Автокөліктің алдыңғы және артқы бөліктерінің құрылымы мен қауіпсіздігі

Кіріспе

Көлік құралдарының алдыңғы және артқы бөліктеріндегі конструкция. Бампер – моторлық көліктің алдыңғы және артқы бөліктеріне орнатылған немесе біріктірілген конструкция, ол ұсақ соқтығыстардың күшін жұмсартуға арналған, идеалды жағдайда жөндеу шығындарын азайтуға көмектеседі. 1904 жылдан бастап автомобильдерде негізінен әшекейлік мақсатта қолданылған қатты металл бамперлер пайда болды. Содан бері көптеген жаңарулар, материалдар мен технологиялардың жетілдірілуі, сондай-ақ көлік бөліктерін қорғау және қауіпсіздікті арттыруға баса назар аудару бамперлерді өзгертіп келді. Бамперлер көліктер арасындағы биіктік айырмашылығын азайтуға және жаяу жүргіншілерді жарақаттан қорғауға мүмкіндік береді. Көлік құралдарын жөндеуге кететін шығындарды төмендету және соңғы кезде жаяу жүргіншілерге тигізетін зиянды азайту мақсатында нормативтік актілер қабылданды.

Тарих

Бастапқыда бамперлер тек қатаң металл тақталардан тұратын. Джордж Альберт Лион ең алғашқы автомобиль бамперін ойлап тапты. Алғашқы бампер 1897 жылы пайда болды, және оны австриялық Nesselsdorfer Wagenbau Fabriksgesellschaft компаниясы орнатты. Бұл бамперлердің құрылысы сенімді болмады, себебі олар тек әсемдік үшін ғана арналған еді. Алғашқы көлік иелері алдыңғы серіппе ілмек бұрандасын металл табанды бекітуге жеткілікті ұзын бұрандамен ауыстырды. Автомобиль өндірушілер 1910 жылдардың ортасында бамперлерді қоса бастады, бірақ олар алдыңғы және артқы жағында болат жолақтан тұрды. Көбінесе қосымша аксессуар ретінде қарастырылатын бамперлер 1920 жылдары автомобиль дизайнерлері оларды күрделірек және мықтырақ жасағанда кеңінен таралды. 1970-71 жылғы Plymouth Barracuda-ның алдыңғы және артқы бөліктерінде осыған ұқсас эластомерлі бамперлер қолданылды. 1971 жылы Renault Renault 5 машинасына пластикалық бамперді (формалау қосылысы) енгізді. Қазіргі кездегі конструкциялық тәжірибеде қазіргі заманғы автомобильдердің бампер құрылымы болаттан, алюминийден, шыны талшықтан немесе пластиктен жасалған нығайту тақтасының үстінде пластикалық қаптамадан тұрады. Көптеген қазіргі заманғы автомобильдердің бамперлері поликарбонаттан (PC) және акрилонитрилбутадиенстиролынан (ABS) жасалған, PC/ABS деп аталатын қоспадан жасалған.

Физика

Бамперлер соқтығысу кезінде туындайтын кинетикалық энергияны таратып, көлік құралының басқа компоненттерін қорғайды. Бұл энергия көліктің массасы мен жылдамдығының квадратына тәуелді. Кинетикалық энергия масса мен жылдамдықтың квадратының жартысына тең. Формула түрінде:

Көлік құралының бөлшектерін сағатына 5 миль жылдамдықпен зақымданудан қорғайтын бампер, сағатына 2,5 миль жылдамдықпен қорғайтын бамперге қарағанда төрт есе берік болуы керек, ал соқтығысу энергиясы көліктің алдыңғы және артқы бөліктерінде шоғырланады. Бампердің қорғанысын аздап арттыру салмақты ұлғайтуға және отынның тиімділігін төмендетуге әкелуі мүмкін. 1959 жылға дейін автомобиль инженерлері қатаңдықты жолаушылардың қауіпсіздігі үшін пайдалы деп есептеген. Қазіргі заманғы көлік апаттарына төзімділік теориялары кері бағытты көрсетеді – көліктің кезең-кезеңімен деформациялануына. Толыққандай қатаң көлік құралының компоненттерін қорғау үшін өте жақсы бамперлік қорғанысқа ие болуы мүмкін, бірақ жолаушылардың қауіпсіздігі нашар болады.

