Sõltub suuresti sellest, millest paremad on valmistatud ja kui hästi need materjalid suudavad vastu pidada löökidele, ilma et puruneks. Võtke näiteks polüpropüleen, üks tänapäevaseid termoplastikuid – see neelab kokkupõrkes tekkiva jõu umbes poole, kummardudes veidi külge ja seejärel tagasipõrkamise teel esialgsele kujule naastes, nagu viimaste uuringute tulemused näitavad. Selline paindlikkus annab nendele pehmematele materjalidele eelise võrreldes kõvade metallidega siis, kui autod puutuvad kokku aeglasemal kiirusel linnas. Mekaanikud teatavad, et remondivajadus on tervikuna vähenenud, mõned hinnangud viitavad isegi kuni 34 protsendi suurustele kulude kokkuhoiu võrreldes vanema terasest paremasüsteemiga, mis kalduvad kokkupõrkel kokku kuksuma või purunema.
Autotootjad prioriteetivad materjale, mis teisendavad kineetilise energia impakti ajal soojuseks või heliks. Hiljutised kokkupõrke simulatsioonid näitavad:
| Materjal | Impakti kiirus | Neeldunud energia | Püsiv deformatsioon |
|---|---|---|---|
| Alumiinium 2024-T86 | 30 km/h | 78% | ≈ 2,1 mm |
| Süsinikveeb | 40 km/h | 82% | ≈ 1,8 mm |
| TPO plast | 15 km/h | 63% | ≈ 4,7 mm |
Andmed kiirusest sõltuva mõju analüüsist (ScienceDirect, 2024) näitavad, et alumiiniumliigid konkureerivad nüüd karbongrafiidiga energia neelamisel keskmisel kiirusel, seab ohtu pikaajaliselt kehtinud materjalide hierarhia.
Polümeersetest materjalidest tagabumperid kaotavad viie aasta jooksul 12–18% oma impaktkindlusest UV-kiirguse põhjustatud molekulaarse lagunemise tõttu. Temperatuurikõikumised vahemikus -30°C kuni 80°C kiirendavad plastkomposiitides esinevat stressipõlist pragunemist kolm korda võrreldes stabiilsete keskkondadega. Tootjad kompenseerivad seda nanotehnoloogia lisanditega, mis vähendavad UV-degradatsiooni kiirust 41% (The European, 2024).
Linnabumperid kogevad aastas 7–11 väikest kokkupõrget (≈15 km/h), nõudes elastsed taastumisomadused, samas kui maanteekonstruktsioonid on suunatud kõrgekiirusega kokkupõrkeenergia haldamisele. 23 000 kindlustuskahju registri analüüs näitab:
Termoplastid (TPO) kasutatakse 72% juhtudel OEM-i tagumikukonstruktsioonides tasakaalustatud painduvuse ja energiaimendumise tõttu. 15–20% elastsete lisanditega segud võimaldavad tagumikel taluda 5–8 miili tunnis olevaid põrkeid ilma püsiva deformatsioonita – oluline linnas parkimisel. Uued koostised vähendavad UV-lagunemist 40% võrreldes 2020. aasta standarditega, lahendades ajaloolisi habrasuse muresid
Täiustatud polüpropüleenkomposiidid saavutavad 190% suurema tõmbekindluse võrreldes tavapäraste liitidega, samas säilitades paindlikkuse. Need materjalid hajutavad põrkejõud 23% tõhusamalt kontrollitud paindumise kaudu, nagu kinnitus- ja kokkupõrke-simulatsiooniuuringud on näidanud. Mitmekihilised konstruktsioonid ühendavad jäigad tuumad struktuursete toetuste jaoks välimise kihiga, mis on optimeeritud energia ümberjaotamiseks.
