Sistemas de Segurança Estrutural

Veículos elétricos (VE) dependem de sistemas de segurança estrutural avançados para absorver a energia de impacto, preservar o compartimento de passageiros e proteger o pack de bateria de alta tensão. Estes sistemas formam a base da segurança passiva, funcionando em conjunto com airbags e cintos de segurança para prevenir ferimentos durante uma colisão. Os VE modernos utilizam uma combinação de materiais de alta resistência, zonas de deformação projetadas e células de segurança rígidas para gerir eficazmente as forças de impacto.

Este capítulo explica como funcionam os sistemas de segurança estrutural, como diferem entre veículos elétricos e veículos de combustão interna, e como a tecnologia evoluiu nas últimas três décadas.

O que são os sistemas de segurança estrutural?

Os sistemas de segurança estrutural são componentes projetados da carroçaria do veículo concebidos para controlar o comportamento da estrutura durante uma colisão. O seu objetivo é triplo:

1. Absorver energia durante um choque através de deformação controlada.
2. Manter uma célula de segurança estável onde os ocupantes estão protegidos.
3. Redirecionar as cargas de impacto para longe de componentes críticos, como o pack de bateria.

Os principais elementos incluem:

Zonas de deformação

Secções dianteiras e traseiras projetadas para se deformarem de forma previsível. Ao colapsarem em fases, retardam o pulso de impacto e reduzem as forças sobre os passageiros.

Célula de segurança dos passageiros

Um compartimento rígido e reforçado que permanece intacto durante um choque. Aço de alta resistência, reforços de boro e pilares de secção fechada são usados para proteger o espaço de sobrevivência dos ocupantes.

Estruturas de impacto lateral

Vigas laterais, reforços das portas e travessas de piso que impedem intrusões durante colisões laterais — um dos tipos de acidente mais desafiantes.

Estrutura de proteção da bateria

Única nos VE, isto inclui:

• Molduras rígidas em torno do pack de bateria
• Recintos resistentes a impactos
• Caminhos de carga que encaminham as forças ao redor — e não através — da bateria

Engenharia de caminhos de carga

O encaminhamento estratégico das forças de impacto através das partes mais resistentes da carroçaria para garantir que a energia seja distribuída em vez de concentrada. Isto ajuda a estrutura a deformar de forma controlada e previsível.

Por que os sistemas de segurança estrutural são importantes?

Os sistemas de segurança estrutural podem muitas vezes determinar a diferença entre ferimentos ligeiros e potencialmente mortais. São importantes porque:

• Reduzem as forças máximas sobre o corpo, diminuindo o risco de ferimentos graves.
• Impedem a intrusão no habitáculo, algo crítico para a sobrevivência dos ocupantes.
• Protegem a bateria, minimizando o risco de eventos térmicos após um choque.
• Influenciam o desempenho nos testes de colisão, influenciando diretamente as classificações da Euro NCAP, NHTSA e IIHS.

Com os testes de colisão modernos a tornarem-se mais exigentes, o desempenho estrutural é agora um dos maiores fatores diferenciadores entre veículos de alto e baixo desempenho.

Como os veículos elétricos mudaram o design de segurança estrutural

Os veículos elétricos alteraram fundamentalmente a forma como os engenheiros projetam as estruturas dos veículos. O pack de bateria é simultaneamente uma oportunidade e um desafio.

Vantagens introduzidas pela arquitetura dos veículos elétricos

• Packs de bateria fortes e planos aumentam a rigidez do piso, melhorando a rigidez torcional geral.
• A ausência de um motor volumoso abre novas possibilidades para zonas de deformação dianteiras mais longas e eficazes.
• Um centro de gravidade mais baixo reduz o risco de capotamento, permitindo estruturas mais otimizadas para a gestão de energia de impacto.