Жаяу жүргіншілердің қауіпсіздігі

Бамперлер жаяу жүргіншілерді көлік қағуы салдарынан болатын жарақаттарды азайту мақсатында, мысалы, иілгіш материалдардан жасалған бампер қаптамаларын пайдалану арқылы жиі жасалады. Әсіресе алдыңғы бамперлер төмендетіліп, аяқтарға түсетін соққының күшін азайту үшін көбік және ұсатылатын пластик сияқты жұмсақ материалдардан жасалады.

Биіктік сәйкессіздіктері

Жолаушылар автомобильдері үшін бамперлердің биіктігі мен орналасуы АҚШ және ЕО ережелерінде заңмен белгіленген. Бамперлер орташа жылдамдықтағы соқтығыстардан қорғамайды, себебі шұғыл тежеу кезінде көліктің аспасы өзгереді, соның салдарынан көліктер соқтығысқанда бамперлер бір-бірін асып кете алады. Бампердің биіктігін арттыру арқылы көлік астынан өтпеуіне және үстінен өтпеуіне қол жеткізуге болады. Белсенді аспа көліктің тең салмақта ұсталуына көмектесетін тағы бір шешім. Бампердің жол бетінен биіктігі басқа да қорғау жүйелерін іске қосу үшін маңызды. Әдетте, қауіпсіздік жастықшаларын іске қосу сенсорлары кедергіге соққанда ғана жұмыс істейді, сондықтан алдыңғы бамперлер алдыңғы соқтығыс кезінде көліктің бірінші соқтығысқан бөлігі болуы керек, бұл қауіпсіздік жастықшаларын толтыруға жеткілікті уақыт береді. 1967 жылдың маусымында актриса Джейн Мэнсфилд автокөлік пен жүк көлігінің соқтығысынан қаза болғаннан кейін, АҚШ Ұлттық жол қауіпсіздігі басқармасы артқы астынан өтпеуші қоршауды, сондай-ақ "Мэнсфилд штангасы", "ICC штангасы" немесе "Көлік департаменті (DOT) бамперы" деп аталатын құрылымды талап етуді ұсынды. Олардың биіктігі жолдан артық болмауы керек. АҚШ-тың жүк тасымалдау индустриясы осы қауіпсіздік мүмкіндігін жаңартуға асықпады және қызмет кезінде зақымдалған ICC штангаларын жөндеуге қатысты талаптар жоқ. Дегенмен, 1996 жылы NHTSA жүк көліктерінің тіркемелеріндегі артқы астынан өтпеуші құрылымға қойылатын талаптарды жаңартты, ал Transport Canada энергияны сіңіретін артқы астынан өтпеуші қоршауларға одан да қатаң талаптар қойып, одан да жоғары деңгейге көтерілді. 2015 жылдың шілдесінде NHTSA АҚШ-та астынан өтпеуші қоршауларға қойылатын өнімділік талаптарын жаңарту жөніндегі ұсыныс жариялады. Еуропаның көптеген елдері автомобиль жүк көлігіне соқтығысқан кездегі қазақтарды азайту үшін бүйірлік астынан өтпеуші қоршауларды талап етеді. Алайда, АҚШ-та мұндай талаптар жоқ.

Көшпелі көлік пен автомобиль

SUV бамперінің биіктігі мен жолаушылар көлігінің қабырғалық соққыға арналған балкаларының үйлеспеуі төмен жылдамдықтарда да ауыр жарақаттарға себеп болып келеді. АҚШ-та NHTSA осы мәселені қалай шешуді зерттеп жатыр. Өлімге алып келетін соқтығыстардан өзге, жолаушылар көлігі мен SUV-дің соқтығысуынан туындаған жөндеу шығындары да биіктік айырмашылығына байланысты жоғары болуы мүмкін. Осы айырмашылық салдарынан көліктер төмен жылдамдықтағы соқтығыстардан кейін жұмысқа жарамсыз күйге түсуі мүмкін.

