سپر خودرو

سپر، سازه ای متصل یا یکپارچه با انتهای جلویی و عقبی یک خودروی موتوری است که در تصادفات کوچک می تواند ضربه را جذب کرده و هزینه های تعمیراتی را کم کند. سپرهای سخت فلزی از سال 1904 بر روی اتومبیل ها وجود داشت و بیشتر عملکرد تزئینی داشت. پیشرفت ها و بهبودهای وسیع در زمینه تکنولوژی و علم مواد به همراه تمرکز بیشتر بر روی عملکرد محافظتی اجزای خودرو و همچنین بهبود در ایمنی منجر به ایجاد تغییراتی در سپرها در طی سال های گذشته شده است. سپرها به صورت ایده آل عدم تطابق در ارتفاع بین خودروها را کم کرده و از عابرین در برابر صدمات محافظت می نمایند. قوانینی برای کاهش هزینه های تعمیراتی خودرو و همچنین جهت جلوگیری از صدمات به عابرین در سال های اخیر وضع شده است.

بیشتر بخوانید: طراحی یک سپر جاذب انرژی

تاریخچه سپر خودرو

سپرها در ابتدا فقط میله های سخت فلزی بودند. جرج آلبرت لیون (G.A.Lyon) اولین سپر خودرو را ابداع نمود. اولین سپر در سال 1897 بر روی خودرو توسط سازنده اهل چک شرکت اتومبیل سازی نسلدورفر (Nesseldorfer) نصب شد. سازه این سپرها آن چنان قابل اتکا نبوده و فقط به عنوان یک عامل تزئینی به کار می رفت. مالکان اولیه خودروها پیچ های فنری جلویی خود را با نمونه های بلندتر که بتوان میله فلزی را به آن ها متصل نمود، تعویض کردند. اولین سپر با کاربرد جذب ضربات در سال 1901 استفاده شد. جنس آن از لاستیک بوده و فردریک سیمز (F. Simms) در سال 1905 برای آن گواهی حق اختراع ثبت نمود.

کادیلاک الدورادو مدل 1955 با سپر کروم Dagmer یا ملقب به «گلوله»

خودروسازان از اواسط دهه 1910 شروع به نصب سپر نمودند اما اکثرا این سپرها از میله-هایی فلزی در جلو و عقب ماشین تشکیل شده بود. اغلب به آن به چشم یک تجهیز انتخابی نگاه می شد اما در دهه 1920 استفاده از سپرها بیشتر و بیشتر مرسوم شد و آن ها به شکل هایی پیچیده تر ساخته شدند. طی دهه های بعد، سپرها با روکش کروم بسیار سنگین، پیچیده و تزیینی شدند تا این که در اواخر دهه 1950 خودروسازان ایالات متحده شروع به ایجاد روند جدیدی در ساخت سپر  کرده و طرح های اختصاصی خود را تولید نمودند. در دهه 1960 استفاده از سپرهای سبک تر تیغی شکل با روکش کروم با یک قطعه فلز رنگ شده به عنوان لبه برای پر کردن فضای زیرین شروع شد. سازه های چندپارچه به عنوان یک استاندارد جدید با استفاده از چراغ ها، جلوپنجره ها و حتی اگزوزها در سپر عقب توسط خودروسازان شناخته شد.

در پونتیاک GTO مدل 1968، جنرال موتور از سپر جلویی رنگ شده از جنس پلاستیک طرح Endure استفاده نمود که در آن ضربات کوچک بدون ایجاد تغییر شکل دائمی توسط سپر جذب می شد. در تبلیغ تلویزیونی آن جان دلوران (J. DeLorean) با یک چکش به آن ضربه وارد می کرد و هیچ صدمه ای به آن وارد نمی شد. سپرهای الاستومر مشابه برای عقب و جلو در ماشین Plymouth Barracuda مدل 1971 فراهم شده بود و رنو نیز برای خودروی رنو 5 خود یک سپر پلاستیکی معرفی نمود.

طرح های امروزی برای سازه سپرهای خودروهای مدرن شامل یک روکش پلاستیکی بر روی یک میله آهنی، آلومینیومی، کامپورپزیت فایبرگلاس یا پلاستیک تقویت شده می باشد. سپرهای اکثر خودروهای امروزی از ترکیبی از پلی کربنات (PC) و اکریلنیتریت بوتادین (ABS) ساخته شده و به PC/ABS معروف هستند.