Desafios

• A proteção da bateria é crítica — a intrusão deve ser evitada a todo o custo.
• A distribuição de peso altera os caminhos de carga, exigindo a reengenharia das estruturas de colisão tradicionais.
• Impactos na parte inferior do veículo, como colisões com detritos, devem ser mitigados com escudos de proteção e estruturas reforçadas.

Como resultado, os veículos elétricos costumam usar mais alumínio, aço de ultra-alta resistência e materiais compósitos em comparação com veículos de combustão interna.

Tendências nos sistemas de segurança estrutural

A segurança estrutural está a evoluir rapidamente à medida que os fabricantes de automóveis enfrentam protocolos de teste mais rigorosos e novas arquiteturas de veículos elétricos.

1. Estruturas de carroçaria multimaterial

Combinação de aço de alta resistência, aço endurecido por prensagem, alumínio e compósitos para obter uma relação ideal entre resistência e peso.

2. Mega-fundições e grandes secções estruturais

Popularizadas pela Tesla e agora a espalhar-se pela indústria, grandes estruturas fundidas traseiras e dianteiras:

• Reduzem o número de soldaduras e juntas.
• Melhoram a consistência dos caminhos de carga.
• Aumentam a previsibilidade em colisões.

3. Integração da bateria como elemento estrutural

Os veículos elétricos mais recentes utilizam design cell-to-pack e packs de bateria estruturais que aumentam a rigidez enquanto reduzem o peso.

4. Simulação avançada e modelação de colisões impulsionada por IA

Os engenheiros utilizam milhares de simulações digitais de colisões para otimizar as estruturas antes de construir protótipos.

5. Proteção de impacto lateral melhorada

Impulsionados por testes IIHS e Euro NCAP mais rigorosos, os veículos agora utilizam vigas de porta mais resistentes, soleiras elevadas e pilares B reforçados.

6. Foco na reparabilidade

Alguns fabricantes agora projetam peças estruturais com secções de reparação ou estruturas modulares de colisão para reduzir os custos de seguro.

Evolução nos últimos 30 anos

A segurança estrutural mudou drasticamente em três décadas:

Anos 1990

• As zonas de deformação eram mais simples e menos otimizadas.
• A proteção de impacto lateral era mínima.
• A rigidez do habitáculo variava muito entre os modelos.
• Os materiais estruturais eram maioritariamente aço macio ou convencional.

Anos 2000

• Os aços de alta resistência tornaram-se comuns.
• A Euro NCAP impulsionou melhorias rápidas.
• Os padrões de impacto lateral e capotamento expandiram-se.
• As células de segurança dos passageiros tornaram-se significativamente mais fortes.

Anos 2010

• O aço de ultra-alta resistência e o aço endurecido por prensagem tornaram-se predominantes.
• Os veículos elétricos introduziram novas ideias de empacotamento e estruturas de proteção da bateria.
• As simulações de colisões aceleraram os ciclos de desenvolvimento.

Anos 2020 e além

• Os packs de bateria estruturais e as mega-fundições redefinem a arquitetura dos veículos.
• As plataformas centradas em veículos elétricos permitem zonas de deformação mais eficientes.
• Regulamentações de colisão mais rígidas impulsionam a inovação na engenharia de caminhos de carga.
• Os fabricantes otimizam as estruturas não apenas para segurança, mas também para peso, custo e reparabilidade.

Os vídeos abaixo mostram testes de colisão entre carros antigos e novos para ilustrar o progresso da segurança em colisões.

A segurança estrutural é realmente importante?

Sim. O desempenho estrutural é um dos melhores indicadores dos resultados de colisões no mundo real. Mesmo com sistemas avançados de assistência ao condutor, os acidentes ainda acontecem — e quando isso ocorre, uma estrutura robusta é a última linha de defesa.

Para os veículos elétricos, a segurança estrutural também influencia diretamente:

• Proteção da bateria
• Custos de reparação
• Classificações de seguro
• Pontuações em testes de colisão
• Durabilidade a longo prazo do veículo

Uma estrutura bem projetada pode transformar um choque grave num evento em que seja possível sobreviver.