Бампер — это конструкция, прикрепленная или интегрированная с передней и задней частями транспортного средства , для поглощения удара при незначительном столкновении, в идеале минимизируя 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 большее внимание к функциональности для защиты компонентов транспортного средства и повышения безопасности изменили бамперы на протяжении многих лет. Бамперы идеально минимизируют несоответствия высоты между транспортными средствами и защищают пешеходов от травм . Были приняты нормативные меры для снижения затрат на ремонт транспортных средств и, в последнее время, воздействия на пешеходов.
Бамперы поначалу представляли собой просто жесткие металлические стержни. [3] Джордж Альберт Лион изобрел самый ранний автомобильный бампер. Первый бампер появился на транспортном средстве в 1897 году, и его установил австрийский автопроизводитель Nesselsdorfer Wagenbau-Fabriksgesellschaft. Конструкция этих бамперов была ненадежной, поскольку они выполняли только косметическую функцию. Первые владельцы автомобилей заменяли болт подвески передней рессоры на достаточно длинный, чтобы прикрепить металлический стержень. [2] Г. Д. Фишер запатентовал кронштейн бампера, чтобы упростить крепление аксессуара. [2] Первый бампер, предназначенный для поглощения ударов, появился в 1901 году. Он был сделан из резины, и Фредерик Симмс получил патент в 1905 году. [4]
Автопроизводители добавили бамперы в середине 1910-х годов, но они состояли из полоски стали поперек передней и задней части. [5] Часто рассматриваемые как дополнительный аксессуар, бамперы стали все более распространенными в 1920-х годах, поскольку автомобильные дизайнеры делали их более сложными и существенными. [5] В течение следующих десятилетий хромированные бамперы становились тяжелыми, сложными и все более декоративными, пока в конце 1950-х годов американские автопроизводители не начали устанавливать новые тенденции в бамперах и дизайн, специфичный для бренда. [5] В 1960-х годах использовались более легкие хромированные лезвиеобразные бамперы с окрашенным металлическим обтекателем, заполняющим пространство под ним. [5] Многокомпонентная конструкция стала нормой, поскольку автопроизводители встраивали решетки , освещение и даже заднюю выхлопную систему в бамперы.
На Pontiac GTO 1968 года компания General Motors установила пластиковый передний бампер «Endura» в цвет кузова, предназначенный для поглощения ударов на низкой скорости без постоянной деформации. Он был показан в телевизионной рекламе, где Джон ДеЛореан бил по бамперу кувалдой, и никаких повреждений не произошло. [6] Аналогичные эластомерные бамперы были доступны спереди и сзади Plymouth Barracuda 1970-71 годов . [7] В 1971 году компания Renault представила пластиковый бампер ( листовой формовочный компаунд ) на Renault 5. [8]
Текущая практика проектирования бампера на современных автомобилях состоит из пластикового покрытия поверх арматурного стержня, изготовленного из стали, алюминия, стекловолоконного композита или пластика. [9] Бамперы большинства современных автомобилей изготавливаются из комбинации поликарбоната (ПК) и акрилонитрилбутадиенстирола (АБС), называемой ПК/АБС. [ необходима цитата ]
Бамперы обеспечивают защиту других компонентов транспортного средства, рассеивая кинетическую энергию, генерируемую при ударе . Эта энергия является функцией массы транспортного средства и квадрата скорости . [10] Кинетическая энергия равна 1/2 произведения массы на квадрат скорости. В виде формулы:
Бампер, защищающий компоненты автомобиля от повреждений на скорости 5 миль в час, должен быть в четыре раза прочнее бампера, защищающего 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 потере топливной эффективности .