فورد A مدل 1927-1931 با سپرهای فلزی

فیزیک سپر خودرو

سپرها توسط پراکنده کردن انرژی حرکتی تولید شده حین ضربه، از دیگر اجزای خودرو محافظت به عمل می آورند. این انرژی تابعی از جرم خودرو و مربع سرعت می باشد. انرژی حرکتی معادل با ½ حاصل ضرب جرم در مربع سرعت می باشد. در زیر فرمول آن آورده شده است:

در صورت فرض این که انرژی حاصل از تصادف در انتهای عقبی و جلویی خودرو پخش شود، سپری که بتواند از خودرو در سرعت 5 مایل در ساعت محافظت کند باید 4 برابر قوی تر از سپری باشد که می تواند در سرعت 5/2 مایل در ساعت از خودرو مراقبت کند. هرگونه تغییرات کوچک در افزایش مقاومت در سپرها می تواند منجر به افزایش وزن خودرو و بالاتر رفتن مصرف سوخت آن شود.

تا سال 1959، چنین ساختار مستحکمی به عنوان یک نقطه قوت برای ایمنی مسافران در بین مهندسان صنعت اتومبیل شناخته می شد. نظریه های مدرن علم تصادف در خودروها اما نظری در خلاف این نکته را نشان می دهد و بیان می دارد که بهتر است خودروها شدت ضربه وارده به کابین را کم نموده و آن را با استفاده از تغیر شکل دیگر قسمت های خودرو جذب نمایند. یک خودروی کاملأ مستحکم می تواند محافظت خوبی از اجزای خود داشته باشد اما ایمنی آن برای مسافران بسیار ضعیف است.

سپر عقب با چراغ های پشتی داخلی و یک محافظ لاستیکی

ایمنی سپر خودرو برای عابران

سپرها امروزه به نحوی ساخته می شوند که بتوانند آسیب به عابرینی که با خودرو تصادف می کنند را به حداقل برسانند، به همین دلیل اغلب از پوشش هایی از جنس مواد منعطف ساخته می شوند. سپر جلو به خصوص ارتفاع کم تری داشته و از جنس مواد نرم تر ساخته می شوند و در آن ها از فوم و پلاستیک جمع شونده استفاده می شود تا بتوان با آن از شدت ضربه وارده به پاها کم کرد. همچنین کشورهای اروپایی مقرراتی برای حل معضل مرگ سالانه 270000 عابر پیاده در جهان بر اثر تصادفات جاده ای اندیشیده اند.

اهمیت ارتفاع سپر خودرو نسبت به سطح زمین

برای خودروهای سواری، ارتفاع و محل جایگیری سپرها به صورت قانونی توسط مقررات ایالات متحده و اروپا مشخص می شود. سپرها محافظتی در برابر سرعت های متوسط تصادف ندارند زیرا حین ترمز گیری اضطراری، سیستم تعلیق گام هر خودرو را تغییر می دهد؛ بنابراین سپرها می توانند در هنگام تصادف یکدیگر را بای پس نمایند. جلوگیری از رد شدن یا زیر کردن را می توان با استفاده از سطوح بسیار بلند سپر جبران نمود. تعلیق فعال یکی دیگر از روش های حفظ سطح خودرو می باشد.

ارتفاع سپر نسبت به سطح جاده در درگیر نمودن دیگر سیستم های محافظتی از اهمیت بالایی برخوردار است. سنسورهای فعال سازی ایربگ (کیسه هوا) خودرو معمولأ تا قبل از برخورد با موانع فعال نمی شوند و بسیار مهم است که سپرهای جلو اولین قطعاتی از خودرو باشند که در صورت تصادف از جلو برخورد در آن ها شکل گیرد تا خودرو زمان کافی برای فعال سازی ایربگ های خود داشته باشد.

مناطق جذب انرژی در تصادف اگر به صورت فیزیکی بای پس شوند، کاملأ ناکارآمد هستند؛ یک مثال شدید برای این امر هنگامی است که یک خودروی سواری با یک کامیون تصادف می کند و در آن اولین بخشی از خودرو که در آن تماس حاصل می شود، شیشه جلویی خودروی سواری می باشد.

