, מראות, דוושות ואביזרי מיתוג, לוח מחוונים, גלגל ומוט הגה – באים לידי ביטוי בתגובה למקרה של התנגשות.

מאפייני בטיחות המרכב

כאשר מבחינים ברכב חדיש שהתעוות לאחר תאונה חזיתית, אין הדבר מעיד על איכות ייצור ירודה. במכה קשה חייב המרכב להתקפל ולגרום לבלימת הרכב, אחרי הפגיעה, במרחק הגדול ביותר שרק ניתן. תוצאה זו מושגת על ידי בניית מרכב גמיש הקורס בהדרגה. לכן, ככל שהנזק החיצוני רב יותר מעיד הדבר על הקטנת הפגיעה בנוסעים.

העיצוב המודרני של מכסה המנוע הקדמי, שהוא נמוך למדי, אינו מוכיח כי תצורה זו אכן מקטינה את טווח הפגיעות, אם בכלל. היא הקטינה רק את חומרת הפגיעות בגפיים התחתונות. מנקודת המבט של הטראומה שנגרמה לגוף. בדגמי המאה ה-21 נוקטים אמצעים יעילים לצמצום של עוצמת ההתנגשות באזור הפגוש ובאזור הקדמי של מכסה המנוע.

פגושים, קולטי אנרגיה, הניצוקים ממקשה אחת, עשויים להפחית את עוצמת הפגיעה, כך שבמקום שברים מורכבים ברגל יזכה הנפגע בשבר פשוט. כשמשווים את השינויים שנעשו בחלק הקדמי של מכסה המנוע, ניתן להיווכח כיצד אפשר להקטין את הפגיעות – בראש או בחזה, או את החבלות בבטן ובאגן הירכיים של הולך הרגל.

רופאים מומחים, שתורתם ומלאכתם לטפל בנפגעי תאונות דרכים, תורמים לשיפור ועיצוב הרכב המודרני, תוך יישום הניסיון האישי המצטבר. השימוש באביזרי בטיחות סבילים, פנימיים וחיצוניים, הקטין כמותית את הפגיעות הקטלניות, את אלה שעלולות להיות קטלניות ואת הפגיעות החמורות.

מחקרי תאונות דרכים בפגיעות בגפיים הוכיחו כי קיים הבדל בין סוגי הפגיעות ליושבים ברכב לבין סוג הפגיעה למצויים מחוצה לו. הבדיקה העלתה כי אמצעים חיצוניים ששולבו ברכב, כמו שינוי בתצורת הפגוש או בחומר שממנו הוא מיוצר, עשויים להשפיע על הפגיעות הנגרמות להולכי רגל.

דגש מיוחד מושם להגנת תחתית המרכב. עליה לעמוד בפני פגיעות אגרסיביות, הנובעות מתנאי דרך, מעונות השנה ומתנאים אקולוגיים סביבתיים, הגורמים לנזק למתכת ופוגעים בעמידותה בפני חלודה. צבעי המגן לתחתית מורכבים משרפים בעלי תכונות מיוחדות, מסיבים שונים, מחומרים פלסטיים, מ-P.V.C ומקצף פולימרי המפחית את רעשי הכביש והצמיגים.

מערכת בטיחות המרכב משולבת עם חיזוקים לעמידה בהלם חזיתי או מוסט בעלי אנרגיה גדולה, כלוב הגנה קשיח לנוסעים, אזורי קריסה לספיגת אנרגיה, הגנה בפני מכות מהצד, קורות חיזוק בדלתות, קורות רוחב בלוח המחוונים ותמיכה לעמוד ההגה.

מרכב בטיחותי ברכב מודרני

כל דיון בנושא הבטיחות צריך להתחיל במרכב. מעטפת הרכב המודרני משלבת תא קשיח ואזורי ספיגת עוצמת המכה בעת תאונה.

מסגרת המכונית המודרנית תומכת את עצמה במקשה אחת. אף שלמראית עין נראית קליפת המרכב כמבנה פשוט, הרי טכניקת בנייתה והקשחתה הינה אומנות לכשעצמה. המרכב בנוי ממספר מקטעים, ולכל אחד מהם תפקיד וייעוד שונה.

מצד אחד נדרשים מתכנני המרכב להשיג משקל מינימאלי, לשם צמצום צריכת הדלק, עלות הייצור ושיפור הביצועים של המכונית, בכפוף ליחסי כוח/משקל. ומאידך, על הרכב להיות חזק ובטוח בעת תאונה ואמין לאורך ימים. כמו כן, קשיחות המרכב נחוצה ליציבות הנסיעה בכל דרך ומהירות, לאחיזת כביש מושלמת, למניעת זעזועים ורעשים בתא הנוסעים, לעמידות והישרדות ממושכת. הדבר מושג באמצעות שימוש בפחים בעלי עובי שונה במקטעי מרכב שונים, כתלות בעומס או במאמץ המוטלים על אותו מקטע. במקומות בהם המאמץ נמוך – נעשה שימוש בלוחות גדולים והימנעות מחיבורים חופפים וריתוכים בלתי הכרחיים של חלקי הפח.

עובי פחי הפלדה המקובלים למרכב נע, בדרך כלל, בין 0.4:1 מ"מ. עובי כה דק הוא כורח המציאות להקטנת משקל הרכב, הפשטת תהליכי העיבוד וחסכון בעלויות הכספיות. פיצוי לדקּוּת הפלדה מושג בבחירת פלדות בעלות תכונות משופרות, ובתכנון קפדני של החיזוקים וכיפופי הפח. וכן בגיבוי נקודות התורפה במספר שכבות פח.

חומרי המחר מהם תיוצר המכונית לא יהיו טבעיים בלבד. כיוון ההתפתחות מצביע על שימוש בחומרים טרמופלסטיים חדישים; בעלי משקל סגולי נמוך, זולים לעיבוד, ואינם מחלידים, ושומרים על צורתם ותכונות המקור לאורך ימים.

נוחות ובטיחות מכתיבות את התפתחות תעשיית הרכב מאז ומתמיד. על פניו, יש ניגוד בין הנוחות לבטיחות. הניגוד נובע מכך שנוחות עלולה להפחית את עִרנות הנהג ואת תִפקודו. מאידך, לנוחות השפעות חיוביות על אופן הנסיעה, במניעת התעייפות הנהג והטרדתו. בדור האחרון של המכוניות הנוחות תורמת את חלקה לשליטה טובה של הנהג לצד בטיחות המרכב ותא הנוסעים.

מרכב הרכב המודרני מעניק גם את היתרון של מרכב חזק, המבטיח טיפול קל יותר ומגביר את עמידותה של המכונית בפני בלאי בנהיגה יומיומית. יתרון זה מושג בזכות החלק התחתון המעוצב במיוחד, כדי לספוג ולפזר ביעילות את המכה בעת התנגשות, וכן את האנרגיה שנגרמת כתוצאה ממגע עם הכביש בעת נהיגה רגילה. מצד שני, עלול השימוש בחומרים לחיזוק אזורים, כמו מסגרת ותומכים, גם לגרום לכך שהרכב יהיה כבד יותר. כדי לאזן את המשקל המוסף של חומרי החיזוק פועלים להפחתת משקלם של מרכיבים אחרים.

שיקולי תכנון למרכב בטיחותי

מחקרים הראו, שכלי רכב הבנויים משלדה קשיחה, ואשר היו מעורבים בתאונות, מאומה לא חדר לתא הנוסעים ודבר לא פגע בהם. ובכל זאת, הנוסעים נהרגו, או נפגעו פגיעות קשות. הבדיקות הציגו, שהנזקים נגרמו כתוצאה מחשיפת הנוסעים לתאוצות, או לתאוטות, גדולות מדי. שיעור התאוצה או התאוטה נמדד ביחידות של G.

כלי רכב ניזוקים די קשה בתאונות, אך הדבר מתוכנן. כי עדיף שהרכב יינזק מאשר שהנוסעים ייפגעו. ניתן להפחית או למנוע לחלוטין את הנזק לנוסעים אם הרכב ייבלם למרחק רב יותר. אזורי התמוטטות ברכב, המאפשרים לחלקיו להתקפל ועל ידי כך לבלום את הרכב למרחק עצירה גדול יותר, מקטינים את שיעור התאוטה ועל ידי כך מקטינים את מספר יחידות ה-G הנוצרות כתוצאה מהתאונה.

