Crashtest, czyli kraksa kontrolowana

W 2009 r. amerykańska organizacja Insurance Institute for Highway Safety (IIHS), czyli Ubezpieczeniowy Instytut Bezpieczeństwa Drogowego, przeprowadziła test, w którym zderzyła ze sobą dwa auta: Chevroleta Bel Air z 1959 r. i nowiutkiego Chevroleta Malibu. Siedem lat później zorganizowano podobny eksperyment, ale tym razem w rolach głównych wystąpiły Nissan Versa z 2016 r. i Nissan Tsuru, który, chociaż wyjechał z fabryki ledwo rok wcześniej, był jednak konstrukcją przestarzałą, sięgającą korzeniami początku lat 90. Produkowano go jedynie w Meksyku i tylko dlatego, że był bardzo tani i wciąż znajdował nabywców, głównie wśród taksówkarzy.

Filmy nakręcone podczas obu testów można nadal obejrzeć w Internecie i warto to zrobić, bo wrażenie jest naprawdę mocne. Brak stref zgniotu, usztywnień karoserii, poduszek powietrznych i innych standardowych dzisiaj rozwiązań podnoszących bezpieczeństwo kierowcy i pasażerów samochodu sprawiły, że zarówno piękny "skrzydla" z lat 50., jak i mało urodziwy Tsuru, zostały wręcz zmasakrowane przez nowe auta.

Gdyby takie kraksy przydarzyły się na prawdziwej drodze a nie w laboratoriom, a zamiast manekinów za kierownicami tych pojazdów siedzieli prawdziwi ludzie, raczej nie obeszłoby się bez ofiar śmiertelnych.Wspominam o tych dwóch pokazowych crashtestach, ponieważ świetnie pokazują jak wiele zmieniło się w dziedzinie bezpieczeństwa w ciągu kilku ostatnich dekad. W dużym stopniu jest to zasługa testów zderzeniowych przeprowadzanych przez niezależne organizacje i samych producentów samochodów.

Od urwiska do laboratorium

U zarania motoryzacji za bezpieczne uznawano auto, które było mało awaryjne i nie rozpadało się podczas jazdy po ulicy lub torze. Nikt nie wnikał, czy struktura nadwozia ma jakiś wpływ na zachowanie się pojazdu podczas wypadku i na ochronę życia i zdrowia pasażerów. Dopiero w latach 30. XX w. inżynierowie zrozumieli, że jest to bardzo istotny czynnik, który powinni brać pod uwagę podczas projektowania, i że konieczne są testy, które sprawdzą wytrzymałość konstrukcji. Pierwsze crashtesty, polegające na zderzeniu samochodu z cementową barierą i próbie dachowania przeprowadził koncern General Motors w swoim eksperymentalnym ośrodku Michigan Proving Ground w 1934 r.

Stosowano bardzo proste rozwiązania: kierowca rozpędzał auto do prędkości około 50 km/h i w ostatniej chwili, tuż przed uderzeniem w barierę, wyskakiwał z niego. Odporność na dachowanie sprawdzano m.in. zrzucając auto ze stromego stoku. Bezpieczny znaczył wtedy tyle co solidny, więc za najlepsze uznawano auta, które z takich zaplanowanych wypadków wychodziły najmniej uszkodzone. Początkowo nie zaprzątano sobie głowy przeciążeniami, które były bardzo duże nawet przy niewielkich prędkościach, ponieważ samochody konstruowano na ramie i siła uderzenia niemal bez żadnych strat była przenoszona na pasażerów.

Pod koniec lat 30. naukowcy zaczęli badać, co dzieje się z ludzkim ciałem podczas gwałtownego uderzenia, takiego jak wypadek przy dużej prędkości. Pierwsze próby budziły spore zastrzeżenia moralne i etyczne, ponieważ używano w nich żywych zwierząt lub ludzkich zwłok.

Zdarzali się także szaleni badacze, którzy próbowali przeprowadzać testy na samych sobie.

Dopiero w latach 40. XX w. opracowano fanto

m do testów zderzeniowych zwany odtąd potocznie "crash test dummie".

Pierwszy znany manekin nazywał się "Sierra Sam" i został stworzony przez Samuela W. Aldersona dla testów lotniczych. Od 1950 r. jego nieco zmodyfikowaną wersję zaczęto używać także w crashtestach samochodowych.

