כיצד מגנים פגושים על הרכב ועל הולכי הרגל בהתנגשויות- במהירות נמוכה? מהו עקרון ספיגת האנרגיה שלהם?

שימוש בגמישות כדי להתגבר על קשיות: סודות של הגנה כפולה וספיגת אנרגיה של לוחות חיץ בהתנגשויות במהירות-נמוכה
בתנועה היומיומית של כביש עירוני, נפוצות התנגשויות קטנות כמו גרידות לאחור והתנגשויות אחוריות במהירות נמוכה-. אנשים רבים חושבים בטעות על פגושים כ"עמידים לזעזועים", אבל הערך המרכזי שלהם טמון ב"הנחתה חכמה" -בתכנון מבני מדעי ובחירת חומרים המגנים על הגוף מפני נזק מבני תוך הפחתת הסיכון לפציעה של הולכי רגל. מאחורי ההגנה הכפולה הזו מסתתרת השליטה המדויקת של מכניקת ההתנגשות והיישום הגאוני של עקרון ספיגת האנרגיה בהנדסת רכב.

פונקציית ההגנה על פגוש המכונית סובבת תמיד סביב ההיגיון המרכזי של ``הימנעות מהמכות קשות ומתן ריפוד רך'', ויוצרת שני מימדים של הגנה על הגוף והגנה על הולכי רגל, הגנה על לולאות-סגורות.
עבור הגוף, המשימה העיקרית של הפגוש היא לבודד פגיעות במהירות-נמוכה ולמנוע נזק למבנה הליבה של הרכב. בתאונה טיפוסית במהירות נמוכה של 10-20 קמ"ש-, ההיגיון ה"קשה-" של פגושי פלדה קונבנציונליים נוטה להעביר את הפגיעה ישירות לשלדה, לקורות האורך או לפאנל האחורי, ולגרום לנזק מבני כגון עיוות דלת ושקעים בתא המטען שעלולים לעלות בקלות אלפי דולרים. עם זאת, פגושים מודרניים מרופדים למעשה על ידי מערכת שלוש-שכבות של הגנה על "ספיגת-מאגר-אנרגיה-: מעטפת הפלסטיק מפזרת את הכוח תחילה באמצעות דפורמציה קלה, המאגר האמצעי סופג את רוב האנרגיה ולבסוף, בולם האנרגיה שסופג האנרגיה מנחה את הרכב הנותר. בשלב זה, הקורה האורכית יכולה לשאת רק עומס קטן מאוד, המבנה הראשי בעצם אינו מושפע. לפי מוסך אחד, שיעור חלקי המרכב שניזוקו בהתנגשויות-במהירות נמוכה ירד מ-60% לפחות מ-10% אחוז עבור מכוניות עם פגושים מודרניים סופחי אנרגיה, כאשר עלויות התיקון הממוצעות צונחות ב-70%. חשוב מכך, העיצוב יכול למנוע עיוות של מבנה הגוף להשפיע על יציבות הרכב ולהפחית את סכנות הבטיחות הבאות במקור.

עבור הולכי רגל, פגושים הם קו ההגנה הראשון לבטיחות הגפיים התחתונות. כאשר הולכי רגל מתנגשים חזיתית-ברכב, הגפיים התחתונות שלהם באות לראשונה במגע עם הרכב, וכתוצאה מכך שכיחות גבוהה של קרע ברצועת הברך, שברים ברגל התחתונה ופציעות אחרות. פגושים מודרניים מתוכננים להיות בעלי שלוש תכונות עיקריות: ראשית, טיפול משטח רך עם כיסוי פלסטיק גמיש כדי למנוע ריכוז מתח מקומי עקב חומרים קשיחים מדי; שנית, עיצוב מותאם במיוחד המיישר את הצד התחתון של הפגוש עם מרכז רגלו התחתונה של הולך רגל כדי להפחית את הסיכון להתהפכות רגל; ושלישית, עיצוב רצועת מתח מתמשכת המונעת שינויי קשיחות פתאומיים במקומות כמו מגב או מודולים של מכ"ם כדי למנוע נזקים בעוצמה גבוהה. פגושים מתאימים חייבים להגביל את התארכות רצועות הברך ל-22 מ"מ ואת המומנט הדינמי של השוקיים ללא יותר מ-340 ננומטר, בהתאם לתקן הלאומי GB 24550-2024 Car Deusing Collision Protection. נתוני בדיקות בעולם האמיתי מראים שפגושים אופטימליים יכולים להפחית את ההסתברות של הולכי רגל לפציעות רגליים ביותר מ-37%.

