سپر ماشین یا آنچه در زبان انگلیسی تخصصی وابسته به صنعت خودرو به نام بامپر (Bumper/ضربه‌گیر) می‌شناسیم، بخشی از خودرو است که وظیفه جذب (و نه دفع) ضربات واردشده حاصل از برخوردهای کوچک و حفظ سلامت ساختار فنی و ظاهری خودرو، سرنشینان و عابران پیاده را بر عهده دارد. از ابتدای پیدایش سپر در صنعت خودروسازی تا کنون، این بخش تغییرات بسیار شگرف و پیچیده‌ای به خود دیده است و هیچ‌گاه به اندازه امروز در صنعت خودرو به آن توجه نشده است.

سپر خودرو در صنعت خودروسازی امروز به اندازه‌ای مهم و حیاتی است که بسیاری از قوانین جهانی صنعت خودروسازی (از جمله قانون فدرال آمریکا تحت نام استاندارد سپرسازی) به‌صورت انحصاری به نوع طراحی و ساخت آن اختصاص یافته‌اند، چرا که این بخش نه‌تنها با سلامت خودرو، بلکه با سلامت مستقیم عابران پیاده و همچنین سرنشینان خودرو در ارتباط مستقیم است.

سپر ماشین چیست؟

پیش از آنکه بخواهیم در ذهن خود به دنبال تعریف دقیق سپر ماشین کنکاش کنیم، باید بدانیم که این بخش از گذشته‌های بسیار دور برای خود تعریف مجزا داشته است. تعریف ابتدایی سپر می‌گوید که این بخش «قطعه‌ای است که در قسمت جلو یا عقب وسائل نقلیه موتوری قرار می‌گیرد و وظیفه آن جذب ضربات حاصل از برخوردهای کوچک و کاهش هزینه‌های وارده بر وسیله نقلیه است.»

اما این تعریف بیش از حد ساده و برای توصیف آنچه سپرهای امروزی خودروهای مدرن انجام می‌دهند، کاملا ناکارآمد است.

اولین سپر ماشین

روایت‌های متفاوتی از خلق اولین سپر در صنعت خودروسازی گفته می‌شود، اما اولین سپر مورد استفاده در خودرو مربوط به سال‌های ابتدایی صنعت خودروسازی است که تاریخ آن به سال ۱۸۹۷ میلادی باز‌می‌گردد. جورج آلبرت لیان (G.A. Lyon) آمریکایی، اولین کسی بود که ایده نصب یک قطعه فلزی در جلو و عقب وسایل نقلیه به ذهنش خطور کرد. کسی که بعدها در صنعت خودروسازی، اختراعات دیگری چون پوشش فلزی تایر زاپاس، روکش‌های فلزی و پلاستیکی سفید رنگ در تایرهای دور سفید و قالپاق تزئیناتی از جنس استیل ضد زنگ را نیز در کارنامه خود دارد.

اما اولین سپری که به واقع برای جذب ضربان حاصل از تصادف خلق شد، مربوط به سال ۱۹۰۱ و به تلاش فردریک سیمز (Frederick Simms) بریتانیایی بود که از قطعات پلاستیکی ساخته شد. او توانست در سال ۱۹۰۵ ایده خود را رسما به ثبت برساند.

در دهه ۱۹۱۰ میلادی سپر خودروها بیشتر شبیه به یک قطعه فلزی بزرگ بودند که به عنوان آپشنی اضافه بر خودروهای تولیدی به کار گرفته می‌شدند و وجود و عدم وجود آن‌ها از اهمیت چندانی برخوردار نبود. در دهه ۱۹۲۰ میلادی، طراحان صنعت خودرو، سپر را به عنوان یک المان تزئیناتی در ظاهر خودرو پذیرفتند و با اعمال طراحی‌های متمایز و متفاوت، سعی کردند تا این بخش سربار را به عنوان عضوی از بدنه خودرو به خریداران تحمیل کنند. با ورود به دهه ۱۹۳۰ میلادی و رواج یافتن روش‌های ساده‌تر آبکاری فلز، سپر خودرو به یک بخش اساسی و مهم در زمینه تزئینات کرومی اتومبیل بدل شد. اگرچه این رویه تا دهه ۱۹۴۰ میلادی همچنان پیاده شد، اما سپرها هنوز نقش چندانی در جذب و حتی دفع ضربات وارده به خودرو نداشتند و بیشتر به عنوان یک تیرآهن زیبا ایفای نقش می‌کردند.