Testy zderzeniowe stały się także głównym narzędziem sprawdzania nowych rozwiązań z zakresu bezpieczeństwa dla Béli Barényi, szefa działu bezpieczeństwa Mercedesa od 1939 r. Dziełem tego genialnego wynalazcy była m.in. odporna na deformacje kabina pasażerska i strefy kontrolowanego zgniotu (patent z 1952 r., po raz pierwszy zastosowany siedem lat później w modelu typoszeregu W 111).

Barényi zaczął przeprowadzać crashtesty regularnie od 1959 r, a pionierskie testowe mercedesy były popychane w stronę przeszkody za pomocą małej rakiety.

Rok 1959 był ważny także z innego powodu, to wtedy powołano do życia pierwszą niezależną (przynajmniej od producentów) organizację badającą bezpieczeństwo zderzeniowe aut, czyli wspomnianą już amerykańską IIHS.

Wcześniej crashtesty były wyłącznie częścią wewnętrznych projektów badawczych koncernów samochodowych. Ich wyniki nie były oficjalnie publikowane,a konsumenci nie mieli możliwości porównania poziomu bezpieczeństwa, jaki oferowały poszczególne pojazdy. IIHS została powołana do życia z inicjatywy trzech grup zrzeszających amerykańskich ubezpieczycieli. 11 lat później powstała druga instytucja zajmująca się bezpieczeństwem drogowym i przeprowadzająca testy zderzeniowe - rządowa agencja NHTSA (US NCAP).

Amerykanie wyprzedzili resztę świata o dobrych kilka długości, ponieważ kolejne niezależne organizacje tego typu pojawiły się dopiero w latach 90, chociaż w Europie już wcześniej na małą skalę własne crashtesty przeprowadzał niemiecki automobilklub ADAC wraz z motoryzacyjnym czasopismem "Auto Motor und Sport" oraz brytyjski Departament Transportu.

Euro NCAP (European New Car Assessment Programme, czyli Europejski Program Oceny Nowego Samochodu), obecnie największa organizacja badająca bezpieczeństwo pojazdów, powstała dopiero w 1997 r.przy wsparciu ze strony Międzynarodowej Federacji Samochodowej (FIA) i ICRT (International Consumer Research &Testing) oraz agend rządu brytyjskiego i szwedzkiego. Euro NCAP oparła się na założeniach i wzorcach projektu New Car Assessment Program (stąd nazwa) opracowanych w 1979 r. przez amerykańską NHTSA.

Pierwsze wyniki testów zderzeniowych Euro NCAP zostały opublikowane 4 lutego 1997 r. i od razu wzbudziły sporą sensację. Okazało się na przykład, że jeden z najlepiej sprzedających się ówcześnie samochodów, Rover 100, otrzymał tylko jedną gwiazdkę, a inne motoryzacyjne bestsellery, takie jak Fiat Punto, Nissan Micra, Opel Corsa i Renault Clio, zdobyły tylko dwie gwiazdki (maksymalnie przyznawano wtedy cztery).

Był to jasny sygnał, że koncerny motoryzacyjne niezbyt przykładają się do dbałości o bezpieczeństwo kierowców i pasażerów popularnych aut (modele premium zanotowały lepsze wyniki). Fatalny był również poziom ochrony pieszych - początkowo żaden, nawet najbezpieczniejszy samochód, nie mógł przekroczyć poziomu dwu gwiazdek.

W 1999 r. Euro NCAP zainicjowało politykę ujednolicania kryteriów testów zderzeniowych pomiędzy najważniejszymi ośrodkami zajmującymi się tego typu badaniami na świecie. Europejski model zwiększania świadomości konsumentów, pomógł także w stworzeniu nowych oddziałów NCAP w krajach o średnich i niskich dochodach, co znacznie poprawiło poziom bezpieczeństwa m.in. w Indiach, Ameryce Łacińskiej i regionie ASEAN, chociaż nadal jest on wyraźnie niższy niż w Europie, USA czy Japonii.

USA kontra Europa

Dość często pojawiają się oskarżenia, że testy zderzeniowe przeprowadzane przez organizacje amerykańskie "ustawiane" są pod producentów aut zza oceanu, a te za które odpowiada Euro NCAP faworyzują producentów europejskich. Trudno jednoznacznie zweryfikować takie zarzuty, ale zapewne, jak w każdej plotce, także w tej znajdziemy ziarno prawdy. Faktem jest, że testy przeprowadzane w USA i Europie różnią się metodologią, a te amerykańskie uchodzą za dokładniejsze i surowsze. Dlatego od czasu do czasu marki ze Starego Kontynentu mają kłopoty podczas sprawdzianów organizowanych przez IIHS i NHTSA.