הליבה של ספיגת אנרגיית הפגוש היא העברת אנרגיה קינטית של התנגשות לאנרגיה קינטית לא-הרסנית באמצעות עיוות חומר וקריסה מבנית, במקום ישירות לאובייקט המתנגש. ניתן לסכם את העיקרון הזה כאפקט כפול של "העצמה חומרית + סינרגיה מבנית".

בחירת החומרים היא הבסיס לספיגת האנרגיה. חומר חדש, המיוצג על ידי EPP (פוליפרופילן מורחב, מבטל לחלוטין את ההשקפה המסורתית שקשיות שווה בטיחות. חומר EPP מלא בבועות אוויר בודדות של תא, בקוטר של 0.1 עד 0.5 מילימטרים, כמו אינספור קפיצים מיניאטוריים. בעת הפגיעה, בועות האוויר נדחסות ומתעוותות כדי לספוג 70%-}ניתן לחזור אחורה עם הפגיעה ותחזוקה 80% מההשפעה. בהשוואה לפגושי פלדה קונבנציונליים (בעלי צפיפות של כ-7.8g/cm3) ופגושי פלסטיק פוליפרופילן קונבנציונליים, לפגושים של EPP יש צפיפות של 0.03-0.05g/cm3 בלבד, מה שמאפשר עיצוב קל משקל תוך הגדלת יעילות ספיגת האנרגיה מספר פעמים, בהתאם לפונקציית ה-EPP (Energy Materials Precipit שונה). קורות עשויות בעיקר מפלדה או מסגסוגת אלומיניום והן בעוצמה של 480MPa-980MPa כדי להבטיח תמיכה בסיסית בלוקים סופחי אנרגיה משתמשים בחומרים כמו קצף פוליאוריטן כדי לשפר עוד יותר את אפקט הריפוד.

עיצוב מבני הוא המפתח לספיגת אנרגיה, ומערכת הפגוש פיזור אנרגיה הדרגתי באמצעות תיאום רב-שכבתי. כל מערכת הפגוש מורכבת מארבעה חלקים: הפלטה החיצונית, שכבת הריפוד, קרן נגד-השפעה ובולם אנרגיה, היוצרים שרשרת מסודרת של בולמי אנרגיה. לאחר הפגיעה, הלוח החיצוני מתעוות תחילה בגמישות, ולאחר מכן מפזר את כוח הפגיעה. שכבת הריפוד (EPP או קצף) נדחסת, והופכת אנרגיה קינטית לאנרגיית אנרגית עיוות חומר. האלומה נגד-השפעה פועלת כגשר, התומכת בעיוות המלא של שכבת הריפוד, ומעבירה את כוח ההשפעה המפוזר לשרשרת היניקה. בנוסף, חיבור הבריח בין תיבת היניקה לקורות האורך נועד להקל על תחזוקה והחלפה לאחר פגיעה, תוך הימנעות מהעברת פגיעה מרוכזת של מבנים מרותכים.

מהימים הראשונים של פגושי פלדה קשיחים ועד למערכות "רכות אך חזקות" של ימינו, הפיתוח של פגושי רכב היא היסטוריה של מושגים מתפתחים של בטיחות רכב. זה מוכיח שבטיחות אמיתית אינה טמונה ב"אי-חבירה" אלא ב"שאיבה" -השילוב המושלם של מדעי החומרים והנדסת מבנים להגנה על כלי רכב והולכי רגל בהתנגשויות- במהירות נמוכה. עם החוק המחמיר של תקנות ההגנה על הולכי רגל והתקדמות טכנולוגיית החומרים, יעילות ספיגת האנרגיה ודיוק ההגנה של הפגוש ישתפרו ויהפכו לשומרים החשובים של בטיחות בדרכים עירוניות. מערכת ספיגת אנרגיה מתקדמת זו מספקת בדיוק סוג של הגנה שקטה ש"צריכה רק צביעה והתעסקות" לאחר תאונה קלה בנהיגה יומיומית.