Čím víc airbagů, tím bezpečnější? Důležitější jsou jiné věci…

Pasivní bezpečnost vozidla má za úkol chránit jeho posádku v případě, že dojde k nejhoršímu. Naopak aktivní bezpečností rozumíme soubor technických řešení, která mají pomoci nehodám předcházet. Mezi prvky pasivní bezpečnosti tak řadíme bezpečnostní pásy, airbag, nárazníky a také strukturu karoserie vozidla. Právě posledně jmenovaný prvek prošel za desetiletí obrovským vývojem. V praxi jde při posuzování pasivní bezpečnosti vozidla o to nejdůležitější. Ano, airbagy či bezpečnostní pásy výrazně snižují riziko zranění pasažérů při nehodě. Jenže pokud by se nacházely v autě s nevhodně navrženou karoserií, nebyly by posádce vozidla takřka nic platné.

Ani tvrdá ani měkká

Jenže, co znamená nevhodně navržená karoserie z hlediska pasivní bezpečnosti? Pokud by byla jeho přední část příliš tvrdá, docházelo by už při malém nárazu vozidla ke zpoždění, které by překračovalo biomechanické hodnoty zatížení člověka. Pokud ale bude karoserie naopak příliš měkká, budou hodnoty zpoždění sice nízké, jenže na úkor zachování prostoru pro přežití posádky. Prostě by se taková karoserie zbortila jak domeček z karet. Posádka by sice nezahynula na následky velkého přetížení (zpoždění, záporného zrychlení), ale z důvodu zmenšení kabiny nad přípustnou mez.

Airbag a Volvo již dvacet let spolu

První karoserie, u nichž návrháři řešili také hledisko bezpečnosti, se objevily na přelomu 60. a 70. let. Od té doby je jejich princip pořád stejný. A sice měkčí přední a zadní část, které obklopují tuhou střední část. Žádné přelomové řešení se na tomto poli od té doby neobjevilo. Automobilky tak při zvyšování pasivní bezpečnosti svých aut jdou cestou evoluce původní myšlenky návrhu bezpečné karoserie.

Velké auto je přece bezpečné

Řada motoristů je dodnes přesvědčena, že větší auto zajistí vyšší úroveň bezpečnosti. Ve skutečnosti to závisí na celé řadě okolností. Ano, pokud vedle sebe srovnáte dva modely, vyráběné souběžně a představené jen v krátké době po sobě, tak skutečně bude větší auto bezpečnější. Skutečně, Opel Insignia je z pohledu pasivní bezpečnosti určitě lepší než stejně stará Corsa. Byť i ta má v testech Euro NCAP pět hvězdiček za čelní a boční náraz.

Pokud ale srovnáte současnou corsu třeba s Omegou B z roku 1994, bude corsa vykazovat při stejném nárazu mnohem lepší výsledky. Omega B byla v době vzniku bezpečným autem, když obdržela 3 hvězdičky v Euro NCAP. Jenže od té doby technika pokročila. Ještě daleko horší by byla první generace Omegy s přídomkem A. V roce 1986, kdy se toto auto představilo, platily úplně jiné normy. Ty byly v zásadě stejné jako o dekádu před tím. Tedy čelní náraz celou přídí rychlostí 48 km/h na pevnou bariéru. Stačilo rychlost zvýšit na 56 km/h a poslat auto „na zeď“ jen polovinou přídě a výsledek byl otřesný. V roce 1990 udělal takový test jistý německý magazín, když vzal osm velkých vozů a uskutečnil s nimi zmíněný crash test. Rozdíly byly propastné. Zatímco třeba v takovém Mercedesu W124 či BMW řady 5 E34 byla kabina po nárazu téměř neporušená, skončila palubní deska Fiatu Croma či první Hondy Legend s trochou nadsázky na zadních sedadlech. Veskrze dobře dopadlo ještě Volvo 760 a také Nissan Maxima. Naopak Renault 25 a Opel Omega dopadly špatně. A to šlo o zcela nová auta nezasažená korozí…

Když mluvíme o velikosti vozidel v souvislosti s ochranou posádky při nárazu, pak asi lze souhlasit s tím, že vozy SUV budou při střetu s jiným takto starým, ale nízkým autem, ve výhodě. Jiné to však je, pokud takové auto narazí třeba do stromu. Tam mohou být dokonce v nevýhodě. Proč? Protože důležitou roli hraje hmotnost vozidla, jíž je přímo úměrná kinetická energie auta, která se při nárazu mění na práci, a ta deformuje karoserii. Tady může být lehčí auto ve výhodě, tedy za předpokladu, že má stejně vyřešenou strukturu karoserie.