Największa różnica polega na tym, że w Stanach Zjednoczonych przeprowadzana jest dodatkowo próba "small overlap", czyli tzw. test zakładkowy, polegający na tym, że auto uderza w przeszkodę zaledwie 25 proc. przodu, co jest zdecydowanie bardziej destrukcyjne niż standardowy test, w którym auto uderza 40 proc. przodu przy 64 km/h. Symulowane są dwa uderzenia "small overlap" - od strony kierowcy i od strony pasażera. To podczas tego testu zdarzyła się najsłynniejsza wpadka prestiżowych marek niemieckich w Ameryce.

W 2012 r. Mercedes klasy C i Audi A4 uzyskały najniższą możliwą ocenę w teście. Mercedes został rozerwany aż do przedniego słupka. BMW serii 3 uzyskało z kolei ocenę "marginalną", czyli graniczną.

Z kolei w europejskich testach, te same auta uzyskały maksymalne noty! Próby "small overlap" są niezwykle ważne, ponieważ gdy dochodzi do podobnej sytuacji w rzeczywistości, tylko niewielka część samochodu jest odpowiedzialna za pochłanianie całej energii uderzenia, która jest taka sama jak przy "pełnym" zderzeniu czołowym. Stanowi to nie lada wyzwanie dla producentów samochodów, zwłaszcza że tego rodzaju uderzenia wcale nie nalezą do rzadkości.

Amerykańskie testy zakładają w sumie trzy próby zderzenia czołowego.Poza tym wykonuje się test zderzenia bocznego - bariera imitująca pojazd typu SUV (ok. 1650 kg) uderza w badany obiekt od strony kierowcy z prędkością 31 mph (ok. 50 km/h); próbę wytrzymałości dachu, który powinien oprzeć się sile co najmniej cztery razy większej niż masa pojazdu; sprawdza geometrię zagłówków; sprawność systemów przeciw zderzeniowych - automatyczne hamowanie przed innym pojazdem i przed pieszym, który wtargnął na drogę; bada reflektory oraz pasy bezpieczeństwa. Dodatkowo NHTSA, jako że jest agendą rządową, może nie tylko ocenić bezpieczeństwo pojazdu, ale jeśli nie spełnia on określonych norm, także zablokować jego import lub sprzedaż na terenie USA.

W Europie nieco większy nacisk kładzie się na testy uderzeń bocznych oraz na wyposażenie samochodu w systemy bezpieczeństwa. Zderzenia boczne są dwa. Pierwsze to symulacja uderzenia w bok przez inny pojazd jadący z prędkością 50 km/h (podczas próby zastępuje go metalowy wózek). Przy okazji sprawdza się jak silna jest struktura karoserii oraz jak działają boczne i kurtynowe poduszki powietrzne. Drugi test to zderzenie boczne ze słupem - pojazd ustawiony na wózku nasuwany jest na przeszkodę z prędkością 29 km/h na wysokości słupka B. Ta próba ma odzwierciedlać sytuację, gdy kierowca traci panowanie nad samochodem i pojazd uderza bokiem w nieruchomą przeszkodę taką jak latarnia, czy drzewo.

Poza tym Euro NCAP symuluje zderzenie czołowe (40 proc. przodu pojazdu od strony kierowcy przy prędkości 64 km/h) oraz zderzenie z pieszym, zarówno dorosłym jak i dzieckiem (w unieruchomiony pojazd uderza się z prędkością 40 km/h zamocowanymi na wysięgniku głową, podudziem i udem manekina).

Sprawdza się też poziom ochrony kręgosłupa szyjnego kierowcy podczas uderzenia w tył samochodu - tzw. test whiplash. Polega on na zbadaniu, czy fotel, a w szczególności zagłówek, odpowiednio zabezpiecza głowę przed gwałtownym odchyleniem do tyłu. Podczas zderzenia czołowego i bocznego analizowana jest również ochrona dziecka. Jak już wspomniałem od 2016 r. bardzo ważną częścią testów NCAP jest kontrola aktywnych i pasywnych układów bezpieczeństwa.

W niektórych krajach przeprowadza się również dodatkowe badania. Na przykład w Szwecji wykonywane są testy symulujące zderzenie z łosiem - samochód rozpędzony do 70-80 km/h uderza w przeszkodę odpowiadającą wymiarami i masą dorosłemu zwierzęciu.

Z kolei w RPA wykonywany jest test słonia - jadące 56 km/h auto taranowane jest z boku przez zbrojoną betonową kulę o średnicy 75 cm i wadze 250 kg.

