Введение

Конструкция на передней и задней частях автомобиля – конструкция на моторных транспортных средствах.

Бампер – это конструкция, прикрепленная к передней и задней частям автомобиля или интегрированная с ними, предназначенная для поглощения удара при незначительном столкновении и, в идеале, для минимизации затрат на ремонт. Жесткие металлические бамперы появились на автомобилях уже в 1904 году и выполняли преимущественно декоративную функцию. Многочисленные разработки, улучшения материалов и технологий, а также повышенное внимание к функциональности, обеспечивающей защиту компонентов транспортного средства и повышение безопасности, изменили бамперы с течением времени. Бамперы в идеале должны минимизировать разницу в высоте между транспортными средствами и защищать пешеходов от травм. Были приняты нормативные меры для снижения стоимости ремонта транспортных средств и, в последнее время, для уменьшения воздействия на пешеходов.

История

Сначала бамперы были просто жесткими металлическими перекладинами. Джордж Альберт Лион изобрел самый ранний автомобильный бампер. Первый бампер появился на автомобиле в 1897 году, и его установила австрийская компания Nesselsdorfer Wagenbau Fabriksgesellschaft. Конструкция этих бамперов была ненадежной, так как они выполняли лишь декоративную функцию. Ранние автовладельцы заменяли передний болт крепления рессоры на более длинный, чтобы к нему можно было прикрепить металлическую перекладину. Автопроизводители начали устанавливать бамперы в середине 1910-х годов, но они представляли собой просто стальную полосу спереди и сзади. Часто рассматриваемые как опциональный аксессуар, бамперы становились все более распространенными в 1920-х годах, поскольку автомобильные дизайнеры делали их более сложными и прочными. Подобные эластомерные бамперы были доступны на передней и задней частях Plymouth Barracuda 1970-1971 годов выпуска. В 1971 году Renault представил пластиковый бампер (из компаунда для формования листов) на Renault 5. Современная практика проектирования предусматривает, чтобы конструкция бампера современных автомобилей состояла из пластикового покрытия, установленного поверх усиливающей планки из стали, алюминия, стекловолокна или пластика. Бамперы большинства современных автомобилей изготавливаются из комбинации поликарбоната (PC) и акрилонитрилбутадиенстирола (ABS), известной как PC/ABS.

Физика

Бамперы обеспечивают защиту других компонентов транспортного средства, рассеивая кинетическую энергию, возникающую при ударе. Эта энергия является функцией массы транспортного средства и квадрата его скорости. Кинетическая энергия равна половине произведения массы на квадрат скорости. В формульном виде:

Бампер, защищающий компоненты транспортного средства от повреждений при скорости 5 миль в час, должен быть в четыре раза прочнее бампера, защищающего при скорости 2,5 миль в час, при этом рассеивание энергии удара сосредоточено в передней и задней частях транспортного средства. Незначительное повышение защиты бампера может привести к увеличению веса и снижению топливной экономичности. До 1959 года жесткость считалась полезной для безопасности водителя и пассажиров среди автомобильных инженеров. Современные теории о безопасности транспортных средств при столкновениях указывают на обратное – на автомобили, которые деформируются постепенно. Полностью жесткий автомобиль может обеспечивать отличную защиту компонентов транспортного средства, но при этом будет представлять опасность для водителя и пассажиров.

Безопасность пешеходов

Все чаще бамперы проектируются таким образом, чтобы снизить риск получения травм пешеходами, сбитыми автомобилем, например, за счет использования бамперных накладок из гибких материалов. Особенно передние бамперы опускают и изготавливают из более мягких материалов, таких как пенопласты и пластик, способный к смятию, чтобы уменьшить тяжесть удара по ногам.