Реттеу

Көптеген елдерде барлық көліктерде бамперлер міндетті түрде болуы заңмен бекітілген. Автомобиль бамперлеріне қатысты ережелер екі мақсатта енгізілді: көліктің қауіпсіздік жүйелеріне зақым келтірмей, төмен жылдамдықтағы соқтығыстарға төтеп беру және жаяу жүргіншілерді жарақат алудан қорғау. Бұл талаптар бір-біріне қайшы келеді: соқтығыстарға жақсы қарсы тұратын және жөндеу құнын төмендететін бамперлер жаяу жүргіншілерге көбірек зиян келтіруі мүмкін, ал жаяу жүргіншілерге қауіпсіз бамперлердің жөндеуі қымбатқа түседі. Көліктің бампер жүйелері төмен жылдамдықтағы соқтығыстардың күшін жұтауға және автомобильдің қауіпсіздігін, сондай-ақ басқа да қымбат құрамдас бөліктерін қорғауға арналған болса да, көптеген бамперлер тек ең төменгі талаптарға ғана сай келеді.

Халықаралық стандарттар

Бастапқыда Біріккен Ұлттар Ұйымының қолдауымен Еуропалық стандарттар ретінде әзірленген халықаралық қауіпсіздік ережелері қазір Солтүстік Америкадан тыс көптеген елдерде қабылданды. Олар автомобильдің қауіпсіздік жүйелері маятникке немесе жылжымалы кедергіге тікелей соққы бергеннен кейін де, алдыңғы және артқы бұрыштарында және көлікті жүкпен немесе жүксіз жерге соққы бергеннен кейін де қалыпты жұмыс істеуін анықтайды.

Жаяу жүргіншілердің қауіпсіздігі

Еуропа елдері жаяу жүргіншілер мен автокөлік апаттарынан әлем бойынша жыл сайын 270 мың адамның қаза табатын мәселесін шешу үшін реттеулер енгізді. Бұқа арқасының қаттылығынан ол соқтығысудың күшін толығымен жаяу жүргіншіге жеткізеді, ал бампер керісінше, бір бөлігін сіңіріп алып, деформацияланады. Еуропалық Одақта жаяу жүргіншілерді қорғау қауіпсіздік стандарттарына сәйкес келмейтін қатты металл бұқа арқаларының сатылуына тыйым салынды.

Жолдан тыс бамперлер

Жолдан тыс көліктер көбінесе ауыр металдан жасалған, қосымша жолдан тыс бамперлерді пайдаланады, олар жер бетінен арақашықтықты жақсартуға, максималды шығу бұрыштарын қамтамасыз етуге, үлкен доңғалақтарға орын беруге және қосымша қорғаныспен қамтамасыз етуге арналған. Бұқа бамперлеріне ұқсас немесе бірдей, жолдан тыс бамперлер берік құрылымға ие және соқтығысу кезінде (пластикалық деформация арқылы) энергияны сіңірмейді, бұл жаяу жүргіншілер үшін заводтық пластикалық бамперлерге қарағанда қауіпті. Қосымша жолдан тыс бамперлердің заңдылығы әр мемлекеттік аумақта әртүрлі болады.

Америка Құрама Штаттары

Құрама Штаттардағы бамперлер туралы ережелер төмен жылдамдықтағы апаттардың көлік құралының қауіпсіз жұмыс істеуіне кедергі келтіруіне, көлік құралының қауіпсіздікке байланысты бөлшектеріне зақым келтіруді шектеуге және апаттан кейін жөндеу шығындарын ұстауға бағытталған.

