Бампер — это конструкция, прикрепленная к передней и задней части автомобиля или встроенная в нее , предназначенная для поглощения удара при незначительном столкновении, что в идеале минимизирует затраты на ремонт. [1] Жесткие металлические бамперы появились на автомобилях еще в 1904 году и имели в основном декоративную функцию. [2] Многочисленные разработки, усовершенствования материалов и технологий, а также повышенное внимание к функциональности защиты компонентов автомобиля и повышению безопасности с течением времени изменили бамперы. Бамперы идеально минимизируют несоответствие высоты между транспортными средствами и защищают пешеходов от травм . Были приняты меры регулирования для снижения затрат на ремонт транспортных средств и, в последнее время, воздействия на пешеходов.
Бамперы поначалу представляли собой просто жесткие металлические прутья. [3] Джордж Альберт Лайон изобрел самый первый автомобильный бампер. Первый бампер появился на автомобиле в 1897 году, и установил его чешский автопроизводитель Nesselsdorfer Wagenbau-Fabriksgesellschaft. Конструкция этих бамперов не была надежной, поскольку выполняла лишь косметическую функцию. Ранние владельцы автомобилей заменяли болт подвески передней пружины на достаточно длинный, чтобы можно было прикрепить металлический стержень. [2] Дж. Д. Фишер запатентовал кронштейн бампера, упрощающий крепление аксессуара. [2] Первый бампер, предназначенный для поглощения ударов, появился в 1901 году. Он был сделан из резины, а Фредерик Симмс получил патент на это изобретение в 1905 году. [4]
Бамперы были добавлены автопроизводителями в середине 1910-х годов, но состояли из стальных полос спереди и сзади. [5] Бамперы, которые часто рассматривались как дополнительный аксессуар, становились все более распространенными в 1920-х годах, поскольку автомобильные дизайнеры делали их более сложными и солидными. [5] В течение следующих десятилетий хромированные бамперы становились тяжелыми, сложными и все более декоративными до конца 1950-х годов, когда американские автопроизводители начали устанавливать новые тенденции в бамперах и дизайн, специфичный для бренда. [5] В 1960-х годах использовались более легкие хромированные лопастные бамперы с окрашенной металлической обшивкой, заполняющей пространство под ним. [5] Составная конструкция стала нормой, поскольку автопроизводители включили в бамперы решетки , освещение и даже задний выхлоп .
На Pontiac GTO 1968 года компания General Motors установила пластиковый передний бампер Endura цвета кузова, предназначенный для поглощения ударов на низкой скорости без остаточной деформации. Это было показано в телевизионной рекламе, где Джон ДеЛорин ударил кувалдой по бамперу , но никаких повреждений не произошло. [6] Подобные эластомерные бамперы были доступны на передней и задней части Plymouth Barracuda 1970-71 годов . [7] В 1971 году Renault представила на Renault 5 пластиковый бампер ( листовой формовочный компаунд ) . [8]
Современная практика проектирования заключается в том, что конструкция бампера на современных автомобилях состоит из пластиковой крышки поверх арматурного стержня, изготовленного из стали, алюминия, композитного стекловолокна или пластика. [9] Бамперы большинства современных автомобилей изготовлены из комбинации поликарбоната (ПК) и акрилонитрила-бутадиен-стирола (АБС), называемого ПК/АБС. [ нужна цитата ]
Бамперы обеспечивают защиту других компонентов автомобиля, рассеивая кинетическую энергию , возникающую при ударе . Эта энергия является функцией массы и скорости транспортного средства в квадрате . [10] Кинетическая энергия равна 1/2 произведения массы на квадрат скорости. В виде формулы:
Бампер, который защищает компоненты автомобиля от повреждений на скорости 5 миль в час, должен быть в четыре раза прочнее, чем бампер, защищающий на скорости 2,5 мили в час, при этом рассеивание энергии столкновения концентрируется в крайней передней и задней части автомобиля. Небольшое увеличение защиты бампера может привести к увеличению веса и снижению топливной эффективности .