عملکرد سپر ماشین در دهه ۱۹۵۰ میلادی با دخالت طراحان و خودروسازان آمریکایی نقش پررنگ‌تری به خود گرفت، چراکه در این دهه هر خودروساز سبک طراحی خاص و منحصر به خود را برای طراحی سپرهای خود به کار گرفتند که حالا معرف برند و به نوعی امضای آن خودروساز به حساب می‌آمدند. شاید بهترین مثال‌ در این زمینه سپر خودروهای لوکس مانند کادیلاک الدورادو ۱۹۵۳ باشد. در ابتدای دهه ۱۹۶۰ میلادی و تغییر شگرفی که در سبک طراحی جهانی خودروها ایجاد شد، قطعات پلاستیکی به پشت سپرها افزوده شد که در ایران به فیلر سپر (Filler/به معنای پرکننده) شناخته می‌شود. وظیفه فیلر پر کردن فضای خالی حد فاصل پشت سپر تا بدنه خودرو بود تا ظاهر خودرو جلوه‌ای عجیب و غریب به خود نگیرد.

تا سال ۱۹۵۹ میلادی، باور عموم مردم آن بود که هرچه سپر خودروها محکم‌تر باشد، خودرو و سرنشینان آن ایمن‌تر خواهند بود. این باور اشتباه بعدها و از طریق مطالعات عملی کاملا رد شد و نتیجه آن به طراحی نقطه شکست (Crumple Zone) در شاسی خودروها انجامید که به عنوان یکی از حیاتی‌ترین محل‌های جذب ضربات و یکی از مهم‌ترین فاکتورهای ایمنی سرنشینان خودرو شناخته می‌شود.

در انتهای دهه ۱۹۶۰ میلادی، شرکت جنرال موتورز برای اولین بار از سپر پلاستیکی در پونتیاک GTO رونمایی کرد که به دلیل داشتن ساختاری منعطف، در برابر ضربات نسبتا ضعیف، واکنش بسیار خوبی به نمایش می‌گذاشت. جان دلورین (John DeLorean/مخترع، مهندس و بنیان‌گذار شرکت خودروسازی DMC)، مدیر توسعه محصول پونتیاک در آن دوران بود. او در یک تبلیغ تلوزیونی مربوط به پونتیاک GTO مدل ۱۹۶۸، با یک پتک فلزی محکم بر سپر این خودرو می‌کوبد در حالی که هیچ اثری از ضربه بر روی سپر ماشین مشاهده نمی‌شود. این تبلیغ بسیار مشهور در سرنوشت و آینده سپرسازی تاثیر شگرفی گذاشت چرا که بسیاری دیگر از خودروسازان از آن پس به استفاده از این متریال پلاستیکی در ساخت سپرهای خود روی آوردند.

سپر آمریکایی در برابر سپر اروپایی

در سال ۱۹۷۱ و در راستای وضع اولین قانون مربوط به ایمن‌سازی سپر خودروها از سوی اداره ملی ایمنی ترافیک اتوبان‌های آمریکا (NHTSA)، سپر ماشین ها چه از نوع فلزی و چه پلاستیکی، به ضربه‌گیرهای هیدرولیکی یا فنری قرار گرفته در داخل شاسی مجهز شدند تا بتوانند تاثیر بیشتری در دفع ضربات داشته باشند و در نتیجه از سلامت چراغ‌ها، مخزن سوخت و ادوات حیاتی خودرو تا سرعت پنج مایل بر ساعت (هشت کیلومتر بر ساعت) محافظت کنند.

این قانون به قانون «سپرهای ۵ مایل» شهرت یافت. از آن پس استفاده از این تکنولوژی در ساختار خودروهای آمریکایی به یک استاندارد اجباری بدل شد. استانداردی که خودروسازان اروپایی را برای دریافت مجوز واردات محصول به خاک ایالات متحده آمریکا، مجبور به اطاعت کرد. دقیقا بر اساس همین قانون بود که اصطلاح پرحاشیه «سپر آمریکایی» را در میان خودروهای کلاسیک اروپایی، مخصوصا در میان انواع مرسدس بنز و بی ام و رواج داد، چراکه نمونه‌های وارداتی به خاک آمریکا از سپرهای بزرگ‌تر مجهز به ضربه‌گیر بهره‌مند شدند.