آسیب ناشی از یک تصادف با سرعت پایین اما اختلاف ارتفاع بالا؛ سیستم جذب انرژی سپر جلویی کاملأ در این تصادف منفعل بوده و لمس نشده است.

سپر کامیون ها 

تصادفات منجر به زیر گرفته شدن که در آن ها یک خودروی کوچک مانند یک خودروی سدان به زیر یک خودروی بزرگ تر نظیر یک کامیون می رود، عمومأ منجر به جراحات بسیار شدید و در اکثر موارد مرگ می شود. شاسی در یک کامیون معمولی معمولأ ارتفاعی برابر با موقعیت سر در یک ماشین سواری دارد و حتی در سرعت های متوسط برخورد نیز می تواند منجر به آسیب های بسیار شدید در ناحیه سر شود. هر سال در حدود 500 نفر در آمریکا جان خود را در چنین تصادفاتی از دست می دهند.

به دنبال مرگ بازیگر جین منسفیلد (J. Mansfield) در سال 1967 در یک تصادف خودرو با کامیون، اداره ملی ایمنی ترافیک جاده ای ایالات متحده استفاده از یک حفاظ برای قسمت پشت کامیون در ارتفاع پایین را که به «حفاظ منسفیلد» یا میله ICC یا سپر DOT (وزارت حمل و نقل) معروف شده، پیشنهاد داد. این سپر نباید ارتفاعی بیش از 22 اینچ (56 سانتیمتر) از سطح زمین داشته باشد. صنعت کامیون سازی نسبت به این به روزرسانی بسیار آهسته عمل کرده است و الزامی برای تعمیر میله های ICC صدمه دیده در سرویس ها نیست. اگرچه در سال 1996، NHTSA الزامات مربوط به سازه عقبی جلوگیری از زیرگیری در کامیون ها را به روزرسانی کرده و حمل و نقل کانادا حتی الزامات سخت گیرانه تری برای استفاده از سپرهای زیرین جاذب انرژی به کار برده است. در جولای سال 2015، NHTSA یک پیشنهاد به منظور به روزرسانی الزامات کارایی برای سپرهای زیرین در ایالات متحده ارائه نمود.

بسیاری از کشورهای اروپایی نیز استفاده از سپرهای زیرین در طرفین را اجباری نموده اند تا از شدت تصادفات مرگ بار در هنگام برخورد خودرو از طرفین با کامیون ها جلوگیری نمایند. انواع مختلفی از چنین سپرهای کناری برای کامیون ها در ژاپن، ایالات متحده و کانادا استفاده می شود. اگرچه استفاده از آن ها به طور قانونی در ایالات متحده تصریح نشده است.

قانون بین المللی شماره 58 چهار الزام برای سیستم های محافظتی زیرین (RUPDs) و نحوه نصب آن ها اعمال کرده است و در آن ها مشخص شده که چه نوع کامیون و کشنده ای باید از چه ارتفاعی که شامل گزینه های 45، 50 یا 55 سانتی متری می باشد، استفاده نماید.

سپر خودروها در برابر سپرهای SUV

اختلاف بین ارتفاع در سپرهای SUV و خودروهای سواری منجر به صدمات شدیدی حتی در سرعت های نسبتأ پایین می شود. برخلاف کامیون ها، استفاده از SUVها با سپرهایی بلندتر از 22 اینچ (56 سانتی متر) در ایالات متحده ممنوع است، همین طور این امر برای خودروهایی که مخزن سوختشان زیر اکسل عقب باشد نیز (مانند فورد Pinto) ممنوع هستند. در ایلات متحده NHTSA مشغول مطالعه درباره چگونگی حل این مشکل از سال 2014 است.

جدا از صدمات جانی، هزینه های تعمیرات تصادفات خودروهای سواری و SUV می تواند به دلیل اختلاف در ارتفاع بسیار بالا باشد. این اختلاف می تواند منجر به صدمات بسیار شدیدی به خودرو شود تا این حد که حتی بعد از تصادفات با سرعت پایین نیز عملأ خودرو دیگر قابل استفاده نباشد.