Несовпадение высоты

Для легковых автомобилей высота и расположение бамперов юридически установлены как в соответствии с нормами США, так и ЕС. Бамперы не обеспечивают защиту при столкновениях на умеренных скоростях, поскольку во время экстренного торможения подвеска изменяет крен каждого транспортного средства, из-за чего бамперы могут проходить друг под другом при столкновении. Предотвратить наезд сверху и подъезд снизу можно с помощью чрезвычайно высоких поверхностей бампера. Активная подвеска – еще одно решение для поддержания горизонтального положения транспортного средства. Высота бампера над дорожной поверхностью имеет решающее значение для активации других защитных систем. Датчики срабатывания подушек безопасности обычно не активируются до контакта с препятствием, и крайне важно, чтобы передние бамперы были первыми элементами автомобиля, вступающими в контакт при лобовом столкновении, чтобы обеспечить достаточно времени для надува защитных подушек. После гибели актрисы Джейн Мэнсфилд в июне 1967 года в результате аварии с участием автомобиля и грузовика, Национальное управление безопасностью дорожного движения США (NHTSA) рекомендовало обязательное использование заднего противоподъездного устройства, также известного как "балка Мэнсфилда", "балка ICC" или "бампер DOT (Министерства транспорта)". Его высота не должна превышать определенного значения от дороги. Грузоперевозчики в США медленно внедряют эту функцию безопасности, и нет требований к ремонту балок ICC, поврежденных в процессе эксплуатации. Однако в 1996 году NHTSA ужесточило требования к конструкции, предотвращающей задний наезд на прицепах грузовых автомобилей, а Transport Canada пошла еще дальше, установив более строгие требования к энергопоглощающим задним противоподъездным устройствам. В июле 2015 года NHTSA представило предложение об обновлении нормативных требований к производительности противоподъездных устройств. Многие европейские страны также требуют установки боковых противоподъездных устройств для снижения риска смертельных столкновений, когда автомобиль врезается в грузовик сбоку. Однако в Соединенных Штатах они не являются обязательными.

ДВС против автомобиля

Несоответствие высоты бамперов внедорожников и боковых усилителей пассажирских автомобилей привело к серьезным травмам даже при относительно небольших скоростях. В Соединенных Штатах NHTSA изучает способы решения этой проблемы. Помимо опасных столкновений, стоимость ремонта автомобилей после столкновений с участием внедорожников и легковых автомобилей также может быть значительной из-за разницы в высоте. Это несоответствие может приводить к настолько серьезным повреждениям транспортных средств, что они становятся неработоспособными даже после столкновений на низкой скорости.

Регулирование

В большинстве юрисдикций бамперы являются обязательными для всех транспортных средств. Нормативные требования к автомобильным бамперам введены по двум причинам – обеспечить возможность автомобиля выдерживать удары на небольшой скорости без повреждения систем безопасности и защитить пешеходов от травм. Эти требования находятся в противоречии: бамперы, хорошо поглощающие удар и снижающие стоимость ремонта, как правило, представляют большую опасность для пешеходов, а бамперы, более безопасные для пешеходов, обычно обходятся дороже в ремонте. Несмотря на то, что системы бамперов автомобилей разработаны для поглощения энергии при столкновениях на низкой скорости и защиты систем безопасности автомобиля и других дорогостоящих компонентов, большинство бамперов соответствуют лишь минимальным нормативным требованиям.

Международные стандарты

Международные правила безопасности, первоначально разработанные как европейские стандарты под эгидой Организации Объединенных Наций, теперь приняты большинством стран за пределами Северной Америки. Они устанавливают, что системы безопасности автомобиля должны продолжать функционировать нормально после фронтального или заднего удара о неподвижный маятник или движущийся барьер, а также удара в передние и задние углы на высоте над землей, как с загруженным, так и с разгруженным транспортным средством.

Безопасность пешеходов

Европейские страны ввели правила для решения проблемы 270 000 смертей в год в результате дорожно-транспортных происшествий с участием пешеходов и автомобилей по всему миру. Это связано с тем, что "кенгурятник" – жесткая конструкция, передающая всю силу удара пешеходу, в отличие от бампера, который поглощает часть энергии и деформируется. В Европейском союзе запрещена продажа жестких металлических кенгурятников, не соответствующих требованиям безопасности в отношении защиты пешеходов.