Алғашқы стандарттар 1971

Chrysler A платформалы автомобильдерінің алдыңғы және артқы бамперлері (сол жақта, 1971) және одан кейін (оң жақта, 1974) АҚШ-тың 5 миль/сағ бампер стандарты күшіне енгеннен кейін. 1974 жылғы бамперлер кузовтан көбірек шығып тұрады және артқы бамперде артқы шамдар жоқ. 1971 жылы АҚШ-тың Ұлттық автомобиль жолдары қозғалысы қауіпсіздігі басқармасы (NHTSA) жолаушылар автомобильдерінің бамперлеріне қатысты елдің алғашқы регламентін шығарды. Федералды автокөлік қауіпсіздігі стандарты № 215 (FMVSS 215), «Сыртқы қорғаныс», 1972 жылдың 1 қыркүйегінде күшіне енді – көптеген автокөлік өндірушілер 1973 жылғы модельдік көлік құралдарын шығара бастаған кезде. Стандартта көлік құралы алдыңғы және артқы бампер жүйелеріне тосқауылдарға қарсы сынақтарға ұшырағанда фаралар мен жанар май жүйесінің компоненттері сияқты қауіпсіздікке байланысты компоненттерге функционалдық зақым келтіруге тыйым салынды. Бұл талаптар автомобильдің жарықтандыру компоненттерін біртұтас қамтитын бампер дизайндарын тиімсіз етті, мысалы артқы шамдар. 1972 жылдың қазан айында АҚШ Конгресі «Қозғалтқыштық көлік құралдары туралы ақпарат және шығындарды үнемдеу туралы» заңды қабылдады, ол NHTSA-ны бампер стандартын шығаруға міндеттеді, ол қоғам мен тұтынушыға шығындарды барынша азайтуға мүмкіндік береді. Ескерілетін факторлар іске асырудың құны мен пайдасы, стандарттың сақтандыру құнына және сот төлемдеріне әсері, тұтынушының уақытын және ыңғайсыздығын үнемдеу, сондай-ақ денсаулық пен қауіпсіздік мәселелері болды. 1974 жылғы модельдік жылғы жолаушылар автомобильдері үшін стандарттар одан әрі қатаңдатылды, стандартталған биіктіктегі алдыңғы және артқы бамперлер, машинаның шамдарына, қауіпсіздік жабдықтарына және қозғалтқышына зақым келтірмей бұрыштық соққыларды қабылдай алады. Заңда тұтынушылардың осы қорғаныстан бас тарту мүмкіндігі қарастырылмады. Бұл көбінесе көліктің жалпы ұзындығының ұзартылуын, сондай-ақ энергияны сіңіретін мықты бамперлерді енгізу үшін алдыңғы және артқы дизайнның жаңаруын білдірді, бұл көліктің шеттеріне салмақ қосты. Жолаушылар көліктері бамперлер мен машинаның кузовы арасындағы саңылауды жасыратын иілгіш толтырғыш панельдерді қолданды, бұл оларға «үлкен, тікбұрышты көрініс» берді. Дегенмен, басқа бампер дизайндары да талаптарға сай келді. 1973 жылғы AMC Matador купесінде тек резеңкеге орнатылған бамперлер болды, олар қайтаруға болатын соққы сөндіргіштерін жасыру үшін қолданылды. АҚШ (сол жақта) және әлемнің қалған бөлігі (оң жақта) Мерседес Бенц W116 (жоғарыда), BMW E28 5 сериясы (ортада), Ламборгини Конташ (төменде) алдыңғы бамперлері. АҚШ бамперлері үлкен және кузовтан көбірек шығып тұрады. Бұл регламент барлық жолаушылар автомобильдеріне қатысты, американдық және импортталған. Volvo 240, Porsche 911 және Rolls Royce Silver Shadow сияқты ерекшеліктермен еуропалық және азиялық автоөндірушілер АҚШ және Канада нарықтарына арналған автомобильдерге ғана сәйкес келетін бамперлерді орнатуға бейімді болды, онда регламенттер қолданылды. Бұл олардың Солтүстік Америкадағы машиналары басқа жерлерде сатылатын бірдей модельдерден өзгеше көрінетінін білдірді. АҚШ бампер биіктігіне қойылған талаптар кейбір модельдерді, мысалы Citroën SM, АҚШ-қа импорттауға жарамсыз етті. Халықаралық қауіпсіздік регламенттерінен өзгеше, АҚШ регламенттері гидропневматикалық серіппелерге қатысты ережелерді қамтымайды.

