Високошвидкісний рентген для автомобільних краш-тестів здивував навіть керівництво Mercedes-Benz

Зробити транспортні засоби ще безпечнішими – один з головних пріоритетів розробників автомобілів. На шляху до Vision Zero, тобто мети звести до нуля кількість смертей і серйозних травм на дорогах, акцент все більше зміщується на запобігання аваріям. Але дослідження в галузі пасивної безпеки також не припиняються.

Технологія високошвидкісного рентгенівського випромінювання від «Фраунгоферівського інституту високошвидкісної динаміки, Інституту Ернста Маха, EMI» має стати ключем до ще більшого успіху. Це дозволить отримати значно детальніші результати краш-тестів, оскільки: досі було неможливо зазирнути всередину. Класичні високошвидкісні камери можуть бачити лише те, що дозволяє кузов. Шторки подушок безпеки, дверні панелі або кришки часто блокують огляд важливих деталей.

Зазирнути всередину

“Подальші аналізи мають лише обмежену допомогу – компоненти знову розслабляються одразу після аварії або можуть бути змінені під час транспортування”, – пояснює Мальте Курфіс, керівник Краш-центру ім. Фраунгофера. Тому на деякі питання експерти знаходять відповіді лише з непрямими підказками.

Фраунгофер ЕМІ у Фрайбурзі розробив систему, яка дозволяє отримати рентгенівський знімок за частки секунди, так званий метод X-CC (X-ray Car Crash – рентген автокатастрофи). “Коли ви робите рентгенівський знімок у лікаря, вони завжди кажуть “будь ласка, не рухайтесь”, але це не працює під час краш-тесту, – каже Курфіс. Тому рентгенівський апарат мав стати швидшим: система з Фрайбурга робить 1000 знімків за секунду.

У 60 разів більше енергії, ніж у медичного рентгенівського апарата

Джерело рентгенівського випромінювання вагою близько двох тонн, розміром з морозильну камеру, було розроблено спільно з партнером. Лінійний прискорювач (Linac) з однокілогерцовою технологією генерує рентгенівські промені з енергією фотонів до дев’яти мегаелектронвольт (МеВ) – приблизно в 60 разів більше енергії, ніж медичний рентгенівський апарат. Це єдиний спосіб рентгенографії несучих конструкцій автомобіля.

В купі з детектором великої площі, вагою близько однієї тонни і розміром з холодильник, це – супер-рентгенівський пристрій, який може візуалізувати те, що відбувається всередині транспортного засобу в процесі аварії.

Наріз в єдиному екземплярі 

Таким чином, дослідники можуть спостерігати за тим, як відбуваються пружні та пластичні деформації, практично наживо. Структури, які пружинять після аварії, в іншому випадку не залишають жодних слідів. За допомогою спеціальних маркерів рентгенівську технологію можна навіть використовувати для запису та відстеження траєкторій руху невидимих частин.

Поки що високошвидкісний рентгенівський пристрій є одиничним. Компанія Fraunhofer EMI майже десять років досліджувала потенціал рентгенівської діагностики в краш-тестах за допомогою технології рентгенівських автомобільних аварій, а на початку 2024 року відбулася перша демонстрація технології, в ході якої було зафіксовано бокове зіткнення з автомобілем Mercedes C-Class.

Йде підготовка до виробництва

Технічний директор Mercedes Маркус Шефер говорив тоді про “важливу віху в розробці інструментів майбутнього”. За словами головного розробника, рентгенівський краш-тест може допомогти зробити важливі висновки для подальшого підвищення безпеки транспортних засобів, надаючи прямий доступ до прихованих компонентів.

На конференції з краш-тестів на манекенах експерти вперше публічно продемонстрували створення такого рентгенівського зображення. Інститут все ще працює над підготовкою системи до серійного виробництва.

Підтримка розробки акумуляторів

Однак для дослідників не є нормою рентгенівське дослідження цілого автомобіля, як в останньому експерименті. “Часто аналізуються окремі компоненти, особливо в галузі розробки акумуляторів, – каже Курфіс.

Наприклад, у разі пожежі акумулятора, тепловий викид в батареях відбувається надзвичайно швидко і до цього часу був невидимим. Завдяки високодинамічному рентгенівському процесу та навмисному пошкодженню акумуляторів тепер можна задокументувати, як утворюється газ, розриваються сепаратори або розвивається коротке замикання. Ці дані на вагу золота для розробників, які хочуть вдосконалити механізми безпеки.

Рентгенівські промені заощаджують час і гроші

“Ми не підвищуємо безпеку самі, а підтримуємо галузь у здобутті нових знань”, – підкреслює Курфіс. Знання, які в кінцевому підсумку можуть не лише сприяти досягненню Vision Zero, але й заощадити час і гроші.

Кожен прототип, який доводиться створювати виробнику, коштує дорого, а кожен цикл ітерації (повторення) затримує початок серійного виробництва. Рентгенівські знімки зменшують кількість необхідної роботи: відхилення між моделюванням і реальністю можна виявити швидше.

“Рентгенівські знімки також дають можливість ще більше поліпшити якість моделей цифрових прототипів”, – пояснив Пол Дік, директор з безпеки транспортних засобів Mercedes, під час презентації C-Class Crash 2024.

Спрощене усунення несправностей

“Іноді розробники стикаються з проблемою, що кінцевий стан після аварії не відповідає точно тому, що було спрогнозовано. З’ясувати, коли щось “пішло не так” за долі секунди удару, часто схоже на пошук голки в копиці сіна”, – каже експерт.

Курфіс розповідає історію клієнта, який витратив місяці на дослідження причини, чому під час краш-тесту від’єдналася деталь в салоні. Рішення нарешті прийшло у вигляді рентгенівського знімка іншої аварії – всього лише одного зображення.