Kuigi teras vastab 45% kõrgematele maksimaalsetele koormustele, siis plastmass ületab igapäevaste näitajate poolest:
| Iseloomulik | Plastmassist löögiimid | Terasest löögiimid |
|---|---|---|
| Korrosioonirisk | Puudub (UV-stabiliseeritud) | Kõrge (sõltuvalt värvist) |
| Remondikulu | $150–$450 (asendamine) | $800–$2000 (remont) |
| Kasutuskell?"; | 7–10 aastat | 12–15 aastat |
| Kaalu mõju | 0,5% MPG vähenemine | 2,1% MPG vähenemine |
Modernsed plastist süsteemid vastavad terasele aluskiirusel kuni 8 miili tunnis ja võimaldavad 63% kiirema asendusaja.
Süsinikkiust tugevdatud polümeerid (CFRP) pakuvad 30–50% kaalu vähenemist võrreldes terasega, parandades sõiduki efektiivsust. Need komposiidid neelavad neljakordselt rohkem energiat ühikmassi kohta kui alumiinium madalatel kiirustel toimuvates põrgetes ( 2024. aasta autode komposiidide aruanne ), säilitades tugevuse korduvate koormustsüklite jooksul. Nende anisotroopne olemus võimaldab sihitud tugevuse saavutamist suunatud kiudude paigutusega ilma lisakaalu kasutamata.
| Materjal | Tihedus (g/cm³) | Lahutajõud (MPa) | Kulud kilogrammi kohta ($) |
|---|---|---|---|
| Teras | 7.8 | 420 | 0.80 |
| Pp plast | 0.9 | 35 | 2.20 |
| CFRP | 1.6 | 1,500 | 45.00 |
Andmed: International Journal of Automotive Composites, 2024
Süsinikkiust tugevdatud polümeer (CFRP) on kaalu suhtes umbes 5 kuni 10 korda tugevam kui materjalid nagu polüpropüleen või TPO. See tähendab, et CFRP-ga valmistatud tagumised löögikaitssed suudavad taluda 12 miili tunnis kiirusega kokkupõrkeid, kuid deformatsioon on umbes 40% väiksem kui teiste materjalide puhul, nagu eelmisel aastal ajakirjas Materials Science Today avaldatud uuring näitas. Materjali jäikusmoodul on ligikaudu 500 GPa, mis on tegelikult 12 korda kõvem kui tavapärased klaaskiud. Mida veelgi muljetavaldavam on, on süsinikkiu stabiilsus äärmuslike temperatuuride vahemikus, alates miinuse 40 kraadist Fahrenheiti skaalal kuni 200 kraadini. Elektriautodes, kus igat untsi loetakse, on see süsinikkiu eriti hea valik siis, kui disainerid vajavad midagi nii tugevat kui ka kergemat samaaegselt.
Hoolimata asjaolust, et süsinikkiu tugevdatud polümeerbumperid (CFRP) maksavad umbes kuus ja pool korda rohkem kui teras, hakkavad ettevõtted nagu Hyundai ja BMW neid siiski lisama oma kõrgeima klassi sõidukitesse, kuna igal 45-kilogrammisel kaalust vähendamisel on olevat ligikaudu 2,1% parem kütusekulu. Viimaste kiiresti kõvanevate smoltide arengute tõttu on õnnestunud tootmiskuludeid alates varasest 2022. aastast umbes kolmkümmend protsenti vähendada. Tulevikus usuvad enamik ekspertide hinnangul, et süsinikkiu jõuab alumiiniumiga võrdsete hindade piirkonda umbes 2028. aastaks, kui tootmisprotsessis automaatika täielikult levib. Ka mõned katsetused annavad lootust, sest teatud eksperimentides on juba õnnestunud valmistada täielikke bufferid vaid üheksakümmend sekundit.
Autotootjad integreerivad aina enam hübridkonstruktsioonidesse alumiiniumi, süsinikkiu ja tugevdatud plastmaterjale. 2023. aasta materjalide ülevaade leidis, et need süsteemid vähendavad kokkupõrkejõudu 30% võrreldes ühematerjaliste paisuga, kuna mõjuenergiat levitatakse strateegiliselt:
See lähenemine parandab kokkupõrkeomadusi, samal ajal kui paisu mass väheneb 18–22% (Belingardi et al., 2017). Topoloogiaoptimeerimise tarkvara juhib nüüd konstruktsiooni, kaardistades pinge punktid materjalitõhususe maksimeerimiseks.