Výztuhy zvyšují pevnost, ale i hmotnost

Jak ale udělat karoserii bezpečnější? Proč byly třeba Mercedesy v 80. letech při nárazu lepší než auta jiných značek? Právě vozy Mercedes-Benz dokázaly zvládnout výše zmíněný čelní přesazený nárazový test rychlostí 56 km/h už od dob třídy S W126. Jedním z důvodů bylo, že tento vůz využíval ocel o vyšší pevnosti na vybrané nosné struktury karoserie. Druhým, co rozhodlo, se stalo řešení přední deformační zóny s takzvanými vidlicovými podélníky v motorovém prostoru. Právě podélník v motoru je nejdůležitější částí deformační zóny přídě. Pokud se však jeho pružná část vyčerpá, dochází ke značnému silovému zatížení místa, které následuje za ním v karoserii. Tedy zpravidla podlahy. Vidlicové nosníky starých mercedesů byly na svém konci řešeny tak, aby energii nárazu rozkládaly do tří směrů – do středového tunelu, do podlahy a bočnice. Díky tomu byly vozy Mercedes-Benz výrazně bezpečnější, aniž by se tím nadměrně zvyšovala jejich hmotnost.

Automobilová prvenství: Kdo měl první airbag? Kdy se objevilo ABS? Nebo xenony?

Jiné značky se naopak vydaly cestou dodatečného zesílení střední části karoserie. Třeba vzpomínané BMW řady 5 E34 má přední část poměrně jednoduše řešenou, tvořenou skříňovým nosníkem o značném průměru. Střední část byla ovšem na poměry doby extrémně tuhá. Problém je, že tato BMW byla z toho důvodu také velice těžká, když vážila o 150 až 200 kg více než srovnatelné Mercedesy W124.

Materiál i tvar

Moderní auta sice možná na první pohled vypadají podobně, avšak pod povrchem je celá řada věcí jinak. K velkému pokroku došlo na poli materiálů. Skelet moderních vozidel je tak vyrobený z různých druhů oceli. Třeba VW Golf šesté generace využívá na svém skeletu pět druhů oceli. Měřítkem tuhosti je modul pružnosti v tahu, někdy také nazývaný Youngův modul. Jednotkou je megapascal (MPa).

Nejměkčí ocel použitá na skeletu zmíněného Golfu šesté generace tak může mít modul pružnosti v tahu pouhých 140 MPa. Naopak ta nejtužší se vyznačuje modulem pružnosti v tahu o velikosti přes 1000 MPa, je tedy téměř desetinásobně tužší. Použita je například na příčník pod předním nárazníkem či sloupky A a B, případně střešní oblouky. Z pevné oceli jsou však i hlavní podélníky v motorovém prostoru. V tomto případě má ocel modul pružnosti v tahu hodnotu od 340 do 700 MPa. U nejmodernějších vozidel mohou být navíc hlavní podélníky v motorovém prostoru složeny ze dvou různých ocelí o různé tuhosti.

Moderní auta se vyznačují vícestupňovou deformační zónou přídě. Na samém začátku je ochrana chodců, následuje část, která má posádku chránit při nárazu malými rychlostmi. Další v řadě je takzvaná kompatibilita na malé síly, tedy ochranná zóna pro nižší nárazovou rychlost, řekněme do 50 km/h. Největší délka deformační zóny (přes 250 mm) zahrnuje vlastní ochranu. Za ní již následuje prostor pro přežití. Uvedené odstupňování se liší nejen délkou, ale také deformační silou, která je potřebná k tomu, aby daná část deformační zóny začala měnit svůj tvar. Největší deformační síly přirozeně vyžaduje část prostor pro přežití. V ideálním případě by k deformaci této části dojít vůbec nemělo. Tady samozřejmě záleží na rychlosti nárazu, s jehož druhou mocninou roste kinetická energie. V praxi tak stačí jen malé zvýšení nárazové rychlosti, aby se kinetická energie výrazně zvýšila. Při zvýšení nárazové rychlosti třeba jen o 5 km/h vzroste kinetická energie dvaceti pětinásobně!

Svoji roli při maření nárazové energie deformační zónou hraje také tvar přední části vozidla. Aby se co nejúčinněji využila dráha podélníků v motorovém prostoru, přesněji jejich části určené k deformaci, je třeba je opatřit vhodnými prolisy, které určují jejich deformaci při zatížení. Nejúčinněji se kinetická energie podélníkem pohltí, pokud se deformuje do tvaru harmoniky.

Samostatnou kapitolu představuje náraz do boku vozidla. Tady je největší problém nedostatek prostoru na deformační zónu, která zde tudíž nemůže být uplatněna. To pak záleží na tuhosti a také na tom, jak výztuhy dokážou náraz rozložit do dalších celků karoserie. Jde zejména o sloupky a střechu. Aby nedošlo k prolomení dveří, jsou ty u některých aut osazeny čepy, které zapadnou do prohlubně ve sloupku B. Svoji roli mají rovněž metody svařování, kdy se používá třeba vyšší svařovací teplota než dříve. Ta umožňuje lépe spojit ocel, či přesněji propojit její krystalovou mříž.

Celá problematika bezpečné karoserie vozidla je ale mimořádně složitá. Skelet musí být tuhý, ale současně nesmí karoserie mít příliš velkou hmotnost. Také nesmí být zvolené řešení příliš drahé, jak už to tak bývá…