این قانون باعث شد ظاهر خودروهای اروپایی که تحت نظارت این قانون طراحی نشده بودند، شکل عجیب و غریب و بعضا زشت به خود بگیرند. قطعات لاستیکی و سپرهای بزرگی که به منظور پیروی از قانون سپرهای ۵ مایل بر خودروهای اروپایی وارداتی به خاک آمریکا نصب شد، اعتراضات بسیار زیادی را در علاقه‌مندان و خریداران برانگیخت، ولی برای خودروساز اروپایی که تشنه بازار بزرگ آمریکای شمالی بودند، اطاعت از این قانون اجتناب‌ناپذیر بود. اما همچنان هیچ‌یک از این دست سپرها به واقع برای حفاظت از جان عابران پیاده طراحی نشده بودند.

در سال ۱۹۸۲ میلادی و در دولت رئیس جمهور رونالد ریگان، قوانین سختگیرانه سپر ۵ مایل هزینه‌بردار ارزیابی و این قانون با نرمش مواجه شد تا هزینه تولید خودرو کاهش یابد. اما مطالعات NHTSA در سال ۱۹۸۷ نشان داد که عدم سخت‌گیری در قوانین ساخت سپر ماشین در حقیقت به افزایش هزینه‌های جاری تعمیرات خودرو آسیب دیده منجر شود و در زمینه کاهش هزینه‌ها تا حدودی نتیجه معکوس داشته است.

آغاز سپر مدرن

با ورود به دهه ۱۹۹۰ میلادی، خودروسازان از تجربیات حاصل از تست‌ها و مطالعات در راستای طراحی و تولید سپرها و شاسی‌های بهتر کمک گرفتند. در نتیجه سپر ماشین دیگر یک قطعه تیرآهن نبود و حالا از اجزای پیچیده‌تر با طراحی مهندسی‌شده بهره می‌بردند.

در این دهه تقریبا سپر همه خودروها به نوع پلاستیکی سبک (معمولا از جنس فایبرگلس یا پلاستیک فشرده) تغییر یافته بودند که فضای خالی حد فاصل پشت آن‌ها تا دیاق سپر (قطعه فلزی تشکیل‌دهنده ساختار اصلی سپر ماشین)، با فوم فشرده یا پلاستیک‌های نرم پر شده بود. این مجموعه پیچیده سپس به کمک دیاق بر روی سرشاسی‌ها با پیچ متصل می‌شد. از آن پس خود سرشاسی‌ها تا حد فاصل ستون A (نزدیک به فایروال)، از یک یا چند نقطه شکست (Crumple Zone) تشکیل شده بودند که همگی و در ساختاری منسجم، قابلیت جذب ضربات متعدد و متفاوتی را برعهده داشتند. به این ترتیب که سپر خودرو ضربات سبک و نقاط شکست ضربات سنگین حاصل از تصادف‌های سرعت بالا را جذب می‌کردند تا شتاب اعمال‌شده به سرنشینان در تصادف‌ها تا حد امکان کاهش پیدا کند و احتمال بروز آسیب‌های فیزیکی و جانی کاهش یابد.

نقطه شکست چیست؟

کرامپل زون یا نقطه شکست، به بخشی از ساختار به ظاهر مستحکم شاسی خودرو (معمولا در سرشاسی جلو و عقب) گفته می‌شود که بر خلاف ظاهر، آنچنان هم قدرتمند نیست. در حقیقت وظیفه نقاط شکست در شاسی خودروها، له و جمع شدن آکاردئونی تحت ضربه سنگین حاصل از تصادف‌های جدی است. این له شدن آکاردئونی، مدت زمان وارد شدن نیروی ضربه به سرنشینان را در حد چند صدم ثانیه افزایش می‌دهد. در نتیجه بر اساس علم فیزیک، افزایش مدت زمان اعمال نیرو موجب کاهش شتاب و کاهش چشمگیر نیروی ضربه به سرنشینان می‌شود. خروجی این مهندسی کاهش خیره‌کننده آسیب‌های سر، شکستگی پایه جمجمه، آسیب گردن و شکستگی پاهای سرنشینان بود.

در آن دوران، ترکیب پیچیده سپرهای نوین و سبک با کمک نقاط شکست و کمربند ایمنی (و البته وجود کیسه ایمنی هوا در برخی خودروهای آن زمان)، تا میزان خیره‌کننده‌ای از آسیب وارده به سرنشینان خودرو کاست. اگرچه استفاده از نقاط شکست تا حدود زیادی آسیب‌های وارده به اجزای فنی پیشرانه و شاسی خودرو را افزایش داد، اما حفظ جان انسان‌ها به مراتب مهم‌تر از حفظ سلامت فنی خودرو و اجزای آن است. دقیقا به دلیل وجود همین نقاط شکست است که در بیشتر خودروهای مدرن، شاید یک تصادف به ظاهر جزئی به بروز آسیب شاسی و نیاز به تعمیرات سنگین و هزینه‌بردار (نظیر شاسی‌کِشی یا تعویض نیم‌شاسی) منجر شود، اما حداقل خون از دماغ سرنشینان جاری نمی‌شود.