До 1959 года среди инженеров-автомобилестроителей считалось, что жесткость кузова способствует безопасности пассажиров . [11] Современные теории ударопрочности транспортных средств указывают в противоположном направлении, в сторону транспортных средств, которые постепенно сминаются . [12] Полностью жесткое транспортное средство может иметь отличную защиту бампера для компонентов транспортного средства, но будет обеспечивать низкую безопасность пассажиров . [13]
Бамперы все чаще разрабатываются для смягчения травм пешеходов , сбитых автомобилями, например, путем использования бамперных покрытий из гибких материалов. Передние бамперы, в частности, были опущены и сделаны из более мягких материалов, таких как пены и сминаемые пластмассы, чтобы уменьшить тяжесть удара по ногам. [14]
Для легковых автомобилей высота и размещение бамперов законодательно регламентированы как в США, так и в ЕС. Бамперы не защищают от столкновений на средней скорости, поскольку во время экстренного торможения подвеска изменяет наклон каждого транспортного средства, поэтому бамперы могут объезжать друг друга при столкновении транспортных средств. Предотвращение переезда и подъезда может быть достигнуто за счет чрезвычайно высоких поверхностей бампера. [15] Активная подвеска — еще одно решение для поддержания уровня транспортного средства.
Высота бампера от поверхности дороги имеет важное значение для задействования других защитных систем. Датчики раскрытия подушек безопасности обычно не срабатывают до контакта с препятствием, и крайне важно, чтобы передние бамперы были первыми частями транспортного средства, которые вступят в контакт в случае лобового столкновения, чтобы оставить достаточно времени для надувания защитных подушек. [16]
Зоны сдавливания, поглощающие энергию, совершенно неэффективны, если их физически обойти; экстремальным примером этого является ситуация, когда приподнятая платформа тягача с прицепом полностью проходит мимо переднего бампера легкового автомобиля, и первый контакт происходит с лобовым стеклом пассажирского салона.
Столкновения с подъездом , при которых небольшое транспортное средство, например, легковой седан, проскальзывает под более крупное транспортное средство, например, тягач с прицепом, часто приводят к серьезным травмам или гибели людей. Платформа типичного тягача с прицепом находится на уровне головы сидящих взрослых в типичном легковом автомобиле и, таким образом, может вызвать серьезную травму головы даже при столкновении на средней скорости. Ежегодно в Соединенных Штатах таким образом погибает около 500 человек. [17]
После гибели актрисы Джейн Мэнсфилд в результате автокатастрофы с участием грузовика в июне 1967 года Национальная администрация безопасности дорожного движения США рекомендовала обязательную установку заднего противоподкатного бруса, также известного как «дуга Мэнсфилда», « дуга ICC » или «бампер DOT (Департамент транспорта)». [18] [19] Они не могут находиться на расстоянии более 22 дюймов (56 см) от дороги. Грузоперевозочная отрасль США не спешила модернизировать эту функцию безопасности, [16] и нет никаких требований по ремонту дуг ICC, поврежденных в процессе эксплуатации. [20] Однако в 1996 году NHTSA повысило требования к задней противоподкатной конструкции на прицепах для грузовиков, а Министерство транспорта Канады пошло дальше, введя еще более строгие требования к энергопоглощающим задним противоподкатным брусам. [21] В июле 2015 года NHTSA выпустило предложение об обновлении требований к эксплуатационным характеристикам противоподкатных брусьев в США. [22]
Многие европейские страны также требуют установки боковых противоподкатных защит для смягчения смертельных столкновений, когда легковой автомобиль ударяет грузовик сбоку. [17] Различные типы боковых противоподкатных защит такого рода используются в Японии, США и Канаде. [23] Однако в Соединенных Штатах они не требуются. [17]
В Постановлении ООН № 58 изложены требования к задним противоподкатным защитным устройствам (ЗПУ) и их установке, среди которых указано, что грузовики 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 ударных балок легкового автомобиля привело к серьезным травмам на относительно низких скоростях. [16] [25] В Соединенных Штатах NHTSA изучает, как решить эту проблему с 2014 года [обновлять]. [26]