Iga 10% vähenemine paisu kaalus parandab kütusekulu 2,1% võrra, nagu näitavad kokkupõrkeanalüüsi uuringud. Peamised uuendused hõlmavad:
Juhtivad tootjad valmistavad sub-8,0 kg tagumikuid nende meetodite abil, vastates nii vastupidavusnõuetele kui ka CAFE kütusekulusäästlikkuse nõuetele 2025. aasta mudelite jaoks.
Autotootjad valivad erinevaid teid, et muuta sõidukid nii vastupidavaks kui ka keskkonnasõbralikuks. Mõned ettevõtted on alustanud põllumajandusliku jäätmeainest saadud polümeeride kasutamist tavapärastes autodes, mis vähendab süsinikdioksiidi heitmist tootmisel umbes 30 protsenti, nagu nad väidavad. Teised kombineerivad taaskasutatavaid materjale erilise vahtkummiga veokite esisügavdites, et need suudaksid vastu pidada löökidele, purunemata, samal ajal aitades vähendada üldist jäätmete hulka. On ka täheldatav suundumus ehitada sügavitesse sensoorid otse sisse. Need nutikad sügavd aitavad parandada neid täiustatud juhiabi süsteeme, millest hiljuti palju räägitakse – tegelikult tähendab see, et materjalivalik pole enam seotud ainult tugevusega, vaid mängib ka rolli ka siis, kuidas iseliikuvad autod töötavad.
Autotööstus on nüüdseks tõesti liikunud jätkusuutlike sarvede materjalide poole. Autoplastsete sarvede turu raporti kohaselt 2024. aastast hinnatakse, et umbes 35% originaaltootjate disainidest sisaldavad 2025. aastaks taimepõhiseid polümeere ja teisi ringlussevõetavaid komposiitmaterjale. Võtke näiteks vetikatega tugevdatud polüpropüleen – see toimib mõju neelamisel sama hästi kui tavaplasma, kuid kasutab tootmisprotsessides umbes pooled vajaminevast veekogusest. Ja on veel midagi, mida mainimist väärib – suletud tsükli ringlussevõttesüsteemid on arenenud nii palju, et termoplastset sarvet saab tegelikult mitu korda uuesti töödelda kuni viis korda ilma konstruktiivse tugevuse kaotamiseta. See areng sobib täielikult kokku nii reguleerijate eesmärkidega kui ka tarbijate kasvavate ootustega oma sõidukite suhtes tänapäeval.
Uusim ribirihmide tehnoloogia muutub midagi palju rohkemaks kui lihtsalt plastkaanedeks autodele. Mõned prototüübid sisaldavad nüüd väikesi kapsleid, mis on täidetud eriliste materjalidega, mis suudavad vajadusel ise parandada väikseid sirutusi. Autotootjad lisavad ka LiDAR-süsteeme koos tavapäraste ultrahelianduritega, et paremini tuvastada takistusi udu- või vihmase ilmaga. Need parandused tunduvad suurendavat kokkupõrke tuvastamise täpsust umbes 40 protsenti paremaks halva ilma tingimustes, kuigi tundlike elektronikakomponentide korraliku töö säilitamine väga kuumas või külmades keskkondades paneb endiselt inseneridel peavalu. Uurijad on hakanud katsetama ka neid mälujulge metalli. Testides muutuvad nad tegelikult peaaegu kohe kõvemaks just enne kokkupõrget. Kui need toimivad oodustuspäraselt, võime linnasõidus, kus õnnetused tavaliselt kõige sagedamini juhtuvad, näha jalakäijate vigastuste arvu langemist ligikaudu veerandi võrra.
EN