Podczas współczesnych testów zderzeniowych nikt już nie zrzuca samochodów z urwiska. Dzisiaj przeprowadzane są one w warunkach laboratoryjnych. Cały proces jest rejestrowany przez liczne kamery oraz czujniki, umieszczone w pojeździe oraz na manekinach usadowionych we wnętrzu pojazdu. Manekiny także bardzo zmieniły się od czasów "Sierra Sama". Potrafią odpowiednio symulować sylwetkę i budowę ciała zarówno mężczyzny, kobiety jak i dziecka.

Stalowy szkielet pokrywa gumowa powłoka imitująca skórę, a w środku i na zewnątrz ulokowane są skomplikowane sensory gromadzące wszelkie potrzebne dane z momentu wypadku. Koszt wyprodukowania jednego manekina jest bardzo wysoki - wynosi około 160 tys. euro. Obserwując crashtesty nie sposób nie zauważyć charakterystycznych czarno-żółtych markerów, którymi oblepione są auta. Pomagają one ocenić na zdjęciach, jak podczas kolizji przemieszczają się poszczególne elementy pojazdu.

Pomiary ułatwia także sposób realizacji nagrania (1000 kl/s).

Gwiazdka gwiazdce nierówna

Maksymalna ocena, jaką może zdobyć nowe auto w teście zderzeniowym, to pięć gwiazdek. Od niedawna Euro NCAP testuje nowe modele podwójnie - osobno z wyposażeniem standardowym i osobno z opcjonalnymi systemami bezpieczeństwa czynnego i biernego. W takich przypadkach wyniki również podawane są osobno, a różnice między nimi bywają naprawdę duże. Testowana w 2017 r. Kia Stonic w wersji podstawowej uzyskała zaledwie trzy gwiazdki, ale już w wersji z pakietem bezpieczeństwa zgarnęła komplet punktów. Dostępne są także bardziej szczegółowe oceny procentowe w poszczególnych kategoriach: bezpieczeństwo dorosłych, dzieci, pieszych i systemy bezpieczeństwa.

Należy jednak pamiętać, że gwiazdka gwiazdce nierówna. Najwyższe oceny uzyskane przez samochód miejski i dużą limuzynę czy SUV-a nie oznaczają, że w razie kolizji zachowają się one tak samo, a jej skutki będą identyczne. Uderzenie w odkształcalną barierę niestety nie do końca poprawnie odzwierciedla warunki, jakie zdarzają się podczas rzeczywistych kolizji i wypadków.

Wyobraźmy sobie sytuację, w której dwa "pięciogwiazdkowe" samochody zderzają się ze sobą jadąc z podobną prędkością, ale jeden z nich jest wyraźnie większy, wyższy i cięższy. Mniejsze auto albo odbije się od większego, albo zostanie przez niego "przeciągnięte" w kierunku jaki nadają siły kinetyczne większego pojazdu. Tak czy inaczej konstrukcja "malucha" przejmie przeważającą część energii wygenerowanej wskutek wypadku, a jego pasażerowie odczują znacznie wyższe przeciążenia.

Wyniki testów można więc interpretować i porównywać jedynie w obrębie tej samej kategorii. Euro NCAP wyróżnia ich pięć: samochód osobowy, minivan, terenowy, pick-up i roadster. Dodatkowo różnica mas dwóch porównywanych samochodów nie może być większa niż 150 kg. 5-gwiazdkowy kompakt można zatem zestawić jedynie innym 5-gwiazdkowym kompaktem. Oczywiście nie ma prostych przełożeń - duże auto o wysokiej masie wcale nie musi dawać gwarancji bezpieczeństwa. Dobrze pokazują to słabe wyniki niektórych samochodów terenowych i pick-upów. Na przykład nowy Jeep Wrangler otrzymał w teście Euro NCAP w 2018 r. tylko jedną gwiazdkę, podobnie jak Nissan Navarra w 2008 r. Winna jest przede wszystkim konstrukcja ramowa, która nieźle radzi sobie jedynie w przypadku uderzenia w deformowalną przeszkodę, natomiast słabo absorbuje energię twardych i nieruchomych, narażając kierowcę i pasażerów na potężne przeciążenia.

Gwiazdki przyznawane po testach z czasem mogę się zdewaluować. Wedle założeń NCAP "tracą ważność" po sześciu latach. Czasami,np. gdy po upływie dłuższego czasu dany model nadal jest produkowany, wykonuje się test powtórny. Zwykle przynosi on obniżenie ratingu - konstrukcja się starzeje a wymagania rosną. Może być on wręcz szokujący, jak miało to miejsce w przypadku Fiata Punto przetestowanego w 2005 r. a potem ponownie w 2018 r. Przed laty model ten zdobył komplet punktów, rozbity po raz drugi, nie zasłużył nawet na jedną gwiazdkę. Taki wynik nie oznacza oczywiście, że Punto AD 2018 jest mniej bezpieczne od tego produkowanego 12 lat wcześniej.