Дверные бамперы

Внедорожники часто оснащаются дополнительными внедорожными бамперами из толстого металла для увеличения дорожного просвета, максимизации угла съезда, обеспечения места для установки более крупных шин и дополнительной защиты. Похожие или идентичные кенгурятникам, внедорожные бамперы имеют прочную конструкцию и не поглощают энергию при столкновении за счет пластической деформации, что делает их более опасными для пешеходов, чем стандартные пластиковые бамперы. Законность использования дополнительных внедорожных бамперов варьируется в зависимости от законодательства конкретной юрисдикции.

Соединенные Штаты

Правила, касающиеся бамперов в Соединенных Штатах, направлены на предотвращение снижения безопасности управления транспортным средством при столкновениях на низкой скорости, ограничение повреждений компонентов автомобиля, важных для безопасности, и удержание затрат на ремонт после аварии.

Первые стандарты 1971

Передние и задние бамперы на автомобилях платформы Chrysler A до (слева, 1971) и после (справа, 1974) вступления в силу американского стандарта бамперов, выдерживающих удар при скорости 5 миль в час. Бамперы 1974 года выступают дальше от кузова, а задний больше не содержит задние фонари. В 1971 году Национальное управление безопасностью дорожного движения США (NHTSA) издало первое в стране положение, применимое к бамперам легковых автомобилей. Федеральный стандарт безопасности автомобилей № 215 (FMVSS 215) «Внешняя защита» вступил в силу 1 сентября 1972 года, когда большинство автопроизводителей начали производство автомобилей модельного года 1973. Стандарт запрещал функциональные повреждения определенных компонентов, связанных с безопасностью, таких как фары и компоненты топливной системы, при испытаниях на столкновение с барьером для передних и задних бамперных систем. Эти требования фактически исключили конструкции автомобильных бамперов, включающие встроенные компоненты освещения, такие как задние фонари. В октябре 1972 года Конгресс США принял Закон об информации об автомобилях и экономии затрат (MVICS), который требовал от NHTSA разработать стандарт бампера, обеспечивающий «максимально возможное снижение затрат для общества и потребителей». При рассмотрении учитывались затраты и выгоды от внедрения стандарта, его влияние на страховые взносы и судебные издержки, экономия времени и удобств для потребителей, а также вопросы здоровья и безопасности. Стандарты были ужесточены для легковых автомобилей 1974 года выпуска, с унифицированной высотой передних и задних бамперов, способных выдерживать удары под углом без повреждения фар автомобиля, оборудования безопасности и двигателя. Закон не предусматривал возможности для потребителей «отказаться» от этой защиты. Это часто приводило к увеличению общей длины автомобиля, а также к новым конструкциям передней и задней частей для интеграции более прочных энергопоглощающих бамперов, что увеличивало вес передней и задней частей. Легковые автомобили оснащались гибкими наполнительными панелями, скрывающими зазор между бамперами и кузовом автомобиля, что придавало им «массивный, угловатый вид». Однако другие конструкции бамперов также соответствовали требованиям. Купе AMC Matador 1973 года имело отдельно стоящие бамперы с резиновыми гофрами, скрывающими выдвижные амортизаторы. Соединенные Штаты (слева) и остальной мир (справа). Передние бамперы на Mercedes Benz W116 (вверху), BMW E28 5 серии (в середине), Lamborghini Countach (внизу). Американские бамперы больше и выступают дальше от кузова. Правила, касающиеся бамперов, применялись ко всем легковым автомобилям, как американского, так и импортного производства. За исключением Volvo 240, Porsche 911 и Rolls Royce Silver Shadow, европейские и азиатские автопроизводители, как правило, устанавливали соответствующие бамперы только на автомобили, предназначенные для рынков США и Канады, где действовали эти правила. Это означало, что их североамериканские версии автомобилей отличались от версий той же модели, продаваемых в других странах. Требования США к высоте бампера фактически сделали некоторые модели, такие как Citroën SM, не подлежащими импорту в Соединенные Штаты. В отличие от международных правил безопасности, американские правила не предусматривали гидропневматическую подвеску.