Помимо смертельных случаев, расходы на ремонт столкновений легковых автомобилей и внедорожников также могут быть значительными из-за несоответствия высоты. [ 27] Это несоответствие может привести к тому, что транспортные средства будут настолько сильно повреждены, что они станут неуправляемыми после столкновений на низкой скорости. [28]
В большинстве юрисдикций бамперы являются обязательными для всех транспортных средств. Правила для автомобильных бамперов были введены по двум причинам: чтобы позволить автомобилю выдерживать удар на низкой скорости без повреждения систем безопасности транспортного средства и чтобы защитить пешеходов от травм. Эти требования противоречат друг другу: бамперы, которые хорошо выдерживают удар и минимизируют затраты на ремонт, как правило, больше травмируют пешеходов, в то время как бамперы, удобные для пешеходов, как правило, требуют более высоких затрат на ремонт. [29]
Хотя бамперные системы автомобиля предназначены для поглощения энергии столкновений на низкой скорости и помогают защитить безопасность автомобиля и другие дорогостоящие близлежащие компоненты, большинство бамперов спроектированы так, чтобы соответствовать только минимальным нормативным стандартам. [30]
Международные правила безопасности , изначально разработанные как европейские стандарты под эгидой Организации Объединенных Наций , теперь приняты большинством стран за пределами Северной Америки. Они определяют, что системы безопасности автомобиля должны нормально функционировать после прямого удара маятником или движущимся препятствием на скорости 4 км/ч (2,5 мили/ч) спереди и сзади, а также в передние и задние углы на скорости 2,5 км/ч (1,6 мили/ч) на высоте 45,5 см (18 дюймов) над землей с загруженным или незагруженным автомобилем. [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 « бульбары » или «ру бары», защищают транспортные средства в сельской местности от столкновений с крупными животными. Однако исследования показали, что такие бамперы увеличивают угрозу смерти и серьезных травм пешеходов в городских условиях, [32] поскольку бульбар жесткий и передает всю силу столкновения пешеходу, в отличие от бампера, который поглощает часть силы и сминается. [33] [34] В Европейском союзе запрещена продажа жестких металлических бульбаров, которые не соответствуют соответствующим стандартам безопасности для защиты пешеходов. [35]
Внедорожники часто используют бамперы для бездорожья, изготовленные из толстого металла, для улучшения клиренса (высоты над поверхностью), максимизации углов съезда, освобождения больших шин и обеспечения дополнительной защиты. Похожий или идентичный защитным дугам, бампер для бездорожья имеет жесткую конструкцию и не поглощает (пластической деформацией) энергию при столкновении, что более опасно для пешеходов, чем заводские пластиковые бамперы. Законность бамперов для бездорожья, изготовленных на вторичном рынке, зависит от юрисдикции.
Правила, касающиеся бамперов, в Соединенных Штатах направлены на предотвращение аварий на низкой скорости, которые могут повлиять на безопасную эксплуатацию транспортного средства, ограничение ущерба компонентам транспортного средства, связанным с безопасностью, и сдерживание затрат на ремонт после аварии. [36] [37]
В 1971 году Национальная администрация безопасности дорожного движения США (NHTSA) выпустила первый в стране регламент, применимый 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 выпуск своих автомобилей модельного года 1973. [38] Стандарт запрещал функциональные повреждения определенных компонентов, связанных с безопасностью, таких как фары и компоненты топливной системы, когда транспортное средство подвергается испытаниям на столкновение с барьером на скорости 5 миль в час (8 км/ч) для передних и 2,5 мили в час (4 км/ч) для задних бамперов. [39] Требования фактически исключили конструкции автомобильных бамперов, которые имели встроенные автомобильные осветительные компоненты, такие как задние фонари.