פיתוח גוף מכונית מודרני מבוסס בין השאר על ניסיון, חישוב וניסוי. קיים כבר ניסיון מצטבר רחב המאפשר להימנע מטעויות בסיסיות בעת עריכת הניסויים. השימוש בטכניקת האלמנטים הסופיים מאפשר חישובי עומסים ודפורמציות במבנים מורכבים כמו גופי מכוניות.

למרות זאת, עדיין חשוב לבצע נסויי מבנים, כדי לאמת את התנהגותם במציאות, ומובן שקיימים קשרי גומלין בין הניסויים לחישובים.

מצד שני, במקרה של שינויים בתכנון, דווקא שיטות החישוב המהוות את האמצעי היעיל יותר לבדיקת השפעות והשלכות שונות על כל מבנה הרכב.

במקרה כזה שיטת הניסוי עלולה להיות יקרה ואיטית. דוגמאות לשינויים: שינויי חיבורים, שימוש במקשיחים ובחיזוקים, או במקרים קיצוניים – הכנסת חומרים חדשים.

בשלבי הפיתוח של מכוניות יש לבצע מספר רב של ניסויים במקביל, והתוצאות של אלה משפיעות על כיוון הניסויים לעתיד. החשובים שבהם: נסויי התעייפות (Fatigue), המספקים נתוני חוזק תחת מצבים דומים למציאות, ניסויי תאונה, שבהם מושם הדגש על בדיקת מנגנוני מיגון ובטיחות, וניסויי קשיחות הבודקים בראש ובראשונה את הדִפורמציות של הרכב הנבחן לעומסים מוגדרים.

קיימים שלושה סוגים של קשיחויות: קשיחות לפיתול, קשיחות לכפיפה וקשיחות צידית. קשיחות לפיתול היא היכולת להתנגד למצב שבו שלדת הרכב מתפתלת, לרוב עקב פגיעה חזקה בצד אחד של אחת מקורות השלדה. קשיחות לכפיפה היא היכולת להתנגד לכוחות כיפוף בכיוון ציר האורך של הרכב (כאשר מתבוננים ברכב מהצד). הקשיחות השלישית היא לכוחות כפיפה צידיים (כמו לדוגמא ברכב שנפגע בתאונה צידית בצומת). מבנה חזק וקשיח יותר הוא בד"כ עדיף, מכיוון שהוא מספק נקודות תמיכה חזקות יותר למתלים, ובכך מתאפשרת גמישות רבה יותר למהנדסים בעת שהם מתכננים את הרכב, ובפרט בעת תכנון מערכת ההיגוי.

מבנה כזה יוצר פחות ויברציות, חריקות וטרטורים, וכן הוא מספק הגנה טובה יותר בפני תאונות.

מרבית יצרני הרכב מייצרים כיום מרכב אינטגראלי אחיד (Uni-Body) עבור הרכבים הפרטיים, והעובדה הזאת תורמת להעלאת רמת הקשיחות כנגד פיתול השלדה.

נוחות הנסיעה שמציעה מכונית הנוסעים לבעליה, תלויה בין השאר בתכונותיה המכאניות. רכב כמכלול, מייצג מערכת תנודתית שיש להביא את רכיביה הבודדים להרמוניה. התנודות מועברות מהכביש דרך הצמיגים לגלגלים, משם לצירים, למתלים, למשככים ודרך גוף המכונית – לכיסאות ולנוסעים. בתוך הרצף הזה יש לתכנון הגוף תפקיד מיוחד בגלל מורכבותו. גוף מתוכנן כהלכה חייב למלא מספר פונקציות שלעתים מנוגדות זו לזו. הוא חייב להיות קל, ובו זמנית קשיח ובעל תדירות עצמית גבוהה ככל האפשר. עליו להיות בטיחותי, ועם זאת לאפשר שדה ראיה רחב. עליו להיות חזק כדי לעמוד בעומסי התפעול, ועם זאת מרווח. גם ללקוח דרישות משלו, והן נוגעות בעיקר לעיצוב. פרט לעמידות השלדה בתאונות, המחשב מאפשר לבחון את עמידות הרכב בוויברציות, "בנסיעה" בתנאי דרך קשים, וכן בבחינת עמידות הרכב לאורך זמן בהאצות שקיימות בכיוונים השונים.

המחשב מאפשר כיום תכנון איכותי, מהיר, בטיחותי וזול יותר של הרכב. הדרך הקלה ביותר להקשחת הרכב היא באמצעות הוספת חיזוקים לשלדת הרכב. הבעיה היא שהדרך "הקלה" הזאת היא כבדת משקל, תרתי משמע. במלים אחרות, הוספת קורות פלדה גורמות להעלאת משקלו של הרכב, להגדלת צריכת הדלק, וכמובן גם להעלאת מחירו. הדרך הקשה היא במקרה הזה הדרך הנכונה. צריך להיעזר במחשב בכדי לשפר את מבנה הרכב, מבלי להעלות את משקלו.

שלדה בטיחותית – היכן היא רצויה?

השלדה נושאת את המרכב העילי של הרכב ומעניקה חוזק מבני לגוף כולו. השלדה היא מערכת של קורות פלדה, בדרך כלל בצורת U, המחוברות ביניהן על ידי ריתוך, מסמרות או על ידי ברגים.

על השלדה מורכבת, מצד אחד מערכת המתלה, ומצד שני מורכבת מערכת ההנעה, שכוללת: מנוע, תיבת הילוכים, גלי הינע, תא נהג וארגז מטען במשאיות.

השלדה במכוניות פרטיות עשויה כחלק אינטגראלי יחד עם מרכב הרכב, או נפרדת מהמרכב המולבש עליה. תתכן גם שלדה כפולה שכוללת שני משטחים מקבילים. בעבר היו שלדות במבנה כלוב, העשויות ממספר רב של פרופילים מרובעים או צינורות בחתך עגול.

השלדות מיוצרות לרוב מפלדה במבנה דמוי סולם או ממשטחים כבושים. עליהן לעמוד בלחצים פנימיים וחיצוניים, להתמודד עם מפגעי הדרך, בעת נסיעה, בו זמנית מכמה כיוונים, ולכן היא מתוכננת לעמידה בסיבולת גבוהה. עד לשנות השישים של המאה הקודמת, גם המכוניות הפרטיות היו מיוצרות עם שלדה. כיום בשימוש השלדה רק ברכבי שטח, טנדרים, אוטובוסים, משאיות ורכב כבד.

עם התפתחות הטכנולוגיה, נתגלה שהשלדה אינה רק מיותרת ברכב הפרטי המשפחתי, אלא אף מזיקה. ואלה הן הנסיבות:

השלדה מוסיפה למשקל הרכב, דבר שמגדיל את צריכת הדלק, מקטין את זריזות התנועה ומחליש את אחיזת הכביש.

בניגוד למה שהיה מקובל, השלדה הופכת את הרכב למסוכן יותר בעת תאונת דרכים. זאת, משום שהשלדה עושה את המרכב לקשיח יותר. ובעת תאונה, כאשר הרכב מתנגש חזיתית בעצם קבוע או ברכב אחר, העצירה שלו מתבצעת לאורך מרחק קצר יותר, דבר שמייצר כוחות תאוטה גדולים ביותר.

מימדי רכב – שיקולי תפעול והתנהגות

כאשר דנים בבטיחות, למימדי הרכב יש השפעה של ממש. כל הדיווחים וכל המחקרים אודות מי מהמכוניות יותר בטוחה בכביש, מצביעים על כך שזוהי המכונית הגדולה, שבסיס הגלגלים בה ארוך יחסית. הבטיחות הפסיבית, כלומר התכונות ברכב המסוגלות להגן על נוסעיו בשעת תאונה, גוברים על תכונות ביצועיו, כאשר יצרן הרכב מציע את רכבו לקונה הפוטנציאלי.

המכון לבטיחות בדרכים של חברות הביטוח בארה"ב מפרסם מדי שנה את מספר ההרוגים בכלי רכב, על פי גודלם, לכל 10,000 מכוניות פרטיות. מהנתונים אנו למדים כי ככל שהרכב גדול יותר מספר ההרוגים מבין הנפגעים בו קטן, בשיעור של עד פי שלוש.

למימדי הרכב השפעה גם על תפעולו והתנהגותו, בנסיעה בכביש ובתנועה בשטח. בשל המרחק הגדול בין סרניו של הרכב הארוך (בסיס גלגלים), ניתן להסיע בו יותר נוסעים בנוחות, בבטחה, ברווחה ועם פחות השפעות מפני הדרך.