Стандарты нулевого ущерба 1976

Требования, изданные в соответствии с MVICS, были объединены с требованиями Федерального стандарта безопасности автомобилей No 215 (FMVSS 215, "Внешняя защита автомобилей") и изданы в марте 1976 года. Этот новый стандарт бампера был помещен в Кодекс федеральных правил США в 49 CFR 581, отдельно от Федеральных стандартов безопасности автомобилей в 49CFR571. Новые требования, применимые к легковым автомобилям 1979 модельного года, были названы стандартом "фаза I". В то же время, требование нулевого ущерба, "Фаза II", было введено для систем бампера на 1980 и более новых автомобилях. Самые строгие требования применялись к автомобилям моделей 1980 - 1982; требовались испытания на столкновение передних и задней перегородки и маятника, а также не допускалось повреждение бампера за пределами вмятины и смещения от исходного положения бампера. Все автомобили с приводом на колеса "кроссовер", такие как AMC Eagle, классифицировались как многоцелевые транспортные средства или грузовики, и, таким образом, освобождались от стандартов бампера для легковых автомобилей.

Снижение жесткости в 1982 году

Недавно избранная администрация Рейгана взяла на себя обязательство использовать анализ «затраты-выгоды» для снижения регуляторной нагрузки на промышленность, что повлияло на данный стандарт. Как подробно обсуждалось в разделе «Физика», до 1959 года считалось, что чем прочнее конструкция, включая бамперы, тем безопаснее автомобиль. Последующий анализ привел к пониманию принципа работы зон деформации, в отличие от жесткой конструкции, которая оказалась смертельной для пассажиров, поскольку сила удара передавалась непосредственно внутрь транспортного средства и на пассажира. Кроме того, требование о нулевом ущербе на втором этапе было снижено до допустимого уровня повреждений, установленного на первом этапе. Одновременно с этим было установлено требование к высоте бампера для легковых автомобилей. Несмотря на эти результаты, потребительские и страховые организации резко раскритиковали ослабленный стандарт бамперов. Они утверждали, что стандарт 1982 года увеличил общие потребительские расходы без каких-либо сопутствующих преимуществ, кроме как для автопроизводителей. В 1986 году Союз потребителей подал петицию в NHTSA с просьбой вернуться к стандарту второго этапа и предоставить потребителям информацию о прочности бамперов. В 1990 году NHTSA отклонила эту петицию.

Информация для потребителей

В Соединенных Штатах Институт дорожной безопасности (IIHS) подвергает автомобили испытаниям на низких скоростях с использованием барьеров и публикует результаты, включая стоимость ремонта. Автопроизводители, показывающие хорошие результаты в этих испытаниях, обычно распространяют эту информацию. В 1990 году IIHS провел четыре краш-теста на трех экземплярах Plymouth Horizon разных годов выпуска. Результаты иллюстрируют влияние изменений в американских стандартах безопасности бамперов (стоимость ремонта указана в долларах США 1990 года).

Канада

Стандарты автомобильных бамперов в Канаде были впервые введены одновременно со стандартами в Соединенных Штатах. Они были тесно согласованы с американскими нормами, и канадские требования не были снижены в 1982 году, как это было сделано в Соединенных Штатах. Некоторые автопроизводители поставляли более прочные бамперы, соответствующие канадским спецификациям, на всем североамериканском рынке, в то время как другие выбирали более слабые бамперы для рынка США. Это ограничило количество автомобилей, ввозимых по схеме "серый импорт" между США и Канадой. В начале 2009 года канадские нормы были приведены в соответствие с федеральными стандартами США и международными правилами ООН. Как и в США, группы по защите прав потребителей выступили против этих изменений, в то время как канадские регулирующие органы утверждали, что используемая скорость при испытаниях применяется во всем мире и лучше сочетается с улучшенной защитой пешеходов при столкновениях транспортных средств с пешеходами.