Pokazuje on jednak jak bardzo poprawił się (w korelacji z bardziej restrykcyjnymi normami testów) przez ten czas poziom bezpieczeństwa, skoro produkowane zbyt długo bez modyfikacji Punto nie może obecnie konkurować nawet mini-autami w rodzaju Toyoty Aygo czy Smarta.

W ciągu ostatnich 30 lat znaczenie testów zderzeniowych przeprowadzanych przez niezależne organizacje na całym świecie wzrosło na tyle, że producenci samochodów starają się nie tylko spełniać minimalne wymagania, ale uzyskać jak najwyższe wyniki, ponieważ jest to niezwykle ważne z marketingowego punktu widzenia. Auto, które można reklamować jako bezpieczne, po prostu znajdzie więcej nabywców. Te, które notuje fatalne wyniki, jak np. niesławny Nissan Tsuru, może nawet zniknąć z rynku. Oczywiście nie oznacza to, że koncerny motoryzacyjne traktują obecnie kwestie bezpieczeństwa priorytetowo.

Ponieważ jest to bardzo kosztowna dziedzina rozwoju motoryzacji, zwykle stosują politykę optymalizacji i elastyczności, a jeśli się da, wykorzystują luki w poszczególnych programach. Inaczej przygotowywana jest oferta na rynek amerykański, inaczej na europejski, a jeszcze inne modele wyjeżdżają na ulice państw biednych, gdzie wciąż niska cena auta odgrywa większą rolę niż kwestie bezpieczeństwa. Po to, żeby oszczędzać pieniądze producenci montują w autach tylko tyle elementów poprawiających bezpieczeństwo czynne i bierne, ile jest niezbędne, żeby spełnić minimalne wymagania konkretnego rynku zbytu.

Innym legalnym trikiem producentów jest przyspieszone testowanie aut, zanim zostaną zaostrzone obowiązujące normy. W ten sposób postąpił np. dziewięć lat temu Volkswagen. Model up! Został przetestowany tuż przed zmianą przepisów i uzyskał pięć gwiazdek, którymi niemiecki koncern mógł chwalić się w reklamach, i które prezentowały się znacznie efektowniej niż trzy gwiazdki, na które up! realnie zasługiwał, co pokazał powtórny test przeprowadzony w 2019 r.

Wirtualna ściana

Próby zderzeniowe są bardzo kosztowne. Są dużym obciążeniem dla producentów aut, na przykład podczas pracy nad nową E-klasą Mercedes rozbił około 150 prototypów, ale również niezależne organizacje, takie jak Euro NCAP, muszą zgromadzić duże środki finansowe na kontynuowanie działalności. Pojazdy do takich testów są kupowane na wolnym rynku, aby wykluczyć możliwość, że wytwórca danego auta przygotuje je jakoś specjalnie do testu. Trzy lata temu, z okazji 20 rocznicy działalności, Euro NCAP podsumowało, że podczas 630 prób zderzeniowych rozbiło ponad 1800 samochodów, a koszty wyniosły ponad 160 milionów euro.

Dlaczego więc nie zaprzestać realnych testów i nie przenieść ich wyłącznie do świata wirtualnego, w którym wszystko obliczą i zasymulują komputery o potężnych mocach obliczeniowych? Tym bardziej, że takie zaawansowane modele matematyczne są od dawna powszechnie stosowane podczas projektowania samochodów. Niestety nadal mają one sporo wad. Komputery nie potrafią na przykład odpowiednio symulować zachowania materiałów kompozytowych podczas kolizji, ponieważ odkształcają się one i łamią zupełnie inaczej niż np. elementy metalowe. Dlatego wirtualne symulacje wypadków, choć coraz doskonalsze, nadal wykorzystywane są jedynie jako uzupełnienie prawdziwych crashtestów.

Pozostaje nam życzyć sobie, aby jeszcze długo liczba rozbitych w sposób kontrolowany samochodów rosła, bowiem dzięki temu uzyskujemy bezcenną wiedzę, która w sposób bezpośredni przekłada się na kolejne ocalone przed śmiercią lub kalectwem ludzkie istnienia.

Krzysztof Michał Jóźwiak