אחיזת הצד ברכב ארוך מבוקרת יותר ונטייתו להתהפך או להסתחרר נמוכה. שיווי משקלו היעיל מקנה לו יתרון בזמן התגובה בעת סבסוב וכן בירידות ועליות תלולות במיוחד.

רכב קצר וקל משקל הינו לרוב יעיל יותר, יחסית, בכושר ביצועי המנוע, ההיגוי והבלימה, בהנחה שמדובר באותם מכללים מכאניים. יחסי ההספק / משקל – גבוהים יותר ומשפיעים על התכונות הדינאמיות, כושר התמרון עדיף ונטייתו לצאת מקו התנועה בעת שינויי כיוון – מהירים יותר.

כלוב תא נוסעים בטיחותי

מבנה תא הנוסעים קשיח, חזק ומוגן במסגרת פלדה, התומכת את עצמה כמקשה אחת. הוא בנוי ככלוב פלדה מחוסם להגנה על היושבים ברכב ונועד לשמש כקו הגנה אחרון בעת תאונה. תא הנוסעים אינו מיועד לקרוס בהשפעת ההתנגשות ואם נבודד אותו מחלקי המרכב האחרים, הרי הוא כבד ומסיבי ביותר.

תא הנוסעים המודרני בנוי מקורות מגן מכל עבר, המיועדות לספוג את מירב אנרגיית המכה בעת תאונה ולהפחית עיוותים. קורות פלדה כפולות הותקנו, בחלק מהדגמים, בדלתות, ומרכב הרכב חוזק, ליצירת כספת משוריינת לנוסעים. לאזורים רגישים, כמו משקופי הדלתות נוספו חיזוקים. על ההגנה מפני פגיעות צד אחראים מפתני הפתחים והקורות האנכיות והאופקיות בצידי כלוב תא הנוסעים.

צורת הפרופיל המרחבי של החרטום והירכתיים סופגת את אנרגיית המכה ומונעת את העברתה לתא הנוסעים. נהוג לגלוון את מרכב הרכב, להגנה מפני חלודה למשך שנים רבות.

כיוון ההתפתחות בחומרי הגלם, מהם תיווצר המכונית בעתיד, מצביע על שימוש בחומרים תרמופלסטיים בעלי משקל סגולי נמוך, זולים לעיבוד, אינם מחלידים, ושומרים על תכונותיהם המקוריות לאורך ימים (הוצאות הגימור והרכבת המרכב הסינתטי עתידות להיות נמוכות יחסית).

מבחני בטיחות

בשנת 1996 נפל דבר בתעשיית הרכב העולמית, כאשר יצא לדרכו פרויקט EURO-NCAP, שנועד לבחון את הבטיחות הפסיבית של המכוניות באופן השוואתי. מאז ועד היום, ממצאי בדיקות ההתנגשות גורמות ליצרניות הרכב להזיע. בשונה ממבחני הריסוק האחרים, זה אינו פרויקט ממשלתי, והוא אינו מושפע בשום אופן מיצרניות הרכב או מלחצים פוליטיים.

רבות מיצרניות הרכב מפחדות מתוצאות הבדיקה ומהסערה הציבורית שמתחוללת בעקבותיה, ובמיוחד אלו שהיה להן הרבה מה להפסיד. בסדרת מבחנים שפורסמו נקרעה מסיכת הבטיחות מעל פניהן של יצרניות רכב יוקרתיות מסוימות, כשהתברר שמכוניות זולות בהרבה קיבלו ציונים טובים יותר, ובכך ניפצו את אשליית הבטיחות מאותן יצרניות.

המינהל הלאומי האמריקאי לבטיחות התנועה בכבישים הראשיים (NHTSA) עורך מדי שנה, מאז שנת 1979, מבחני התנגשות מקיפים, בהם נלחץ החלק הקדמי של הרכב למחסומי בטון. נתונים על פגיעות שנגרמו בהתנגשויות אלו בראש, בחזה ובחלק התחתון של גוף הבובות הנבחנות, מתפרסמים באינטרנט ובמגזיני רכב שונים. על אף העובדה שאין מבחנים אלו משחזרים את כל מצבי התאונה האפשריים, מסייע פרסומן לעורר את דרישת הלקוחות למכוניות בטוחות יותר.

זה שנים רבות נרתמות חברות הביטוח בארה"ב לביצוע מבצעי הסברה מקיפים לרכישת רכב בטיחותי יותר. התוצאה, כמובן, נמדדת במונחים כלכליים. ככל שהציבור יקנה רכב בטיחותי יותר, כך יקטן מספר הנפגעים וייתכן שיקטן אף הנזק הכולל לרכב.

מועצת השוק האירופאי הוציאה באוקטובר 1998 תקנה מחמירה – EEC96/79, הקובעת שבמבחני הריסוק ידמו לתאונות המתרחשות במציאות. במקום שהרכב יתנגש חזיתית ברכב בטון, הרי שיפגע במהירות גבוהה במחסום קשיח למחצה, שניצב בזווית של 40 מעלות ביחס לחזית הרכב.

מכיוון שתנע הפגיעה תלוי בריבוע מהירותו של הרכב, הרי שבפועל יהיה גידול של למעלה מ- 30% באנרגיית הפגיעה.

התקנה האירופאית מחייבת לבדוק את הרכב בעת פגיעה חזיתית-צידית, כאשר הרכב פוגע בחזיתו השמאלית במחסום. מאחר שזה איננו קשיח לחלוטין, הוא מאפשר ספיגה הדדית של אנרגיית התאונה, בדומה להתנגשות אמיתית בין כלי רכב.

בנוסף, נבחנת עמידותו של הרכב בתאונה נוספת, בהתנגשות צידית מלאה ובמהירות גבוהה. בתאונה זאת נבדקת עמידות הדלתות, העמודים והמשקופים הצידיים. התקנה קובעת קריטריונים נוקשים מאוד למידת הפגיעה המותרת בראש, בצוואר, בחזה, בבטן, בידיים וברגלי הנהג והנוסעים.

את התוצאות הראשונות לתחרות, המדרבנות את שיפור בטיחותן של המכוניות, ניתן היה לראות בסדרת המבחנים של 2001, כאשר נקבע לראשונה שיא עולמי של 5 כוכבי בטיחות על ידי רנו לגונה. מרצדס מיהרה להגיב ובסדרת מבחנים נוספת, הפכה ה-C קלאס למכונית השנייה בהיסטוריה שקיבלה 5 כוכבי בטיחות.

המרכב של רנו לגונה כולל פלדה בעלת חוזק אלסטי גבוה, מבנה קשיח החזק פי 2.5 ממבנה דומה מפלדה רגילה. כמו כן לוחות הדלתות נתמכים על ידי מבנה סופג אנרגיה, התורם להגנת הנוסעים באופן טוב יותר.

קריסת המרכב בתאונת חזית

בעת תאונה חזיתית או כאשר הרכב נפגע מאחור, הפגיעות בנוסעים נגרמות מהטלתם אל חלקי פנים הרכב, ולרוב, לא משינויים פיסיים בתא הנוסעים. עוצמת ההטלה של נוסעי הרכב תלויה בכוחות התאוצה הנוצרים כתוצאה מהתאונה.

בעבר היה נהוג לייצר רכב מאוד קשיח, לכן בלימתו כתוצאה מתאונה הייתה תוך מרחק קטן מאוד, דבר שגרם להיווצרות כוחות תאוצה עצומים, שהעיפו את נוסעי הרכב אל דפנותיו בעוצמה קטלנית.

חברת מרצדס הגרמנית רשמה פטנט על אזורי ספיגת אנרגיה קינטית במכוניות, ב- 28 באוגוסט 1952. חזית ואחורי הרכב אינם קשוחים ובעת תאונה הם בולמים את המרכב לאורך מרחק רב יותר, דבר שמקטין בשיעור ניכר את כוחות התאונה ועל ידי כך מקטינים בהרבה את הכוח שמעיף את הנוסעים אל דפנות תא הנוסעים. לזכותה של חברת מרצדס יצוין כי במהלך השנים, במקביל ולעתים מעט לפני יצרניות רכב אחרות, הכניסו בדגמיה את המערכת למניעת נעילת גלגלים בבלימה, את חגורות הבטיחות האינרציאליות, את מגבילי העומס וכמובן את כריות האוויר הבטיחותיות.