До 1959 года инженеры-автомобилестроители считали такую жесткость полезной для безопасности пассажиров . [11] Современные теории ударопрочности транспортных средств указывают в противоположном направлении: автомобили постепенно деформируются . [12] Полностью жесткий автомобиль может иметь отличную защиту бампера для компонентов автомобиля, но обеспечивать низкую безопасность пассажиров . [13]
Бамперы все чаще проектируются для уменьшения травм пешеходов , сбитых автомобилями, например, за счет использования накладок на бамперы, изготовленных из гибких материалов. Передние бамперы, в частности, были занижены и изготовлены из более мягких материалов, таких как пенопласт и сминаемый пластик, чтобы уменьшить тяжесть воздействия на ноги. [14]
Для легковых автомобилей высота и расположение бамперов законодательно определены правилами США и ЕС. Бамперы не защищают от столкновений на средней скорости, поскольку при экстренном торможении подвеска меняет наклон каждого автомобиля, поэтому при столкновении автомобилей бамперы могут обходить друг друга. Предотвратить перерегулирование и недорегулирование можно за счет чрезвычайно высоких поверхностей бампера. [15] Активная подвеска — еще одно решение, позволяющее удерживать автомобиль ровно.
Высота бампера от поверхности проезжей части важна для задействования других защитных систем. Датчики срабатывания подушек безопасности обычно не срабатывают до тех пор, пока они не коснутся препятствия, и важно, чтобы передние бамперы были первыми частями автомобиля, соприкасающимися в случае лобового столкновения, чтобы оставить достаточно времени для надувания защитных подушек. [16]
Энергопоглощающие зоны давления совершенно неэффективны, если их физически обойти; крайний пример этого имеет место, когда приподнятая платформа тягача-прицепа совершенно не попадает в передний бампер легкового автомобиля и первый контакт происходит со стеклом лобового стекла салона.
Столкновения при движении под уклоном , при которых транспортное средство меньшего размера, например пассажирский седан, проскальзывает под транспортное средство большего размера, например тягач с прицепом, часто приводят к тяжелым травмам или гибели людей. Платформа типичного тягача с прицепом находится на высоте головы сидящего взрослого человека в обычном легковом автомобиле и, таким образом, может вызвать серьезную травму головы даже при столкновении на средней скорости. Ежегодно в США таким образом погибают около 500 человек. [17]
После гибели актрисы Джейн Мэнсфилд в июне 1967 года в автокатастрофе Национальное управление безопасности дорожного движения США рекомендовало установить заднюю противоподкатную защиту, также известную как «мэнсфилдская планка», « штанга ICC » или «DOT ( Департамент транспорта) бампер». [18] [19] Они не должны находиться на расстоянии более 22 дюймов (56 см) от дороги. Транспортная отрасль США не спешила модернизировать эту функцию безопасности [16] , и нет никаких требований по ремонту планок ICC, поврежденных в процессе эксплуатации. [20] Однако в 1996 году Национальное управление безопасности дорожного движения (NHTSA) повысило требования к конструкции защиты от подкатывания сзади на прицепах грузовых автомобилей, а компания Transport Canada пошла еще дальше, введя еще более строгие требования к энергопоглощающим ограждениям задней подвески. [21] В июле 2015 года НАБДД выступило с предложением повысить требования США к характеристикам противоподкатных ограждений. [22]
Во многих европейских странах также требуются боковые защитные ограждения для предотвращения смертельных столкновений, когда автомобиль сталкивается с грузовиком сбоку. [17] Различные типы боковых защитных устройств такого типа используются в Японии, США и Канаде. [23] Однако в США они не требуются. [17]
Правила 58 ООН устанавливают требования к задним противоподкатным устройствам (ЗУПД) и их установке, среди которых то, что грузовые автомобили и прицепы различных типов должны иметь такие устройства высотой над землей не более 45 см (17,7 дюйма), 50 см ( 19,7 дюйма) или 55 см (21,7 дюйма). [24]
Несоответствие высоты бампера внедорожника и боковых балок легкового автомобиля привело к серьезным травмам на относительно низких скоростях. [16] [25] В США НАБДД изучает способы решения этой проблемы с 2014 года [обновлять]. [26]
