Mercedes je prvým výrobcom, ktorý röntgenoval nárazové skúšky17. Marec 2024

Technická senzácia sa začína veľmi hlasným nárazom. Do oranžového sedanu Mercedes-Benz C narazí rýchlosťou 60 km/h zariadenie s nárazovou bariérou a naplno zasiahne bočnú časť vozidla. Nárazové skúšky sú vždy niečím výnimočným, a to aj pre odborníkov. Avšak to, čo je na týchto bočných nárazových skúškach skutočne pôsobivé, sa nachádza v konštrukcii na strope haly nad vozidlom: lineárny urýchľovač slúžiaci ako zdroj röntgenového žiarenia. Výrobca luxusných, športových automobilov Mercedes-Benz v spolupráci s Fraunhoferovým inštitútom pre vysokorýchlostnú dynamiku, teda Inštitútom Ernsta Macha (EMI) vo Freiburgu, uskutočnil celosvetovo prvú röntgenovú nárazovú skúšku s reálnym osobným vozidlom. Vo vozidle na strane nárazu vľavo boli dve figuríny modelu SID IIs. Ide o skúšobné modely so ženskou anatómiou, ktoré boli navrhnuté špeciálne na bočné nárazové skúšky.

Táto technologická demonštrácia (proof of concept) vo výskumnom zariadení EMI pre nárazové skúšky neďaleko Freiburgu ukázala, že vysokodynamické vnútorné deformačné procesy možno vizualizovať prostredníctvom vysokorýchlostnej röntgenovej technológie. Doteraz neviditeľné deformácie a presný priebeh týchto deformácií sa tak stávajú viditeľnými. Množstvo snímok s vysokým rozlíšením umožňuje vykonať presnú analýzu.

„Röntgenová nárazová skúška od spoločnosti Mercedes-Benz predstavuje míľnik vo vývoji nástrojov budúcnosti.
Vďaka priamemu pohľadu do skrytých vnútorných štruktúr môže pomôcť dospieť k dôležitým záverom potrebným na ďalšie zvyšovanie bezpečnosti vozidiel. Mercedes-Benz tak potvrdzuje svoju úlohu priekopníka v oblasti bezpečnosti v automobilovom priemysle.“ Markus Schäfer, člen predstavenstva spoločnosti Mercedes-Benz Group AG, technický riaditeľ.

„Prostredníctvom úspešných röntgenových nárazových skúšok získavame cenné poznatky umožňujúce ďalšiu optimalizáciu našej technológie na zachytávanie doposiaľ nedostupných informácií. Fraunhoferov inštitút EMI tak dôsledne pokračuje vo svojej stratégii vizualizácie dynamických procesov prostredníctvom využívania vysokorýchlostných röntgenových snímok.“ Dr. Malte Kurfiß, vedúci centra nárazových skúšok, Fraunhoferov inštitút EMI

„Celosvetovo prvé röntgenové nárazové skúšky ukazujú, že s pomocou röntgenovej technológie možno získavať nové objasňujúce poznatky. Dozvedáme sa, čo sa počas nehody deje vo vnútri vozidla, ako aj s figurínami. Röntgenové snímky ponúkajú aj šancu na ďalšie zvýšenie kvality modelov digitálnych prototypov.“ Prof. Dr. Paul Dick, riaditeľ pre bezpečnosť vozidiel, Mercedes-Benz AG.

Divízia bezpečnosti luxusných, športových automobilov Mercedes-Benz spolu s kolegami z inštitútu EMI už viac rokov skúmajú využitie röntgenovej technológie pri nárazových skúškach. Rozhodujúcim faktorom na dosiahnutie prelomu bolo použitie lineárneho urýchľovača s jednokilohertzovou technológiou ako zdroja žiarenia. Zariadenie je oveľa výkonnejšie ako röntgenové záblesky, ktoré sa pri experimentoch využívali predtým: energia fotónov z lineárneho urýchľovača predstavuje až deväť megaelektrónvoltov. To znamená, že röntgenovať možno všetky materiály, ktoré sa bežne používajú pri konštrukcii vozidiel. Röntgenový impulz trvá len niekoľko mikrosekúnd. Pri nárazových skúškach to umožňuje získať záznamy deformačných procesov, ktoré nie sú rozmazané v dôsledku pohybu. Lineárny urýchľovač okrem toho generuje kontinuálny tok týchto röntgenových impulzov. Vďaka tomu možno získať až 1 000 snímok za sekundu. To je približne 1 000-krát viac ako pri bežných röntgenovacích postupoch.

Počas nárazových skúšok lúče zhora presvecujú karosériu aj prípadné figuríny. Detektor röntgenového žiarenia je umiestnený pod skúšobným vozidlom. V röntgenovom systéme slúži ako digitálny prijímač obrazu: keď žiarenie dopadne na detektor, generuje sa elektrický signál. Intenzita tohto signálu závisí od toho, do akej miery bolo žiarenie predtým absorbované vozidlom a štruktúrou figurín. To ovplyvňuje neskôr viditeľnú hodnotu sivej – podobne ako pri röntgenovej kontrole batožiny na letisku alebo v prípade príslušných snímok u lekára.