מוט ההגה הקשיח הוחלף במוט הגה קורס, שאינו חודר לחזה הנהג בתאונות חזיתיות. מרכזו של גלגל ההגה רופד ובטכניקה חכמה ניתן אף להרחיק את גלגל ההגה מהנהג בעת תאונה. כדי למנוע את חדירת המנוע ויתר החלקים מתא המנוע לתחום תא הנוסעים, נבנו תומכי מנוע שמחליקים אותו אל מתחת לרצפת תא הנוסעים בעת התנגשות.

תאונה מאחור נחשבת לתאונה "קלה יחסית", בהיבט הבטיחותי, בדומה לתאונה חזיתית. גם כאן הקורות האורכיות מיועדות לספוג את אנרגיית הפגיעה, תוך כדי קריסה מתוכננת כלפי חזית הרכב. תא המטען משמש אזור "אידיאלי" לקריסה ולספיגת אנרגיה, והסכנה של חדירת חלקים מכאניים קשיחים לתא הנוסעים היא קטנה יחסית. בתאונה מאחור – הנוסעים נצמדים למושב הרך, והוא זה שמונע תאוצה של הגוף תוך פגיעה בחלקים קשיחים אחרים.

עמידות המרכב בתאונת חזית-צד

פגיעה חזיתית-צידית היא פגיעה שכיחה ביותר בתאונות דרכים קשות, וכך גם נפגעים מרבית הנוסעים. המסגרת סופגת פגיעה חזקה באזור קטן ולכן קיים סיכוי גבוה יותר שתא הנוסעים ייפגע. בניגוד לתאונה חזיתית מלאה, יש פחות השפעה על קריסת השלדה, על המנוע והמתלים, וכן יש פחות השפעה לאופן התִפקוד של כריות האוויר וחגורות הבטיחות.

כתוצאה ממחקרים ומבחנים רבים, תוכנן באמצעות מחשב מסגרת היקפית בעלת עיצוב דמוי מזלג, המסייעת לשמור על שלמות

תא הנוסעים גם בפגיעה מסוג זה, ומאפשרת לפתוח את הדלתות גם לאחר התנגשות.

עמידות המרכב בתאונת צד

בתאונה צדדית הפגיעה ישירה ומיידית, שכן אין תא מנוע או תא מטען שסופגים חלק מעוצמת התאונה. רק הדלת, העמוד והמשקופים מפרידים בין הרכב שפוגע מהצד לבין הנוסעים, והם אמורים למנוע חדירה פולשנית של חלקי פח לתוך תא הנוסעים.

תשומת לב מיוחדת בתכנון מושמת על חיזוקים של העמוד המרכזי (B) וסף המדרכה התחתון. שני האזור מועדים לפגיעה קטלנית מהפגוש הקדמי של הרכב שפוגע מהצד. קורות חיזוק רוחביות בעלות חתך פרופיל גדול מפחיתות את הסיכון שחלקים יתכופפו כלפי מרכז הרכב, שכן גם תנועה של סנטימטרים בודדים לכיוון תא הנוסעים עלולה להיות קטלנית. גם קורות חיזוק אורכיות שמותקנות בדלתות מסייעות בהגנה הצידית, תוך השראת תחושת בטחון, המאפשרת להרגיש נינוח וליהנות מהנסיעה. כריות האוויר הצידיות תורמות אף הן, בחציצה שבין חלקי המרכב הקשים לבין גופו של הנוסע.

עמידות המרכב בהתהפכות

קורות צידיות בעלות חתך גדול, בשילוב עם עמודים מרכזיים מחוזקים וקשתות גג מסיביות, מסייעים לשמור על מרחב הנוסעים במקרה של התהפכות.

מדובר בתכנון ייחודי שמבטיח עמידה חזקה מאוד של הקורות בכוחות אנכיים וצדדיים, כך שהגג לא יימעך כלפי מטה. אמנם הגג מחופה בבד, אולם הציפוי אינו יכול למנוע פגיעות ראש קשות. לכן הנוסעים חגורים בחגורות בטיחות שמצמידות אותם למושב, כך שראשם נותר מרוחק מהגג ומקורות המרכב העליונות.

מרכב ידידותי להולכי רגל

הולכי הרגל הם משתמשי הדרך הפגיעים ביותר בכל תאונות הדרכים. להולך הרגל, בניגוד לנוסע ברכב, אין כלוב פלדה שמסוכך עליו, אין לו כריות אוויר וחגורות בטיחות, כך שהפגיעה בגוף היא מיידית וחזקה במיוחד.

הפגיעות הגבוהה של הולכי הרגל באה לידי ביטוי בסטטיסטיקת התאונות, כאשר בישראל, לדוגמא, למעלה מ- 60% מההרוגים בתאונות הדרכים העירוניות הם הולכי רגל.

אם עד לאחרונה יצרני הרכב לא הקדישו תשומת לב נאותה, להולכי הרגל, כי הם לא צרכנים פוטנציאליים לרכישת הרכב, הרי מגמה זו משתנה בדור החדש של כלי הרכב.

בכל שנה נהרגים באירופה כ-7,000 הולכי רגל וכ- 2,400 רוכבי אופניים בתאונות, ומניין הנפגעים הקשה עומד על כ- 100,000.

כתוצאה מהתעוררות הנושא, פורסמו תקנות, המגדירות ניסויים של פגיעה בהולכי רגל ומדדים להקטנת חומרת הפגיעה בהולך הרגל. שיטת הבדיקה היא באמצעות בובת ניסוי, עם יותר מפרקים, כך שניתן לדמות את התנהגות האדם בעת פגיעה.

בין יתר השיפורים מדובר בחזית ידידותית לרכב, שהיא חזית מעוגלת, ללא בליטות, והיא אמורה להקטין את חומרת הפציעה בזמן תאונה. חזית כזו תפחית את הסיכון בפציעות קשות באזורי החזה, הצוואר והראש של הולכי הרגל. כחלק מההגנה המוגברת, במועצת השוק מעוניינים לבדוק את התקנתו של פגוש חדש סופג אנרגיה, שיקטין את עוצמת הפגיעה בהולך הרגל. המטרה היא להגיע לפגוש אופטימאלי, שמחד גיסא יגן על הולכי הרגל, ומאידך גיסא לא יכביד מדי על משקלו של הרכב.

אפשרות אחרת שנבחנת היא להגביה את חזית הרכב ולהרחיב את אזור המעיכה שבו. המטרה היא, שכשהולך רגל נפגע הוא "ינחת" על מכסה המנוע הרך ולא ייפגע בראשו מחלקי המרכב שבחזית הרכב.

יש להדגיש שתכנון חדש ייקר מאוד את תכנון הרכב ויגדיל את התנגדותו לזרימת האוויר. הבעיה העיקרית היא, כמובן, העלות.

טיפולי מיגון המרכב בתהליך הייצור

חלודה הינה אויב הבטיחות. מבחינה כימית היא תרכובת של ברזל, חמצן ומימן. היא תוצאה של פעולות כימיות המתרחשות כאשר המתכת באה במגע עם החמצן שבאוויר ועם הלחות כאחד. חומרים מזהמים ואדים כימיים באוויר מחישים את ההחלדה, ותחמוצת גפרתית הנפלטת מגזי הרכב מאיצה את התהליך.

בעבר, שהמכוניות הורכבו משלדה של קורות פלדה, לא היה לפח שממנו ייצרו את תא הנוסעים כל תפקיד קונסטרוקציוני, משום שכל החוזק לנשיאת המטען היה מוטל על השלדה. לכן, פִגעי החלודה לא החלישו משמעותית את הפח, ולא השפיעו על גיאומטרית המתלים.

כיום, חשוב להקפיד על שמירת הפח מפני החלדה, ובנוסף, היצרניות עושות שימוש בפח דק יותר, כדי לחסוך במשקל המכונית ובהוצאות הייצור. פח דק רגיש יותר לפגעי החלודה לכן מושקע מאמץ רב לחיפוש אחר חומרים שאינם מחלידים. אולם כל החומרים המתאימים להחליף את הפלדה יקרים במידה שאין אפשרות להשתמש בהם לייצור המוני של מכוניות.