سپر آزاد با استاندارد mph5 با قابلیت جذب آسیب صفر بر روی خودروی کوپه AMC Matador مدل 1976

مقررات مرتبط با سپر خودرو

در اکثر حوزه ها، سپرها به صورت قانونی برای کلیه خودروها لازم هستند. مقررات سپرهای اتومبیل ها به دو دلیل به کار می رود؛ به منظور اجازه به خودرو تا در هنگام تصادفات سبک بتواند سیستم ایمنی خود را دست نخورده نگه دارد و همچنین به منظور محافظت از عابرین در مقابل صدمات. این الزامات در مواقعی با یکدیگر در تضاد هستند: سپرهایی که به خوبی در برابر ضربه مقاومت می کنند و هزینه های تعمیراتی کمی در هنگام تصادفات دارند می توانند باعث صدمات بیشتری به عابرین شوند، در حالی که سپرهای مناسب عابران هزینه تعمیراتی بالاتری دارند.

اگرچه که سیستم های سپر خودروها به نحوی طراحی شده اند که انرژی تصادفات سبک را جذب نمایند و به حفظ ایمنی خودرو و دیگر قطعات گران قیمت در اطراف خود کمک کنند، اما اکثر سپرها به نحوی طراحی می شوند که فقط بتوانند الزامات قانونی را در حداقل ترین حالت آن رعایت کنند.

پونتیاک GTO (مدل 1968-1972) با سپرهای پیشتاز الاستومری برای جذب تصادفات کوچک بدون تغییرشکل دائمی

استانداردهای بین المللی سپرها

مقررات ایمنی بین المللی اولین بار از قوانین اروپایی و تحت نظارت سازمان ملل گرفته شد و هم اکنون توسط اکثر کشورهای خارج از آمریکای شمالی استفاده می شود. این قانون بیان می  دارد که سیستم های ایمنی خودرو باید پس از یک مرتبه برخورد یک آونگ یا مانع متحرک با سرعت 4 کیلومتر بر ساعت (5/2 مایل بر ساعت) به عقب و جلوی خودرو و یا یک مانع با سرعت 5/2 کیلومتر (6/1 مایل) در ساعت با کناره ها، به صورت طبیعی کار نمایند.

سپرهای میله کله گاوی و کاربردشان

سپرهای مخصوصی به نام میله های کله گاوی به منظور حفاظت از خودروها در محیط های روستایی در برابر برخورد با حیوانات بزرگ به کار می رود. اگرچه مطالعات نشان داده که استفاده از چنین سپرهایی باعث افزایش خطر مرگ یا جراحات شدید برای عابران در محیط های شهری خواهد شد زیرا سپر کله گاوی بسیار سخت بوده و برخلاف سپرهای معمولی که مقداری از ضربه را جذب می نمایند، تمامی نیرو را به عابر پیاده منتقل می کنند. در اتحادیه اروپا، فروش سپرهای کله گاوی که منطبق با استانداردهای محافظت از عابران نباشد، ممنوع شده است.

سپرهای خارج از جاده ای

خودروهای خارج از جاده معمولأ از سپرهای موجود در بازار پس از فروش که از میله های سنگین فلزی تشکیل شده به منظور بهبود سطح ارتفاع از جاده، افزایش زاویه حمله، تایرهای بزرگتر و تضمین استحکام بیشتر استفاده می کنند. مشابه با سپرهای کله گاوی، سپرهای خارج از جاده ساختاری مستحکم داشته و در تصادفات هیچ نیرویی را در خود جذب نخواهند نمود که این امر موجب بالا رفتن خطر برای عابرین خواهد شد. میزان قانونی بودن سپرهای خارج از جاده در هر حوزه قضایی با دیگر مناطق ممکن است اختلافاتی داشته باشد.

لینکولن Capri مدل 1955 با سپرهای کروم بزرگ و سنگین در اواسط قرن بیستم

اولین استانداردهای سپرها

در سال 1971، اداره ملی ایمنی ترافیک جاده ایالات متحده (NHTSA) اولین مقررات در کشور برای سپرهای خودروهای مسافری را پیشنهاد نمود. استاندارد ایمنی خودروی موتوری فدرال به شماره 215 (FMVSS 215) ملقب به « محافظت بیرونی» در 1 سپتامبر سال 1972 هنگامی که اکثر خودروسازها در حال تولید مدل سال 1973 خود بودند، وضع شد. این استاندارد تعیین کننده خصوصیات در عملکرد حین تصادف برای اجزای مربوطه مانند چراغ های جلویی و مخزن سوخت در هنگام تصادف آزمایشی خودرو با مانع در سرعت 5 مایل (8 کیلومتر) بر ساعت برای جلو و 5/2 مایل (4 کیلومتر) بر ساعت برای عقب می باشد. این الزامات سبب تغییر طراحی در سپر خودروهایی شد که در قبل از چراغ در داخل سپر خودرو استفاده می نمودند.