В октябре 1972 года Конгресс США принял Закон об информации о транспортных средствах и экономии затрат (MVICS), который потребовал от NHTSA выпустить стандарт бампера, который обеспечивает «максимально возможное снижение затрат для общественности и потребителя». [40] Рассматривались такие факторы, как затраты и выгоды от внедрения, влияние стандарта на страховые расходы и судебные издержки, экономия времени потребителя и устранение неудобств, а также соображения охраны здоровья и безопасности. [38]
Легковые автомобили 1973 модельного года, продаваемые в США, использовали различные конструкции. Они варьировались от нединамических версий с цельными резиновыми защитами до «восстанавливаемых» конструкций с телескопическими амортизаторами, заполненными маслом и азотом. [41]
Стандарты были еще больше ужесточены для легковых автомобилей 1974 модельного года, с передними и задними бамперами стандартной высоты, которые могли выдерживать угловые удары на скорости 5 миль в час (8 км/ч) без повреждения фар автомобиля, оборудования безопасности и двигателя. В законе не было положения, позволяющего потребителям «отказаться» от этой защиты. [38]
Правила определяли производительность бампера; они не предписывали какой-либо конкретной конструкции бампера. Тем не менее, многие автомобили для рынка США были оснащены громоздкими, массивными, выступающими бамперами, чтобы соответствовать стандарту бампера 5 миль в час, действовавшему с 1973 по 1982 год. [38] [42] Это часто означало дополнительную общую длину транспортного средства, а также новые конструкции передней и задней части для включения более мощных энергопоглощающих бамперов, добавляя вес оконечностям транспортного средства. [38] [43] Легковые автомобили отличались скрывающими зазоры гибкими панелями-наполнителями между бамперами и кузовом автомобиля, из-за чего они имели «массивный, блочный вид». [44] Однако другие конструкции бамперов также соответствовали требованиям. Купе AMC Matador 1973 года имело отдельно стоящие бамперы с резиновыми чехлами, чтобы скрыть выдвижные амортизаторы. [44] Бамперы «Endura», соответствующие правилам, но плотно 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, имея значительно меньшую массу, чем тяжелые хромированные стальные бамперы с отдельными поглотителями энергии удара. [45] [46]
Правила по бамперам распространялись на все легковые автомобили, как американского производства , так и импортные. 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 правила. Это означало, что их североамериканские автомобили, как правило, выглядели иначе, чем версии той же модели, продаваемые в других местах.
Требования США к высоте бампера фактически сделали некоторые модели, такие как Citroën SM , неподходящими для импорта в Соединенные Штаты. В отличие от международных правил безопасности , правила США были написаны без учета гидропневматической подвески . [47]
Требования, принятые в рамках MVICS, были объединены с требованиями Федерального стандарта безопасности транспортных средств номер 215 (FMVSS 215, «Внешняя защита транспортных средств») и приняты в марте 1976 года. Этот новый стандарт бампера был помещен в Кодекс федеральных правил США в 49 CFR 581, отдельно от Федеральных стандартов безопасности транспортных средств в 49CFR571. Новые требования, применимые к легковым автомобилям 1979 модельного года , были названы стандартом «Фаза I». В то же время было введено требование нулевого повреждения, «Фаза II», для систем бампера на автомобилях 1980 года и более новых. Самые строгие требования применялись к автомобилям моделей 1980–1982 годов; Требовались испытания на краш-тест с передним и задним барьером и маятниковым ударом на скорости 5 миль в час (8 км/ч), и не допускалось никаких повреждений бампера, кроме вмятины размером 3 ⁄ 8 дюйма (10 мм) и смещения бампера на 3 ⁄ 4 дюйма (19 мм) от исходного положения. [48]
Полноприводные «кроссоверы» типа AMC Eagle классифицировались как многоцелевые транспортные средства или грузовики и, таким образом, освобождались от стандартов бамперов для легковых автомобилей. [49]
Недавно избранная администрация Рейгана пообещала использовать анализ затрат и выгод для снижения нормативной нагрузки на промышленность, что повлияло на этот стандарт. [50]
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]