על כן, הופנו מאמצי הפיתוח להגנה על הפלדה מפני החלדה, ועל השבחת הפלדות שבהם עושים שימוש, כגון פלדות בעלות חוזק רב. התוצאות לא איחרו לבוא וטבילת המרכב בכל מיני אמבטיות, שכוללות חומרי ניקוי, נִטרול התחמצנות וציפוי החלו להניב פרי.

תהליך הגנה מקיף למרכב, כולל הגנת גִלוון באבץ לכל הלוחות החיצוניים, ציפוי משופר בתרסיס הגנה פוספאטי, חומר בסיס למילוי והחלקה בתהליך של שיקוע חשמלי ושכבות צבע אמייל המיושמות בשיטת רטוב על רטוב, ובנוסף לכך גם הזרקת שעווה לחללים פנימיים.

ציפוי החלק התחתון של המרכב בשעווה וב-PVC, והגנה מפני פגיעת אבנים. חיפויים מפלסטיק לבתי הגלגלים הקדמיים, ציפוי מבד לבתי הגלגלים האחוריים, ציפוי הגנה למניעת שחיקה על ספי הדלתות ועל סף פתח תא המטען.

מרכב אלומיניום ומגנזיום לשיפור הבטיחות

תעשיית הרכב זקוקה למגנזיום, והדרישה תגבר בשנים הקרובות. המגנזיום המתכתי מאופיין במספר תכונות המייחדות אותו משאר המתכות שנמצאות כיום בשימוש. מרבית תכונות אלה נותנות לו יתרונות ברכיבי כלי רכב, תעבורה ותחבורה. בין יתר יתרונותיו ניתן לציין:

1. המשקל הסגולי הנמוך של מגנזיום, 1.7 גרם / סמ"ק, שהוא 2/3 מהמשקל הסגולי של אלומיניום וכחמישית מפלדה. משקל סגולי אלומיניום 2.7, אבץ 4.7 ופלדה 7.8. הקטנת המשקל פרושה: חסכון ויעילות בבעירת הדלק ומניעת זיהום אוויר סביבתי.

2. כושר יציקות גבוה. ניתן לצקת מהמגנזיום חלקים אותם לא ניתן להפיק ממתכות אחרות.

3. יחס קשיחות המגנזיום למשקלו גבוה. חלקיו קשוחים יותר מחלקים באותו משקל המיוצרים ממתכות אחרות.

צריכת המגנזיום השנתית בעולם המערבי עוברת את 300,000 טון, ומיועדת לשימוש במכוניות במעל 60 רכיבים שונים.

שימושים במגנזיום

גידול בצריכת מגנזיום מבוסס בעיקר על הרחבת תעשיית המכוניות בעולם, אך גם לתעשיות נוספות, כגון לווייני תקשורת, מיקרו-אלקטרוניקה ומחשבים. השימושים העיקריים של המגנזיום הינם:

א. סגסוגת אלומיניום – תערובת שהחומר העיקרי בה הינו אלומיניום, והמגנזיום משמש בסגסוג האלומיניום לשיפור החוזק, הקושי והעמידות בפני קורוזיה. הרכיבים מסגסוגות מגנזיום מיוצרים בדרך כלל בטכנולוגיה של יציקת דפוס. תוספת יסודות מתכתיים למגנזיום הטהור נועד לשפר גם את כושר היציקה, יכולת העיבוד השבבי ועמידות בטמפרטורות גבוהות. הסגסוגות הבולטות הן אלומיניום ואבץ, ותוספת המנגן משפרת את העמידות בפני קורוזיה.

ב. יציקת חלקים ממגנזיום – הקטנת משקל חלקי הרכב והגבלת צריכת הדלק לקילומטר, משיקולים של איכות הסביבה, מביאים את תעשיית הרכב לשימוש מרובה ביציקות ממגנזיום. כאמור השימוש הרב הוא בטכנולוגיה של יציקת דפוס (die casting), אשר מוגבל עדיין עקב מחסור בסגסוגות המיועדות לטמפרטורות גבוהות. מגבלתן בכושר מִחזורם ומחירם הגבוה ביחס לאלומיניום.

בעבר כבר היה למגנזיום תפקיד חשוב, כאשר חברת פולקסווגן ייצרה ממנו גופי מנוע וגופי תיבות הילוכים. אחר כך איבד המגנזיום מחשיבותו, אך לא נשכח. אבקת המגנזיום נשרפה באופן ספונטאני בבואה במגע עם חמצן. גם אחרי שנוצר קרום תחמוצתי המגנזיום משתתק בקלות. השיתוק נוצר במיוחד כאשר המגנזיום בא במגע עם פלדה – תופעה מאוד לא אהודה ברכב.

בתעשיית הברגים פיתחו חומר ציפוי לא אורגני, המונע את המגע בין המגנזיום לבין הפלדה. היות שהמגנזיום מתפשט בחום יותר מהאלומיניום, אי אפשר להשתמש בברגים בעלי ראש רגיל, לכן מייצרים ברגים עם ראש בעל שטח מגע גדול וזה מקטין את הלחץ על השטח שמתחת לראש הבורג.

ג. שימושים בברזל ובפלדה – מגנזיום משמש בתהליך ייצור הפלדה להקטנת תכולת הגופרית, ועל ידי כך לשיפור תכונותיה. הבנה של הגורמים למִחזור, מיקרו-מבנה, התמצקות יציקות, זחילה, והתעייפות קורוזיה של סגסוגות המגנזיום, תגרום להקטנת תופעות מזיקות בהתנהגות היציקות, בזמן ייצור רכיבים ובשימוש במערכות מודרניות של תחבורה, כלי רכב, מכונית ואלקטרוניקה.

ייצור מגנזיום במפעלי ים המלח

חומר הגלם העיקרי בתהליך הייצור הינו קרנליט, המופק בתהליך ייצור האשלג במפעלי ים המלח בסדום. הקרנליט מכיל אשלגן, מגנזיום כלורי, מלח ומים. בתחילת תהליך הייצור מפרידים את המגנזיום הכלורי מהאשלג, החוזר למפעלי האשלג כסילבניט וכן מסלקים את המלח והמים.

המשך תהליך הייצור מבוסס על תהליך אלקטרוליזה של מגנזיום כלורי, שבו תהליך פירוק באמצעות חשמל המפריד בין המגנזיום והכלור.

מפעל המגנזיום משולב במערך המפעלים בסדום, ונהנה מתשתיות ושירותים קיימים. בתהליך ייצור המגנזיום משתמשים כחומר גלם בקרנליט, המשמש כחומר גלם בתהליך ייצור האשלג. כמו כן נוצר כלור המשמש בתהליך ייצור הברום, וסה"כ מוצרי הלוואי מקטינים את עלות ייצור המגנזיום.

אוטו בטיחותי מפלסטיק

התחזיות הכלכליות העולמיות מדברות על שגשוג ופריחת תעשיית הפלסטיקה בענף הרכב והתחבורה שידחיקו את רגליהם של החומרים המוכרים בענף. חומרים מפלסטיק הם קלי משקל, אך כחומר מבנה הם יקרים יותר מפלדה. יש להם את הפוטנציאל להורדת עלויות הייצור, כיוון שניתן באמצעותם לבצע חיזוקים מקומיים וליצור רכיבים מסובכים בזול, כחלקים מרוכבים. יתרונות נוספים הינם עמידות בקורוזיה ובפגיעות שונות.

קריטריונים לשימוש בפלסטיקה

הנטיות בעתיד להגדלת השימוש בפלסטיק ברכב תהיינה תלויות בשאיפה לתִפקוד משופר של הרכיבים השונים, במחיר, באימוץ תהליכי ייצור חדשים ובעמידה בדרישות סביבתיות. תכונות גוף הרכב תלויות בעובי, צפיפות ומסה ליחידת שטח, ומושפעות גם מיכולת ספיגת רעש וטכניקות חיבור והידוק.

פח פלדה המשמש למרכב עוביו 0.9 מ"מ, צפיפותו 7.8 גרם / סמ"ק, ומסתו 7.02 ק"ג/מ"ר. אלומיניום עבה מעט יותר 1.3 מ"מ, בצפיפות של 2.7 גרם/סמ"ק, ומסה 3.5 ק"ג/מ"ר (מחצית ממשקל הפלדה). סיבי זכוכית מחוזקי פלסטיקה עבים יותר – 2.5 מ"מ עובי, בצפיפות של 1.7 גרם/סמ"ק ובמסה של 4.25 ק"ג/מ"ר.