Front and rear bumpers on Chrysler A platform cars before (left, 1971) and after (right, 1974) the U. S. 5 mph bumper standard took effect. The 1974 bumpers protrude farther from the body and the rear one no longer contains the taillamps. In 1971, the U. S. National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) issued the country's first regulation applicable to passenger car bumpers. Federal Motor Vehicle Safety Standard No. 215 (FMVSS 215), "Exterior Protection," took effect on 1 September 1972—when most automakers would begin producing their model year 1973 vehicles. The standard prohibited functional damage to specified safety related components such as headlamps and fuel system components when the vehicle is subjected to barrier crash tests at for front and for rear bumper systems. The requirements effectively eliminated automobile bumper designs that featured integral automotive lighting components such as tail lamps. In October 1972, the U. S. Congress enacted the Motor Vehicle Information and Cost Saving Act (MVICS), which required NHTSA to issue a bumper standard that yields the "maximum feasible reduction of cost to the public and to the consumer". Factors considered included the costs and benefits of implementation, the standard's effect on insurance costs and legal fees, savings in consumer time and inconvenience, as well as health and safety considerations. The standards were further tightened for the 1974 model year passenger cars, with standardized height front and rear bumpers that could take angle impacts at with no damage to the car's lights, safety equipment, and engine. There was no provision in the law for consumers to 'opt out' of this protection. This often meant additional overall vehicle length, as well as new front and rear designs to incorporate the stronger energy absorbing bumpers, adding weight to the extremities of the vehicle. Passenger cars featured gap concealing flexible filler panels between the bumpers and the car's bodywork causing them to have a "massive, blockish look". However, other bumper designs also met the requirements. The 1973 AMC Matador coupe had free standing bumpers with rubber gaiters alone to conceal the retractable shock absorbers. United States (left) and rest of world (right)Front bumpers on Mercedes Benz W116 (top), BMW E28 5 Series (middle), Lamborghini Countach (bottom). The U. S. bumpers are larger and protrude farther from the bodywork. The bumper regulations applied to all passenger cars, both American made and imported. With exceptions including the Volvo 240, Porsche 911, and Rolls Royce Silver Shadow, European and Asian automakers tended to put compliant bumpers only on cars destined for the U. S. and Canadian markets where the regulations applied. This meant their North American spec cars tended to look different than versions of the same model sold elsewhere. U. S. bumper height requirements effectively made some models, such as the Citroën SM, ineligible for importation to the United States. Unlike international safety regulations, U. S. regulations were written without provision for hydropneumatic suspension.

Залалсыздық стандарттары 1976

MVICS бойынша жарияланған талаптар Federal Motor Vehicle Safety Standard No 215 (FMVSS 215, "Көліктердің сыртқы қорғанысы") талаптарымен біріктіріліп, 1976 жылғы наурызда жарияланды. Бұл жаңа бампер стандарты 49 CFR 581 Федералды ережелер кодексінде, 49CFR571 Федералды автокөлік қауіпсіздігі стандарттарынан бөлек орналастырылды. 1979 жылғы модельдегі жолаушылар автомобильдеріне қолданылатын жаңа талаптар "I кезең" стандарты деп аталды. Сонымен қатар, 1980 және одан кейінгі көліктердегі бампер жүйелері үшін "II кезең" деп аталатын нөлдік зақымдану талабы қабылдалды. Ең қатаң талаптар 1980-нан 1982 жылға дейінгі модельдік көліктерге қолданылды; алдыңғы және артқы кедергілерге және маятникпен соқтығысу сынақтары жүргізілуі тиіс болды, сондай-ақ бамперге шұңқырдан басқа зақымдар және бастапқы орнынан ауытқуға жол берілмеді. AMC Eagle сияқты барлық доңғалақты "кроссовер" автомобильдер көп мақсатты көліктер немесе жүк көліктері ретінде жіктелді, осылайша жолаушылар автомобильдерінің бампер стандарттарынан босатылды.

