Teknik Yazılar-1 Otomobillerde Kullanılan Çarpışma Kutuları

Trafikte milyonlarca otomobil ile birlikte ilerlemek beraberinde birçok riski ortaya çıkarmaktadır. Otomobil SAYISININ FAZLA olması doğal olarak trafik kazalarının da artmasına sebep olmaktadır. Bu durum otomobil üreten firmaların üzerinde durdukları en önemli unsurlardan birisi haline gelmiştir. Otomobillerde olası bir kaza durumunda gerek şoför gerekse yolcuların güvenliğini sağlayabilmek amacıyla çeşitli güvenlik sistemleri kullanılmaktadır. Bu güvenlik sistemleri aktif ve pasif güvenlik sistemleri şeklinde iki kısımda ele alınmaktadır. Aktif güvenlik sistemleri daha çok kazanın meydana gelme olasılığını düşürmek ve sürücünün kazadan kaçınmasına yardımcı olmak için bulunan donanımlardır (ABS, EPS, ASR vb). Pasif güvenlik sistemleri ise bir kaza meydana geldiğinde, otomobil içerisinde bulunanların kazadan en az seviyede etkilenmelerini sağlamak amacıyla kullanılan sistemlerdir (Emniyet kemerleri, hava yastıkları, araç şasisinin yapısı vs). Şekil 1’de örnekleri verilen otomobillerin ön ve arka kısmında bulunan çarpışma kutuları pasif güvenlik sistemi elemanlarından birisidir.

ma-1

Şekil 1. Otomobillerde kullanılan çarpışma kutuları

Çarpışma kutuları önden veya arkadan çarpmalı bir kaza durumunda darbeyi ilk olarak karşılayan, ortaya çıkan deformasyon enerjisini sönümleyerek otomobil içerisine mümkün olan en az seviyede iletilmesini sağlayan bağlantı elemanlarından birisidir. Otomobil üreticileri tarafından önemli bir referans olarak kabul edilen ve verileriyle uluslararası alanda geçerliliğe sahip olan US-NCAP ve EURO-NCAP (New Car Assesment Programme) yaptıkları bir çarpışma testi sonucunda oluşan enerjinin araç üzerindeki parçalara göre dağılımını belirlemiştir. Şekil 2’de görüldüğü gibi çarpışma kutuları bu enerjinin önemli bir kısmını üzerine alarak sönümlemektedir.

ma-2

Şekil 2 Önden ve arkadan çarpışmalı kazalarda enerji dağılımı

Çarpışma kutuları üstlenmiş oldukları görev bakımından otomobil üzerinde önemli bir yere sahiptir. Geçmişten günümüze çarpışma kutularının enerji sönümleme kapasitelerini arttırmaya yönelik çeşitli AR-GE çalışmaları yapılmaktadır. Bu çalışmalarda çarpışma kutularının et kalınlıkları, geometrik özellikleri ve kullanılan malzeme gibi değişken parametreler olarak kullanılmıştır. Son yıllarda enerji sönümleme kapasitelerinin yüksek olması ve hafiflik özelliklerinden dolayı metalik köpük malzemeler Şekil 3’de görüldüğü gibi çarpışma kutularının içerisine yerleştirilmektedir.

ma-3

Şekil 3. İçi boş ve alüminyum köpük ile dolu çarpışma kutuları

Metalik köpük malzemeler otomobil üzerinde bir miktar ağırlık artışına neden olsa bile çarpışma kutularının deformasyonları esnasında ortaya çıkan darbe enerjisinin neredeyse 4-5 kat artmasını sağlamaktadır. Şekil 4’te örnek olarak içi boş ve alüminyum köpük ile dolu çarpışma kutularının deformasyon sonucunda sönümledikleri enerji miktarının belirlenmesinde kullanılan yük-yer değiştirme grafiği verilmektedir.

ma-4

Şekil 4 İçi boş ve alüminyum köpük ile dolu çarpışma kutularına ait yük-yer değiştirme grafiği

Çarpışma kutularının sönümledikleri enerji miktarı yük-yer değiştirme grafiğinin altında kalan alanın integralinin alınmasıyla bulunmaktadır.

Bu üstün özelliklerinden dolayı içi metalik köpük dolu çarpışma kutularının ağırlıktaki artış göz ardı edilebilmektedir. Çarpışma kutularının enerji sönümleme kapasitelerini belirlemek amacıyla iki yöntem kullanılmaktadır. Bunlardan ilki deneysel yöntemler ikincisi ise bilgisayar ortamında yapılan simülasyonlardır. Her ne kadar bilgisayar ortamında yapılan simülasyonlar deneysel yöntemler kadar gerçekçi olmasa da doğru sonuca ulaşılma noktasında konusunda göz ardı edilmeyecek katkısı bulunmaktadır. Şekil 5’te içi alüminyum köpük ile doldurulmuş konik yapıdaki çarpışma kutularının uygulanan yük karşısında belirli sürelerdeki deformasyon görüntüleri verilmektedir.

ma-5Şekil 5. İçi alüminyum köpük dolu çarpışma kutularının analiz görüntüleri

Deneysel yöntemler kendi içerisinde ikiye ayrılmaktadır. Bunlardan birincisi yavaş basma (quasi-statik) testlerdir. Bu testler biri sabit diğeri hareketli iki plaka arasına konulmuş çarpışma kutularının preslenerek deformasyona uğratılması şeklinde gerçekleşmektedir. Deformasyon sonucunda çarpışma kutusunun sönümlediği enerji miktarı belirlenebilmektedir. Bir diğer test yöntemi ise dinamik olarak gerçekleştirilen testlerdir. Dinamik testler çarpışma kutularının üzerine bir kütle yukarıdan serbest düşme şeklinde bırakılmakta veya eksenel yönde çarptırılmaktadır. Böylelikle deformasyon sonucunda çarpışma kutusunun sönümlediği enerji miktarı belirlenmektedir. Dinamik testler yavaş basma testlerine göre çok daha zor gerçekleştirilen testler olmakla beraber gerçeğe daha yakın sonuçlar ortaya koymaktadır.

Bu doğrultuda otomobil içerisinde ki yolcuların olası bir kaza anında en az seviyede zarar görmesini sağlamak amacıyla kullanılan çarpışma kutularının enerji sönümleme kapasitelerinin arttırılmasına yönelik yapılan çalışmalar desteklenmeli ve önemini kaybetmeden devam etmelidir.

Dr. Murat ALTIN