להפחתת משקל השפעה רצויה על יכולת האצת הרכב, על צריכת הדלק ועל זיהום האוויר, החיסכון הכולל במשקל כתוצאה משימוש בחומרים קלים יותר יכול להיות מובחן רק אם משווים כלי רכב המצוידים באופן זה. בפועל, כלי רכב נעשים כבדים יותר, עם כל שינוי בדרישות הבטיחות, התאמת דרישות הסביבה והגברת הנוחות.

הקריטריון העיקרי בבחירת חומר כלשהו המשמש בייצור המכונית, תוך דאגה לצמצום הנזקים לסביבה, הוא כושרו של החומר לחסוך אנרגיה – מפס הייצור ועד למזבלה / מחזור.לפיכך, יוטל על הפולימרים תפקיד חשוב והולך, בשל משקלם הקל יחסית וכושר מחזורם הרב. לוחות הגוף הגדולים, כגון: מכסה מנוע, מכסה תא מטען, כנפיים, קורות הפגוש ועוד, המצטיינים בהתנגדות גבוהה לפגיעה, בעיקר משום שאינם שוקעים כתוצאה מפגיעות חלשות. נכיר בקרוב את חיבור המשטחים עם דבק ולא בהידוק מתכתי.

עבור הפנים של הרכב חלקים מפלסטיקה הינם בשימוש נפוץ. בנוגע למיכל הדלק, החליפו חומרים פלסטיים את הפלדה לחלוטין. פגושים מפלסטיקה מקובלים בעולם כולו ונמצאו פתרונות ליכולת צביעה של חומרים פלסטיים בצבע המכונית. השימוש הנבחר על ידי היצרנים הוא פוליאסטר מחוזק בסיבים שעשוי כרכיב פח מעורגל.

תחליף פלסטי לזכוכית יהווה התפתחות רצויה, מכיוון שהזכוכית כבדה יחסית. קיימת שאיפה לשילוב רב יותר של חומרים פלסטיים ברכב, אך לפני כן יש לפתור את הבעיה המרכזית הקשורה לשימוש שיעשה בחומר לאחר מחזור חיי הרכב.

בהתחשב בבעיות הסביבה הקשות, ייתכן שיתרונה הבולט של הפלדה הינו ביכולת המִחזור המלאה שלה. המשימה הקשה נותרה בתעשייה הכימית שעליה למצוא פתרונות לחומרים הפלסטיים הממוינים. כיוון החשיבה הוא ביצירת גרגירי פלסטיק מחודשים, שעדיפים על תהליך שריפת החומר ויצירת אנרגיה.

חומרים מרוכבים

לחומרים פלסטיים, המשמשים לתעשיית הרכב, מוסיפים חומר זר על מנת להעלות את חוזקם. חומרים אלה נחשבים כחומרים מרוכבים. ניתן לאפיינם בהגדרה הבאה:

1. מעשה ידי אדם, כלומר חומר מלאכותי.

2. צירוף של שני חומרים לפחות, השונים זה מזה, ואשר אינם נמצאים בתמיסה או תרכובת, וקיימת הפרדה ברורה ביניהם.

3. תכונות החומר המוגמר יעלו על תכונות מרכיביו.

4. הקשר בין החומרים חייב להיות תלת מימדי.

לחומרים מרוכבים יתרונות על חומרי פלסטיקה רגילים, וכפי שכבשו כמעט לחלוטין את מקומם של מרבית המתכות בתעופה ובתעשיית החלל, הרי סביר כי מכונית המחר תושתת ותבנה מחומרים מרוכבים. יתרונותיהם הבולטים:
קשיחות גבוהה, סבילות ועמידות בסוגי הלם.
יחס חוזק למשקל גבוה במיוחד.
עמידות בפני קורוזיה והעדר צורך בטיפול תחזוקתי.
אפשרות עיבוד נוחה בתעשייה.
עמידות מצוינת בפני התעייפות החומר.

מרבית החומרים המרוכבים בנויים מחומר יסודי (מטריצה), שהוא חומר האם, התופס בדרך כלל את מירב נפח החומר, וחומר משריין המחזק את חומר האם. החומר המשוריין נושא בתכונות החומר העיקריות של מתיחה / לחיצה. חומר האם מכתיב את הצורה הגיאומטרית של החלק ומספק עמידות בנגיפה ובגזירה. בדרך כלל עשוי משרף פולימרי המתקשה בחום. קיימים שלושה סוגים יסודיים של חומר מורכב:

1. חומר מורכב משוריין בחלקיקים.

2. חומר מורכב משוריין בסיבים.

3. חומר מורכב משוריין במתבדלים.

קיים קשר בין סידור הסיבים וכמותם. ככל שהסיבים יהיו יותר מסודרים אפשר יהיה להכניס יותר סיבים לחומר.

חוזק המוצר הסופי הוא יחסי לסידור הסיבים:

בסידור אקראי – החוזק אחיד בכל הכיוונים.

בסידור מקבילי – חוזק מירבי מושג בכיוון אחד.

בסידור ניצב – החוזק גבוה בשני כיונים עיקריים.

סוגי סיבים בשימוש:

1. זכוכית – לא אמינים כחלקי מבנה, פריכות גבוהה וחוסר הומוגניות.

2. בורון – חזקים ויקרים במיוחד.

3. גראפית – נפוצים ביותר. נוחות טובה לעיבוד שבבי.

4. קבלר – סוג של ניילון, קל וזול יחסית. יחס חוזק לקשיחות ירודים, ולכן לא מומלצים לחלקי מבנה.

חומרי יסוד (מטריצות) שונים בכושר עמידתם בשיתוק ובחום. על ידי שינוי מרכבי המטריצה ניתן להגיע לתכונות הרצויות, כאשר תפקיד השרף לעזור לעמידות החומר המשוריין ולמנוע הפרדה בין הסיבים והחלקיקים.

סוגי חומרי היסוד (מטריצות)

1. פוליאסטר – תכונות מכאניות ירודות, זול וקל בשימוש עם סיבי זכוכית. מיועד לפנלים שאינם נושאי עומס, ושימושי ב-85% מהמקרים של חומרים פלסטיים משוריינים.

2. אפוקסי – שרף דו-מרכבי, הניתן לשימוש בכל סוגי הסיבים. עמיד בנגיפה, בדלקים ובשמנים, חומר יציב שאינו נוטה להתעבות.

3. פנוליק – המשמש להדבקת מבנה כוורת.

פולימרים תרמופלסטיים

מחקר בטכנולוגיה הציקלית מאפשר שימוש בתרמופלסטים הנדסיים בתהליכים מהירים וזולים. עד עתה הוגבלו התרמופלסטים ליישומים חלליים יקרים וחד-פעמיים, כמו רכיבים למטוסי קרב, בגלל הקושי לעבדם, הנובע מצמיגותם הגבוהה בזמן היתוכם. כאשר מחממים אותם להזרקה בתבנית הם מתנהגים כמו מולסה קרה, ואינם זורמים בקלות לחללים שסביב החיזוקים. בעזרת הטכנולוגיה הציקלית מקבלים החומרים הללו מבנה מולקולארי טבעתי, המצטיין בצמיגות התכה נמוכה, כמו מים, והם מסוגלים לעטוף בקלות את חומרי החיזוק הנלווים. לאחר מכן, בעזרת זרזים מסוימים, נוצרת ריאקציה פולימרית המשנה במהירות את הטבעות לשרשרות ארוכות, ומעניקה למולקולות חוזק גבוה. חלקי המבנה מרוכבים לרכב מפולימרים תרמופלסיים ציקליים, הינם חזקים במיוחד וקלים פי שלושה ממבנה פלדה ברכב.

פגושים סופגי חבטות

בדרישות החובה לרכב פרטי, מצוידת המכונית בפגושים קדמיים ואחוריים – לכל רוכבה.

ישנם פגושים אשר בשעת תאונה, ולו גם קלה יחסית – נשברים, בכדי לבלום את המכה. ישנם פגושים המצוידים בבוכנה – שבמהירות עד 9-7 קמ"ש – מצליחים לבלום את המכה, ומחזירים את הפגוש לצורתו הקודמת. וישנם פגושים חזקים המחוזקים למרכב.

עוד בשנות השישים של המאה הקודמת, הוחלט בארה"ב, שכל המכוניות המיובאות תהיינה בעלות פגושים בגובה אחיד. וכן הוצע מפרט מדויק לסוג החומר שממנו צריך להיות עשוי פגוש, ולצורת חיבורו לרכב.