در اکتبر سال 1972، کنگره ایالات متحده قانون اجرایی پس انداز هزینه و اطلاعات در خودروهای موتوری (MVICS) را اجرا نمود که در آن از NHTSA خواسته شده که استانداردی برای سپر طراحی کند که بتوان با آن بیش ترین صرفه جویی را در هزینه برای عموم و مصرف کننده فراهم آورد. عواملی نظیر هزینه و مزایای به کارگیری، اثر استاندارد بر هزینه های بیمه ای و عوارض قانونی، ذخیره زمان برای مصرف کننده و همچنین نگرانی-های مربوط به سلامت و ایمنی در نظر گرفته شد. خودروهای سواری مدل سال 1973 فروخته شده در ایالات متحده از طراحی های متنوعی بهره برده بودند. تعدادی از آن ها از نسخه های لاستیک سخت و غیردینامیک با جاذب های ضربه تلسکوپی پر شده از روغن و نیتروژن به منظور بازگشت به شکل قبلی در هنگام تصادف استفاده کردند.

این استانداردها در سال 1974 سخت گیرانه تر شد و ارتفاع سپر جلو و عقب به نحوی تنظیم شد که بتواند زاویه برخورد مناسبی در سرعت 5 مایل بر ساعت داشته و در آن آسیبی به چراغ ها و موتور و تجهیزات ایمنی خودرو وارد نشود. هیچ گونه بندی در قانون برای سرپیچی از این قوانین وجود ندارد.

سپرهای جلویی و عقبی در یک کرایسلر A Platform  در قبل (سمت چپ، سال 1971) و بعد (سمت راست، سال 1974) که در آن قانون mph5 ایالات متحده اجرا شد. سپرهای جدید بیشتر از بدنه بیرون آمده بودند و سپرهای عقبی دیگر در خود کاسه چراغ نداشتند.

اثر مقررات بر طراحی سپرها

خودروهای بازار آمریکا در سال های 1973 تا 1982 به سپرهایی حجیم، سنگین و بیرون زده برای مطابقت با استاندارد 5 مایل بر ساعت مجهز شده بودند. به این دلیل طول خودروها بسیار زیاد بود و طراحی آن زمان موجب شده بود که وزن خودرو بسیار زیاد شود. خودروهای سواری بین سپر و بدنه خودرو از پانل های فضاپرکن منعطف استفاده می کردند و به همین دلیل ظاهری عظیم جثه و غول پیکر داشتند. یکی از استثنائات آن زمان خودروی کوپه AMC Matador بود که از سپرهای «آزاد» با پاتابه (گتر) لاستیکی همراه با جاذب های ضربه مخفی استفاده می نمود.

مدل آمریکایی (سمت چپ) و مدل مخصوص دیگر نقاط دنیا (سمت راست)

سپر های جلو بر روی مرسدس بنز W116، بی ام و سری 5، لامبورگینی کونتاش.

سپرهای آمریکایی بزرگتر بوده و از ماشین بیشتر بیرون آمده اند.

تمامی خودروهای داخلی این مشخصه را داشتند، همچنین خودروهای وارداتی نیز باید از این قانون پیروی می کردند. با تعداد استثنای بسیار اندک نظیر ولوو 240 و رولزرویس Silver Shadow، خودروسازان خارجی فقط این مشخصه را در بازارهایی که اجبار وجود داشت می فروختند که شامل آمریکا و کانادا می شد و در دیگر نقاط دنیا مدل ها ظاهری بسیار متفاوت داشتند.

الزامات ارتفاع سپر در ایالات متحده بسیاری از مدل ها مانند سیتروئن SM را از فروش در ایالات متحده محروم ساخت. برخلاف مقررات بین المللی ایمنی، مقررات ایالات متحده بدون درنظر گرفتن سیستم های تعلیق هیدروپنوماتیکی نوشته شده بود.

چنانچه در خصوص لوازم یدکی هیوندای و لوازم یدکی کیا نیاز به راهنمایی دارید میتوانید با کارشناسان ما تماس بگیرید تا شما را راهنمایی کنند.