Počas samotného času dopadu, ktorý trvá jednu desatinu sekundy, röntgenový systém nasníma približne 100 statických snímok. Ich spojením do videa vznikne veľmi zaujímavý pohľad na to, čo sa počas nárazových skúšok deje vo vnútri bezpečnostne významných konštrukčných dielov, ako aj v tele figuríny. Takto možno veľmi podrobne sledovať, ako sa stláča hrudník figuríny alebo ako sa deformuje niektorý konštrukčný diel. A čo je dôležité na ceste od výskumu k priemyselnému využitiu: röntgenové nárazové skúšky neovplyvňujú žiadne iné analytické nástroje. To znamená, že nie je rušené ani zaznamenávanie interiérovými kamerami testovaného vozidla.

Odborníci inštitútu EMI vypracovali komplexnú koncepciu ochrany pred žiarením počas röntgenových nárazových skúšok. Na monitorovanie miery vystavenia zamestnancov žiareniu sa používajú dozimetre. Prevádzku zariadenia v súlade so zákonnými predpismi schválili štátne orgány. K prepracovaným opatreniam fyzickej ochrany patrí prídavná, 40 cm hrubá betónová stena okolo celej budovy, ako aj dvere na ochranu pred žiarením s hmotnosťou približne 45 ton.

Prvá nárazová skúška v histórii značky Mercedes-Benz sa konala 10. septembra 1959 – na voľnej ploche v susedstve závodu v Sindelfingene. Skúšobné vozidlo bolo čelne navedené na pevnú prekážku. Výskum bezpečnosti značky tak vstúpil do novej éry. Lebo na základe skúšobných vozidiel a skúšobných figurín možno teraz realisticky skúmať správanie vozidiel a cestujúcich pri automobilových nehodách. Nárazové skúšky spolu s analýzami koncernom organizovaného výskumu zameraného na nehodovosť tvoria základ bezpečnostnej filozofie s názvom Real-Life Safety (Bezpečnosť v reálnom živote).

V technologickom stredisku pre bezpečnosť vozidiel v Sindelfingene výrobca vozidiel Mercedes-Benz každý rok uskutočňuje približne 900 nárazových skúšok a asi 1 700 skúšok s použitím saní. Pri tejto simulácii nárazov dochádza k zrýchleniu a spomaleniu testovacích saní. Na saniach je upevnené skúšobné teleso (holá karoséria alebo skúšobný podstavec), ktoré je vystavované zaťaženiam ako pri reálnom náraze vozidla. Skúšky s použitím saní umožňujú nedeštruktívne testovanie jednotlivých komponentov, najmä záchytných systémov, napríklad bezpečnostných pásov.

A fakt, že bezpečnosť vozidiel značky Mercedes-Benz nie je otázkou pohonu, sa ukázal pri celosvetovo prvej verejnej nárazovej skúške dvoch plnoelektrických vozidiel na jeseň 2023. Luxusné, športové autá Mercedes-Benz EQA a EQS SUV sa čelne zrazili v rámci reálneho scenára nehody, pri ktorom každé z vozidiel išlo rýchlosťou 56 km/h a náraz sa uskutočnil s 50-percentným vzájomným prekrytím. Pokus potvrdil vysokú úroveň ochrany cestujúcich: bezpečnostné bunky priestoru pre cestujúcich aj vysokovoltové akumulátory obidvoch vozidiel zostali v súlade s očakávaním nepoškodené, dvere sa dali otvoriť a vysokovoltové elektrické systémy sa automaticky vypli.

Fraunhoferov inštitút EMI sa špecializuje na experimenty a simulácie v oblasti fyziky, technických vied a informatiky rýchlych procesov. Jeho cieľom je hľadať riešenia pre priemyselné aplikácie so zameraním na spoľahlivosť, bezpečnosť, odolnosť, efektívnosť a trvalú udržateľnosť.

Fraunhoferov inštitút EMI sa zaoberá javmi, ktoré súvisia s nárazmi a rázovými vlnami v rôznych materiáloch. Inštitút pritom využíva komplexný prístup, analyzuje a optimalizuje celú škálu materiálov a mikroštruktúr až po komplexné štruktúry. Aplikácie siahajú od materiálov cez konštrukčné diely, automobily, lietadlá, satelity, budovy, mestské systémy až po infraštruktúrne siete.

Fraunhoferova spoločnosť je vedúcou organizáciou aplikovaného výskumu v Európe. Pod jej hlavičkou pracuje 76 ústavov a výskumných zariadení na celom území Nemecka. Viac ako 30 000 zamestnancov generuje ročný objem výskumu vo výške viac ako 2,9 miliardy eur.