הפגושים הטובים ביותר, משלבים פלדת אל-חלד מצופת כרום עם חומר תרמופלסטי מרוכב. השילוב מצטיין במשקלו הנמוך ובקשיחותו הגבוהה. הפגוש בנוי ללא תומך קדמי, ועמיד בקורוזיה ובמכות. עוד בשימוש פגושים יצוקים מפוליפרופיטן משוריין, בעלי עמידות גבוה. תאונה בין כלי רכב פרטי לבין משאית הינה חוויה מפוקפקת לכל הצדדים, בלשון המעטה. משאית הפוגעת בחזיתה ברכב פרטי הנמצא לפניה, עלולה לרמוס אותו בקלות, בין גלגליה, ולגרום לפצועים והרוגים רבים, והיינו עדים לאחרונה לתוצאות הטרגיות של תאונות כאלה.

הרכב הפרטי איננו מתוכנן לספוג פגיעת תאונה המתרחשת בגובה רב מהקרקע. פגיעה מעין זאת איננה מאפשרת ספיגה הדדית של אנרגיית התאונה ואף גורמת לפגיעה ישירה במשקופי הרכב הפרטי ובחלונותיו, וכתוצאה מכך לפגיעה מיידית בנוסעים.

הפגוש האחורי, שחלה חובה בהתקנתו בכל המשאיות, ושחסך עד היום אלפי פצועים והרוגים, פתר חלקית את הבעיה של רכב פרטי הנכנס בין גלגלי המשאית מאחור, תוך פגיעה של שמשת הרכב במרכב המשאית.

במקרה ההפוך, שבו המשאית פוגעת בחזיתה ברכב פרטי הנמצא לפניה, לא היה קיים עד היום תקן מחייב. כל יצרן היה יכול להתקין פגוש כראות עיניו, בחוזק ובמיקום הגיאומטרי שבו היה לו נוח למקם אותו.

בדומה לפגוש האחורי, הוצא תקן מחייב גם לפגושים קדמיים. וולבו הציגה מתקן, שמונע מהמשאית "לטפס" על מכונית פרטית בעת פגיעה חזיתית. המתקן מורכב ממוט מיוחד, שמותקן מתחת לפגוש הקדמי והודף למעשה את חלקה התחתון של המכונית הנמוכה, מבלי לאפשר לתא הנוסעים לגלוש אל מתחת למשאית.

הגנה על מיכל הדלק

מיכל הדלק וכן הצנרת המובילה דלק, בנויים בצורה המבטיחה עמידות בפני תנודות המנוע והרכב בכל תנאי הדרך. דרישות החובה מחייבות, כי חלקי מערכת אספקת הדלק לא יחלידו, יעמדו בפני השפעה כימית של הדלק, לא יהיו דליקים, יעמדו ברעידות, והחיבורים יבטיחו אטימות מוחלטת.

אם קיימת נזילה מהמיכל או מהצנרת בשעת מילוי, הדלק צריך לדלוף לקרקע, ואסור שיזרום על מערכת הפליטה. מיכל הדלק והאביזרים הקשורים בו, יהיו בנויים כך, שלא יקבלו מטען חשמלי סטטי.

בעיה בטיחותית ממדרגה ראשונה, היא התלקחות הבנזין כתוצאה מקצר חשמלי, או מהצתה שנגרמת מתאונה. עד לעת האחרונה, לאחר דליקה ראשונית חששו צוותי המחלצים להתקרב לרכב, מפחד פיצוץ מיכלי הדלק. מיכלי הדלק החדשים מחויבים, על פי תקן, לעמוד בפני פגיעות חיצוניות וחום.

יישום טכנולוגיות מודרניות, שפותחו עבור כלי טייס, הניבו פירות גם בכלי רכב. כיום, מיכל המכונית מוגן כהלכה, באמצעות אסבסט העמיד בפני אש. לתוך האסבסט הוכנס חומר מיוחד, הסופג עודפי דלק, ומונע סכנת פיצוץ, כתוצאה מהתאדות וכן מונע ריחות לוואי בלתי נעימים.

המצאה גרמנית הובילה לייצור מיכל דלק, המונע כל חשש לפיצוץ בהובלה ובאחסנה. הדבר נעשה בעזרת שכבות דקיקות של רשתות תלת ממדיות מיוחדות, העשויות סגסוגת אלומיניום, וממלאות את המיכל. חלוקת מיכל הדלק לתאים זעירים, גורמת לפיזור החום ולהורדתו. נפח הרשת מקטין את קיבול המיכל באחוז אחד בלבד, כשהרווח הוא: יעילות מיגון גבוהה במניעת התפוצצות (כתוצאה מדליקה הנובעת מקצר חשמלי, או מחדירת קליעים ורסיסים לוהטים). עמידות מיכל הדלק המצויד ברשת הינה עד 260 מעלות צלסיוס. לצורך השוואה יצוין, כי טמפרטורת ההצתה של הדלק היא 260 מעלות צלסיוס בלבד, וזו של הסולר 220 מעלות.

השפעות אווירודינאמיות

הכוחות האווירודינאמיים גורמים לגרר, לעילוי, לכוחות צד, למומנטים של גלגול ולרעש. אלה, מצידם משפיעים על ביצועי הרכב וצריכת הדלק. אם נניח שהרכב עומד והאוויר זורם, כמו במנהרת רוח, נוכל לראות שהאוויר נע בקווי זרימה. הלחץ הדינאמי נוצר על ידי המהירות היחסית, שהיא גודל קבוע עבור קווי הזרימה בקרבת הרכב.

בקרבת הרכב מתפלגים קווי הזרימה – חלקם לחלקו העליון של הרכב וחלקם לתחתיתו. באזור הקדמי של המנוע תנועת האוויר קעורה כלפי מעלה. במרחק מה מעל הרכב, קווי הזרימה ישרים והלחץ הסטטי שווה ללחץ הסביבה. כדי לאלץ את האוויר לזרום בצורתו הקעורה, חייב הלחץ הסטטי להיות גבוה מלחץ הסביבה באזור הקדמי של מכסה המנוע. הדבר גורם לירידת המהירות (חוק ברנולי).

מאידך, כאשר הזרימה מטפסת מעל למכסה המנוע, יורד הלחץ הסטטי מתחת ללחץ הסביבה ואז המהירות גדלה. בהנחה של העדר חיכוך, האוויר זורם מעל הרכב ומתחתיו בהמירו לחץ במהירות.

במקרה זה משתווה הלחץ על חלקו האחורי של הרכב ללחץ על חלקו הקדמי ולא נוצרים כוחות גרר. הגרר נקבע בחלקו מחיכוך האוויר בדפנות הרכב ובחלקו מהאופן שבו הוא משנה את מהלך הזרימה בצידו האחורי של הרכב.

מקדם הגרר

הגרר הינו הגדול והחשוב בין הכוחות האווירודינאמיים הפועלים על הרכב במהירויות נסיעה רגילות. הגרר הכולל על הרכב נגזר ממספר רב של מקורות, וניתן להשתמש בעזרים רבים כדי להפחית את השפעתם של גורמים מסוימים.

הגרר הקדמי מושפע מעיצוב הקצה הקדמי של הרכב ומזווית השמשה. בדרך כלל, צורת החלק הקדמי קובעת את האזור שעל פניו הלחץ הדינאמי פועל ליצירת גרר.

לזווית השמשה יש השפעה ישירה על הגרר. זוויות חדות מפחיתות את הגרר אבל מקשות על עיצוב הרכב. בזוויות שטוחות, מהירות האוויר תהיה גבוהה יותר אבל העומס האווירודינאמי על המגבים יעלה במקביל.

תחתית הרכב היא אזור קריטי מבחינת גרר. המתלים, מערכת הפליטה, ורכיבים בולטים אחרים גורמים לגרר. הזרימה באזור זה היא כמו במישור נע, כאשר המהירות על הכביש היא אפס, ובאזורי הרכיבים קיימת זרימה מושהה. השיטה להמעיט עד למינימום את הגרר היא לכסות את תחתית הרכב בפח ללא בליטות. הורדת תחתית הרכב והקטנת מערכות הגלגלים מפחיתה גם היא את הגרר הכולל של הגלגלים. מערכת הקירור מהווה גם היא מקור עיקרי לגרר. האוויר הנכנס דרך המצנן מאבד את רוב המומנטים שלו, בפוגעו בחלקים שונים של המנוע, לפני שהוא נפלט דרך הפתחים התחתונים של תא המנוע.