NHTSA внесла поправки в стандарт бампера в мае 1982 года, уменьшив вдвое скорость переднего и заднего краш-теста для бамперов автомобилей 1983 года и более новых с 5 миль в час (8 км/ч) до 2,5 миль в час (4 км/ч), а также скорость углового краш-теста с 3 миль в час (5 км/ч) до 1,5 миль в час (2 км/ч). [51] Кроме того, требование нулевого повреждения Фазы II было сведено к допустимым повреждениям Фазы I. В то же время для легковых автомобилей было установлено требование высоты бампера от 16 до 20 дюймов (41–51 см). [48]
NHTSA оценила результаты этого изменения в 1987 году, отметив, что оно привело к снижению веса и производственных затрат, что компенсировалось более высокими расходами на ремонт. [52]
Несмотря на эти выводы, группы потребителей и страховщиков осудили ослабленный стандарт бампера. Они утверждали, что стандарт 1982 года увеличил общие потребительские расходы без каких-либо сопутствующих выгод, за исключением автопроизводителей. [40] [53] [54] [55] В 1986 году Союз потребителей подал петицию в NHTSA с требованием вернуться к стандарту Фазы II и раскрыть потребителям информацию о прочности бампера. В 1990 году NHTSA отклонила эту петицию. [56]
В Соединенных Штатах Страховой институт безопасности дорожного движения (IIHS) подвергает транспортные средства испытаниям на низкой скорости (6 миль в час или 9,7 км/ч) и публикует результаты, включая стоимость ремонта. [57] Производители автомобилей, которые успешно проходят эти испытания, как правило, публикуют результаты. [58]
В 1990 году IIHS провел четыре краш-теста на трех образцах Plymouth Horizon разных годов выпуска. Результаты иллюстрируют эффект изменений в правилах США по бамперам (стоимость ремонта указана в долларах США 1990 года ): [56]
Современные бамперы разработаны для смягчения травм пешеходов и минимизации веса на концах транспортного средства, тем самым увеличивая защиту пассажиров от прогрессирующего смятия в случае серьезной аварии. [59] Они больше не изготавливаются из стали и резины, [59] а из пластиковой внешней панели поверх легкого, поглощающего удары пенополистирола . [59]
Стандарты бамперов автомобилей в Канаде были впервые приняты одновременно с теми, что и в Соединенных Штатах. Они были очень похожи на американское правило 8 км/ч (5 миль/ч), и канадские требования не были снижены до 4 км/ч (2,5 миль/ч) в 1982 году, как это было сделано в Соединенных Штатах. [60]
Некоторые автопроизводители поставляли более прочные бамперы канадской спецификации на североамериканском рынке, в то время как другие выбирали более слабые бамперы на рынке США. Это ограничивало серый импорт автомобилей между США и Канадой. [61]
В начале 2009 года канадские правила были изменены в сторону соответствия федеральным стандартам США и международным правилам ООН . [62] Как и в США, группы защиты прав потребителей выступили против изменений, в то время как канадские регулирующие органы утверждали, что испытательная скорость 4 км/ч (2,5 мили/ч) используется во всем мире и более совместима с улучшенной защитой пешеходов при столкновениях транспортных средств с пешеходами . [63]
Снижение скорости, деленное на время, в течение которого оно происходит, определяет замедление. Силы, вызывающие травмы, пропорциональны замедлению, испытываемому пассажиром. Защита пассажиров направлена на уменьшение этих сил путем распределения изменений скорости пассажира на более длительные промежутки времени. Теоретически наилучшей защитой для пассажира было бы замедление от начальной скорости автомобиля до нулевой скорости с постоянным замедлением, используя все расстояние между телом пассажира и точкой удара автомобиля. В предыдущем примере с начальной скоростью 50 км/ч и предположением, что водитель сидит в 2,5 м за передним бампером, результирующее среднее замедление составило бы 4 G, что неудобно, но вряд ли приведет даже к незначительной травме.
Регламент ООН № 58: Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения [1] задних противоподкатных защитных устройств (RUPD) [II] транспортных средств в отношении установки RUPD утвержденного типа [III ] транспортных средств в отношении их задней противоподкатной защиты (RUP)]
действующего в США стандарта бамперов является снижение повреждений бамперной системы и, таким образом, предоставление американским потребителям более низкой стоимости замены и ремонта поврежденного бампера, а также сохранение целостности систем безопасности.
Но в 1974 г. все изменилось: новые американские правила ввели новые бамперы и сделали практически невозможным продажу автомобиля с переменной высотой подвески без тяжелых и очень дорогих технических модификаций. Citroën пришлось сдаться в Соединенных Штатах после тщетных надежд на отказ.