Помимо смертельных столкновений, затраты на ремонт при столкновении легкового автомобиля с внедорожником также могут быть значительными из-за несоответствия высоты. [27] Это несоответствие может привести к настолько серьезному повреждению транспортных средств, что они станут неработоспособными после столкновений на низкой скорости. [28]
В большинстве юрисдикций по закону наличие бамперов требуется на всех транспортных средствах. Правила в отношении автомобильных бамперов были введены по двум причинам: чтобы позволить автомобилю выдержать удар на низкой скорости без ущерба для систем безопасности транспортного средства, а также для защиты пешеходов от травм. Эти требования противоречат друг другу: бамперы, которые хорошо выдерживают удары и минимизируют затраты на ремонт, как правило, больше травмируют пешеходов, в то время как бамперы, удобные для пешеходов, обычно требуют более высоких затрат на ремонт. [29]
Хотя системы бамперов автомобиля предназначены для поглощения энергии столкновений на низкой скорости и помогают защитить безопасность автомобиля и других дорогостоящих компонентов, расположенных поблизости, большинство бамперов спроектированы так, чтобы соответствовать только минимальным нормативным стандартам. [30]
Международные правила безопасности , первоначально разработанные как европейские стандарты под эгидой Организации Объединенных Наций , в настоящее время приняты большинством стран за пределами Северной Америки. В них указано, что системы безопасности автомобиля должны нормально функционировать после прямолинейного удара маятника или движущегося барьера со скоростью 4 км/ч (2,5 мили в час) спереди и сзади, а также в переднем и заднем углах со скоростью 2,5 км/ч. (1,6 миль в час) на высоте 45,5 см (18 дюймов) над землей при загруженном или незагруженном автомобиле. [26] [31]
Европейские страны ввели правила, направленные на решение проблемы 270 000 смертей ежегодно в результате дорожно-транспортных происшествий с участием пешеходов и автомобилей во всем мире . [14]
Специализированные бамперы, известные как « барьеры » или «барьеры», защищают транспортные средства в сельской местности от столкновений с крупными животными. Однако исследования показали, что такие дуги увеличивают угрозу смерти и серьезных травм пешеходов в городских условиях, [32] поскольку дуга жесткая и передает всю силу столкновения пешеходу, в отличие от бампера, который поглощает некоторую силу. и мнется. В Европейском Союзе запрещена продажа жестких металлических дуг, не соответствующих соответствующим стандартам безопасности пешеходов. [33]
Внедорожники часто используют внедорожные бамперы послепродажного обслуживания, изготовленные из толстого металла, чтобы улучшить клиренс (высоту над местностью), максимизировать углы съезда, очистить шины большего размера и обеспечить дополнительную защиту. Похожие или идентичные дугам защиты, бамперы для бездорожья имеют жесткую конструкцию и не поглощают (за счет пластической деформации) никакой энергии при столкновении, что более опасно для пешеходов, чем заводские пластиковые бамперы. Законность внедорожных бамперов на вторичном рынке зависит от юрисдикции.
Правила использования бамперов в США сосредоточены на предотвращении аварий на низкой скорости, нарушающих безопасную эксплуатацию транспортного средства, ограничении ущерба компонентам транспортного средства, связанных с безопасностью, и сдерживании затрат на ремонт после аварии. [34] [35]
В 1971 году Национальное управление безопасности дорожного движения США (NHTSA) издало первые в стране правила, применимые к бамперам легковых автомобилей. Федеральный стандарт безопасности транспортных средств № 215 (FMVSS 215) «Внешняя защита» вступил в силу 1 сентября 1972 года, когда большинство автопроизводителей начали производить свои автомобили 1973 модельного года . [36] Стандарт запрещает функциональные повреждения определенных компонентов, связанных с безопасностью, таких как фары и компоненты топливной системы, когда транспортное средство подвергается барьерным краш-тестам на скорости 5 миль в час (8 км/ч) спереди и 2,5 миль в час (4 км/ч). h) для систем заднего бампера. [37] Эти требования фактически исключили конструкции автомобильных бамперов, в которых использовались встроенные компоненты автомобильного освещения , такие как задние фонари.