1982 жылы қатаңдық төмендетілді

Жақында ғана сайланған Рейган әкімшілігі осы стандартқа әсер еткен өнеркәсіптегі нормативтік жүктемені азайту үшін шығын-пайда талдауын қолдануға уәде берді. Физика бөлімінде егжей-тегжейлі қарастырылғандай, 1959 жылға дейін адамдар конструкция, соның ішінде бамперлер, неғұрлым мықты болса, автомобиль де соғұрлым қауіпсіз болады деп сенді. Кейінгі талдаулар, соққы күші тікелей көлік құралының ішіне және жолаушыға түсетін қатаң конструкция емес, қиратылатын аймақтардың маңызды екенін көрсетті, бұл жолаушылар үшін қауіпті жағдайға алып келді. Сонымен қатар, II кезеңдегі нөлдік зақым талабы I кезеңдегі зақым мөлшерлеріне қайта оралды. Сонымен бірге, жолаушылар автокөліктері үшін бампер биіктігінің талабы белгіленді. Бұл нәтижелерге қарамастан, тұтынушылар мен сақтандыру ұйымдары бампер стандартының әлсірегенін сынады. Олар 1982 жылғы стандарттың тұтынушылардың жалпы шығындарын арттырғанын, ал автокөлік өндірушілері үшін ешқандай пайдасы болмағанын мәлімдеді. 1986 жылы Тұтынушылар одағы NHTSA-ға II кезең стандартына оралу және бампердің беріктігі туралы ақпаратты тұтынушыларға жариялау туралы петиция ұсынды. 1990 жылы NHTSA бұл петицияны қабылдамады.

Тұтынушыларды ақпараттандыру

Құрама Штаттардағы Insurance Institute for Highway Safety (IIHS) көліктерді төмен жылдамдықтағы кедергіге соқтығысу сынақтарына тартады және жөндеу құнын қоса алғанда, нәтижелерін жариялайды. Осы сынақтарда жақсы көрсеткен автокөлік өндірушілер нәтижелерін көпшілікке таратады. 1990 жылы IIHS Плимут Хоризонттың үш түрлі жылғы үлгісінде төрт қақтығысу сынағын жүргізді. Нәтижелер АҚШ бампер ережелеріне енгізілген өзгерістердің әсерін көрсетеді (жөндеу құны 1990 жылғы АҚШ долларымен көрсетілген):

Канада

Канадада автомобиль бамперлері стандарттары алғаш рет АҚШ-тағыдай бір уақытта қабылданды. Бұл ережелер АҚШ-тың ережелеріне өте ұқсас болды, және 1982 жылы АҚШ-та болғандай, Канаданың талаптары төмендетілмеді. Кейбір автокөлік өндірушілер Солтүстік Америка нарығында күштірек канадалық стандарттарға сай бамперлерді ұсынды, ал басқалары АҚШ нарығында әлсіз бамперлерді таңдады. Бұл АҚШ пен Канада арасындағы «көк импорт» көліктердің тасымалдауын шектеді. 2009 жылдың басында Канаданың ережелері АҚШ Федералдық стандарттарымен және халықаралық БҰҰ ережелерімен үйлесу үшін өзгертілді. АҚШ-тағыдай, тұтынушыларды қорғау ұйымдары бұл өзгеріске қарсы шықты, ал Канадалық реттеушілер сынақ жылдамдығы бүкіл әлемде қолданылатынын және көлік пен жаяу жүргіншінің соқтығысуында жаяу жүргіншілердің қауіпсіздігін арттыруға көбірек мүмкіндік беретінін мәлімдеді.