תכנון קפדני של מהלך הזרימה מסוגל להקטין את הגרר שנוצר.

הפחתת רעשים לשיפור בטיחות הנסיעה

נסיעה שלווה ורגועה היא גם בטיחותית יותר. משטחים אקוסטיים סופגי רעשים מסביב לכל תא הנוסעים, כולל רצפה אקוסטית למניעת רעידות, מסייעים להפחתת ובידוד רעשי המנוע ורעשים חיצוניים. פיתוחים שונים בוצעו כדי להשקיט את מקורות הרעש העיקריים: המנוע והמפלט, התמסורת, הצמיגים ופני הכביש, מבנה המרכב והאווירודינאמיות. לשם צמצום רעש המנוע הוצע לעטפו בעופרת ופיברגלס, להחליף את הצמיגים הרגילים לצמיגי מִרוץ, כדי למזער את הרעש בין הגומי לכביש, ולכסות את מרכב המכונית ביריעות העשויות מחומרים סופגי רעש.

ביטול רעשים

אחת התכונות הבולטות של חוש השמיעה היא שהנוסעים ברכב שומעים את רוב הרעשים בהתאם למגבלות האנושיות. כך לדוגמא, אם נפיק ממנוע קטן רעשים נמוכים ועמומים, כיאה למכונית ספורט חזקה, הרי שהנוסעים יחושו ברעש התאוצה וידמו שהרכב מאיץ מהר, ובמקרה זה הנוסעים יחוו מעין "נסיעה וירטואלית".

משימת התכנון האקוסטי מוטלת על מעבדות הרעש הממוחשבות, בהן יש תאי בדיקה "חסרי תהודה", הבנויים במבנה אקוסטי כאשר מכל עבר מקיפים אותו אמצעים שמיועדים לספוג את התהודה. לכך משתמשים באריגי פיברגלס סופגי אנרגיה בצורת טריזים.

ביטול התהודה

המצב האידיאלי הוא שלכל אחד מהמרכיבים תהיה תהודה בתדירות שונה, הווה אומר תהודה שלא תשתלב ביחד עם התהודה של המערכות האחרות. במידה ולא ניתן להגיע למצב כזה, אזי יש להפריד פיזית ככל האפשר בין המרכיבים הללו. חלק מהבעיה בנושא התהודה נעוץ בהקשחת השלדה. ככל שמקשיחים את מבנה הרכב כך גדלות התדירויות שבה החלקים רוטטים.

בכדי ליצור תהודה שונה לחלקים השונים, מתכנני הרכב צריכים לשנות את צורת הרכב או לשנות את רמת הקשיחות של חלקיו. המחשב הוא זה שמאפשר כיום הקשחה אופטימאלית של שלדת הרכב לפיתול ולכפיפה בשעת תאונה. הניתוח ההנדסי הממוחשב נעשה כיום בעזרת מחשבים מהירים ותוכנות מיוחדות שמאפשרות ליצור הדמּיָת נסיעה והדמּיָת תאונה, הדמיות שקרובות מאוד למציאות. מהנדסי הרכב שנעזרים בתוכנות הללו יכולים לבצע חיזוקים ושיפורים שונים כבר בעת התכנון, וזאת עד שמושגת התוצאה האופטימאלית.

שמשות בטיחותיות

אחוז היושבים במושב הקדמי, אשר נפגעו מרסיסי זכוכית, בעת תאונה, הינו עצום. לא מעטים המקרים, שבהם נקטעו אברים, כתוצאה מפגיעות הזכוכית. לאחר מחקר מקיף בסוגי זכוכיות משוריינות למיניהן, הגיעו לפיתוח של סוג זכוכית משוריינת, אשר היא גם מלוטשת היטב, לשם קבלת שדה ראיה טוב, ובעלת תכונה בטיחותית, שלאחר תאונה, היא לא נשברת לרסיסים, אלא מתקפלת סביב עצמה ונהפכת למעין גליל.

דרישות חובה:
שמשות כהות להקטנת העברת החום לרכב.
לא יהיו בחלונות שריטות, בועות או סדקים.
שמשה קדמית רבודה.
מפשיר אדים בשמשה אחורית.
מתיז מים לכל מגב שמשות.
מזרים אוויר קר וחם לשמשה קדמית.
שקיפות החלון הקדמי, לא תפחת מ-80% ושל חלונות הצד והחלון האחורי לא פחות מ-70%.

שמשה שאינה נשברת

פלסטיק הנתון בין שתי שכבות זכוכית – שומר על שלמות השמשה. גם בעת חבטה עזה עם פטיש – החלון מתנפץ אך אינו נשבר. שכבה פנימית מרחיקה את הרסיסים מיושבי הרכב. המטרה בפיתוח שמשה זו – למנוע גניבות מתוך הרכב על ידי ניפוץ השמשה, או את גניבת הרכב עצמו. גם במקרים של תאונה – חשוב שהשמשה תישאר במקומה ולא תגרום לפציעות מהשברים החדים.

השמשות החדישות והבטיחותיות מסננות את קרינת השמש ומונעות חדירת חום לתא הנוסעים.

חלונות צדדיים רב שכבתיים

חלונות צדדיים, בחלק מהדגמים האיכותיים, בנויים מזכוכית רב שכבתית, הכוללות שכבת polyvinyl בין שתי שכבות הזכוכית. שלוש שכבות אלה בעלות שקיפות שונה לרעש הן הסוד העיקרי לשיפור הבידוד האקוסטי, בייחוד לתדרים נמוכים. בעת נסיעה עירונית, הרעשים החיצוניים מושקטים באופן מיוחד. אִבזור זה מעניק בטחון נוסף כנגד פגיעות והגנה בפני פריצות.

מגבי שמשות ומתיזי מים

מגבי השמשות ומתיזי המים מבטיחים, ניקוי מתמיד של השמשה הקדמית – בעת גשם, ערפל ושלג – לראייה מספקת של הנהג ממושבו, בכל תנאי מזג אוויר.

מגבי השמשות מופעלים חשמלית, ואסור שקצב הניגוב יושפע מהעמסת, או סיבובי המנוע של הרכב.

תדירות הניגוב המזערית, לא תפחת מ-45 ניגובים לדקה, במנגנון בעל מהירות ניגוב אחת. כאשר קיימות מספר מהירויות – תנועת הלהב לא תפחת מ-3 שניות למחזור. שטח הניגוב יהיה לפחות 80% של שטח השמשה הקדמית – כך שזוויות הראיה המזעריות תהיינה – 10 למעלה, 5 מטה, 18 שמאלה ו-56 ימינה.

בחלק מהמכוניות החדישות, הוכנסו חיישני גשם. עם הופעת טיפות הגשם הראשונות החיישן מפעיל מיד את המגבים וסוגר אוטומטית את החלונות. החיישן מתאים את פעולתו בהתאם לעוצמת הגשם. המערכת מתייחסת למספר גדול של נתונים כדי להגדיר את מהירות הניגוב המתאימה ביותר.

כך, למשל, תדירות הניגוב תהיה שונה ביום ובלילה.

חלונות חשמל בטיחותיים

להפעלה בטיחותית של חלונות חשמליים ברכב, הוכנסה לאחרונה מערכת, המכונה בפי מפתחיה, חברת Bronze – anti-trao window one touch up ומיועדת למנוע את סגירת החלון על האצבעות. יתרונה העיקרי של המערכת הוא בכך שהנהג איננו צריך להביט אל החלונות בשעת סגירתן וזאת אם ילדים יושבים מאחור.

במידה וקיימת התנגדות לסגירת החלון של 10 ק"ג ויותר, יפתח החלון מעצמו. המערכת הופכת את כיוון תנועת החלון וכך נמנעת תפיסת האצבעות בעת סגירת החלון.

מנגנון חשמלי נוסף דואג למנוע עומס יתר על המנוע החשמלי, למניעת חימומו ושריפתו. למניעת הפעלת החלונות החשמליים, עקב תקלה חשמלית או בנסיעה מטלטלת במיוחד, פותח מנגנון בטיחותי יעיל ואמין גם כשמופיעים שינויים מהירים במתח החשמל.

לנוחות פתיחת וסגירת החלון, נדרש הנהג ללחיצה בודדת על המתג החשמלי, ולא ללחיצה הססנית לסירוגין, כפי שמוכר לנו היום.