В октябре 1972 года Конгресс США принял Закон об информации об транспортных средствах и экономии затрат (MVICS), который потребовал от NHTSA выпустить стандарт на бамперы, который обеспечивает «максимально возможное снижение затрат для населения и потребителя». [38] Рассмотренные факторы включали затраты и выгоды от внедрения, влияние стандарта на расходы на страхование и судебные издержки, экономию времени потребителей и устранение неудобств, а также соображения здоровья и безопасности. [36]
Легковые автомобили 1973 модельного года, продаваемые в США, имели разный дизайн. Они варьировались от нединамических версий с цельнорезиновыми ограждениями до «восстанавливаемых» конструкций с телескопическими амортизаторами, заполненными маслом и азотом. [39]
Стандарты были еще более ужесточены для легковых автомобилей 1974 модельного года с передним и задним бамперами стандартной высоты, которые могли выдерживать угловые удары на скорости 5 миль в час (8 км / ч) без повреждения фар, защитного оборудования и двигателя. В законе не было положения, позволяющего потребителям «отказаться» от этой защиты. [36]
В правилах указаны характеристики бампера; они не предписывали какую-то конкретную конструкцию бампера. Тем не менее, многие автомобили для рынка США были оснащены громоздкими, массивными, выступающими бамперами, чтобы соответствовать стандарту бамперов со скоростью 5 миль в час, действовавшему с 1973 по 1982 год. [36] [40] Это часто означало дополнительную общую длину автомобиля. , а также новый дизайн передней и задней части автомобиля, включающий более прочные энергопоглощающие бамперы, увеличивающие вес конечностей автомобиля. [36] [41] Легковые автомобили имели гибкие наполнители, скрывающие зазоры между бамперами и кузовом автомобиля, из-за чего они имели «массивный, блочный вид». [42] Однако другие конструкции бамперов также отвечали этим требованиям. Купе AMC Matador 1973 года имело отдельно стоящие бамперы с резиновыми чехлами , скрывавшими выдвижные амортизаторы. [42] Бамперы «Endura», соответствующие правилам, но тесно интегрированные в переднюю часть кузова, использовались на таких моделях, как Pontiac Grand Am , начиная с 1973 года, и Chevrolet Monte Carlo , начиная с 1978 года, и имели значительно меньшую массу, чем тяжелые хромированные бамперы. стальные бамперы с отдельными поглотителями энергии удара. [43] [44]
Правила в отношении бамперов распространялись на все легковые автомобили, 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 автомобили для Северной Америки обычно выглядели иначе, чем версии той же модели, продаваемые в других местах.
Требования США к высоте бампера фактически сделали некоторые модели, такие как Citroën SM , неприемлемыми для импорта в Соединенные Штаты. В отличие от международных правил безопасности , правила США были написаны без положений о гидропневматической подвеске . [45]
Требования, обнародованные в рамках MVICS, были объединены с требованиями Федерального стандарта безопасности транспортных средств № 215 (FMVSS 215, «Внешняя защита транспортных средств») и опубликованы в марте 1976 года. Этот новый стандарт на бамперы был включен в Кодекс федеральных правил США по адресу: 49 CFR 581, отдельно от Федеральных стандартов безопасности транспортных средств (49CFR571). Новые требования, применимые к легковым автомобилям 1979 модельного года , получили название стандарта «Фаза I». В то же время для бамперных систем автомобилей 1980 года выпуска и новее было введено требование нулевого повреждения, «Фаза II». Самые строгие требования предъявлялись к автомобилям моделей 1980–1982 годов выпуска; Требовалось провести краш-тесты переднего и заднего барьера и маятника на скорости 5 миль в час (8 км/ч), при этом не допускалось никаких повреждений бампера, кроме вмятины размером 3 ⁄ 8 дюйма (10 мм) и 3 ⁄ 4 дюйма (19 мм). мм) смещение бампера от исходного положения. [46]
Полноприводные «кроссоверные» автомобили, такие как AMC Eagle, были классифицированы как многоцелевые автомобили или грузовики и, таким образом, освобождены от стандартов на бамперы для легковых автомобилей. [47]
Недавно избранная администрация Рейгана обязалась использовать анализ затрат и выгод для снижения нормативной нагрузки на промышленность, что повлияло на этот стандарт. [48]
Как подробно обсуждалось в разделе «Физика» , до 1959 года люди считали, что чем прочнее конструкция, включая бамперы, тем безопаснее автомобиль. Более поздний анализ привел к пониманию зон деформации , а не жесткой конструкции, которая оказалась смертельной для пассажиров, поскольку сила удара шла прямо внутрь автомобиля и на пассажира. [11]
В мае 1982 года NHTSA внесло поправки в стандарт бамперов, сократив вдвое скорость передних и задних краш-тестов для автомобильных бамперов 1983 года и более новых моделей с 5 миль в час (8 км/ч) до 2,5 миль в час (4 км/ч), а также при столкновении на повороте. испытательные скорости от 3 миль в час (5 км/ч) до 1,5 миль в час (2 км/ч). [49] Кроме того, требование Фаза II о нулевом повреждении было отменено до допусков на ущерб Фазы I. В то же время было установлено требование к высоте бампера легкового автомобиля от 16 до 20 дюймов (41–51 см). легковые автомобили. [46]
НАБДД оценило результаты изменений в 1987 году, отметив, что это привело к снижению веса и производственных затрат, что компенсировалось более высокими затратами на ремонт. [50]
Несмотря на эти выводы, как потребительские, так и страховые группы осудили ослабление стандарта бампера. Они представили аргумент, что стандарт 1982 года увеличил общие потребительские расходы без каких-либо сопутствующих выгод, за исключением автопроизводителей. [38] [51] [52] [53] В 1986 году Союз потребителей обратился в NHTSA с просьбой вернуться к стандарту фазы II и раскрыть потребителям информацию о прочности бампера. В 1990 году НАБДД отклонило это ходатайство. [54]
В США Страховой институт дорожной безопасности (IIHS) подвергает транспортные средства испытаниям с барьером на низкой скорости (6 миль в час или 9,7 км/ч) и публикует результаты, включая стоимость ремонта. [55] Автопроизводители, добившиеся успеха в этих тестах, склонны публиковать результаты. [56]
В 1990 году IIHS провел четыре краш-теста на трех экземплярах Plymouth Horizon , выпущенных в разные годы . Результаты иллюстрируют влияние изменений в правилах использования бамперов в США (затраты на ремонт указаны в долларах США 1990 года ): [54]
Бамперы сегодня предназначены для уменьшения травм пешеходов и минимизации веса на концах транспортного средства, тем самым повышая защиту пассажиров от постепенного смятия в серьезной аварии. [57] Они больше не изготавливаются из стали и резины, [57] а представляют собой пластиковую внешнюю панель поверх легкого, ударопоглощающего сердцевины из пенополистирола . [57]
Стандарты автомобильных бамперов в Канаде были впервые приняты одновременно со стандартами в США. Они были очень похожи на правила США о скорости 8 км/ч (5 миль в час), а канадские требования не были снижены до 4 км/ч (2,5 миль в час) в 1982 году, как это было сделано в Соединенных Штатах. [58]
Некоторые автопроизводители решили предоставить более прочные бамперы канадской спецификации на рынке Северной Америки, в то время как другие предпочли предоставить более слабые бамперы на рынке США. Это ограничило импорт серых автомобилей между США и Канадой. [59]
В начале 2009 года регулирование Канады было изменено и приведено в соответствие с федеральными стандартами США и международными правилами ООН . [60] Как и в США, группы защиты потребителей выступили против этого изменения, в то время как канадские регулирующие органы утверждали, что испытательная скорость 4 км/ч (2,5 мили в час) используется во всем мире и более совместима с улучшенной защитой пешеходов при авариях между транспортными средствами и пешеходами . [61]
Снижение скорости, разделенное на время, в течение которого оно происходит, определяет замедление.
Силы, вызывающие травмы, пропорциональны замедлению, испытываемому пассажиром.
Защита пассажиров направлена на снижение этих сил за счет распределения изменений скорости движения пассажира на более длительный период времени.
Теоретически наилучшей защитой было бы замедление пассажира с начальной скорости автомобиля до нулевой скорости с постоянным замедлением, используя все расстояние между телом пассажира и точкой удара транспортного средства.
В предыдущем примере при начальной скорости 50 км/ч и предположении, что водитель сидит на расстоянии 2,5 м за передним бампером, результирующее среднее замедление составит 4 G, что неудобно, но маловероятно, что приведет даже к незначительной травме.
Правила № 58 ООН: Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения [1] Задних противоподкатных устройств (ЗУПД) [II] Транспортных средств в отношении установки ЗУП официально утвержденного типа [III] Транспортных средств в отношении их задней противоподкатной защиты ( РУП)]
действующего стандарта на бамперы в США является уменьшение повреждений системы бамперов и, таким образом, предоставление американским потребителям более низких затрат на замену и ремонт поврежденного бампера, а также сохранение целостности систем безопасности.
Но в 1974 году все изменилось: новые американские правила ввели новые бамперы и сделали практически невозможным продажу автомобиля с регулируемой высотой подвески без тяжелых и очень дорогих технических модификаций.
Citroen был вынужден сдаться в Соединенных Штатах, тщетно надеясь на отказ.