سپر ماشین امروزی

تا اینجای کار اولویت کاری سپر در خودروها از حفظ ایمنی خودرو و اجزای آن، به حفظ امنیت و سلامت سرنشینان خودرو تغییر پیدا کرد. اما عابران پیاده چطور؟

در سال‌های پس از ۲۰۰۰، خودروسازان کم‌کم توجه خود را به طراحی و تولید سپرهایی معطوف کردند که در برخورد با عابران پیاده نیز با نرمش رفتار کنند. تا آن زمان، تمامی تلاش‌های مهندسی به‌کار گرفته‌شده برای حفظ سلامتی، تنها تمرکز بر جان سرنشینان خودرو بود که در ابتدای قرن بیستم به نتایج راضی‌کننده‌ای منجر شد. بر اساس گزارش سازمان بهداشت جهانی (WHO) که در سال ۲۰۱۳ انتشار یافت، میزان تلفات جاده‌ای سالانه برای عابران پیاده رقم خیره‌کننده ۲۷۰ هزار نفر بود که این تعداد، ۲۲ درصد از تلفات سالانه یک میلیون و ۲۴۰ هزار نفری تصادفات جاده‌ای را دربر می‌گرفت.

در نتیجه خودروسازان با ورود به دهه ۲۰۱۰، توجه بیشتری را بر موضوع حفظ سلامت عابران پیاده اختصاص دادند که خودروسازی ولوو سوئد، یکی از پیشگامان این حوزه بود. بر اساس تست‌ها و آزمون‌های سختگیرانه انجام شده از سوی موسسه‌های ایمنی و استاندارد مشهور نظیر IIHS و N-Cap اروپا در همکاری مستقیم با خودروسازان بزرگ جهان، مشخص شد که برای حفظ ایمنی و سلامت عابران پیاده، لازم است جاهایی فراتر از سپر ماشین مورد بازنگری و مهندسی نوین قرار بگیرند.

اگر صنعت خودرو را در دهه گذشته دنبال کرده باشید، می‌دانید که تقریبا تمامی خودروسازان جهان از حدود سال ۲۰۱۰ به بعد، زبان طراحی خود را تغییر دادند. مرسدس بنز، بی ام و، آئودی، کادیلاک، جنرال موتورز، کرایسلر، رنو و بسیاری دیگر از خودروسازان جهان از آن دوران به بعد به سبک طراحی روی آوردند که در آن دماغه خودروها تقریبا بر سطح زمین عمود شد. دلیل آن است که اولین محل برخورد خودرو با یک عابر پیاده، دقیقا محل برخورد سپر با ساق، ران و زانو و بعد از آن محل برخورد سر عابران با کاپوت خودرو است. با عمود و تخت‌تر کردن نمای جلو خودروها، محل برخورد احتمالی با عابر پیاده به یک سطح به مراتب بزرگ‌تر از سپرهای رایج بدل شد تا نیروی ضربه در بخش بزرگ‌تری از بدن عابر پخش و آسیب وارده کم‌تر شود.

همچنین متریال به‌کاررفته در ساختار ظاهری سپرها نازک‌تر و نرم‌تر شد. بخش‌هایی همانند جلوپنجره، پوسته سپر، زیرسپر و کانارد‌ها و حتی طلق چراغ‌های خودروهای جدید ممکن است با ضربه مشت دچار ترک‌خوردگی و شکستگی شود. این مهم به معنای افت کیفیت متریال تولیدی نیست، بلکه هدف جلوگیری از بروز آسیب جدی در هنگام برخورد با عابر پیاده است.

به عبارت دیگر، آنچه در نمای جلو خودروها (نظیر سپر، جلوپنجره و…) دیده می‌شود، در حقیقت نقشی در جذب ضربات حاصل از تصادف‌های سنگین ندارد و وظیفه آن بخش را ساختار زیرین پوسته خودرو نظیر دیاق، نقاط شکست و ساختار نرم خارج از دید بینده بر عهده دارد. در نتیجه هر آنچه در نمای خارجی خودروهای مدرن امروزی دیده می‌شود، صرفا به منظور حفظ جان عابران پیاده نرم و سبک ساخته شده است. حتی سیستم لولای کاپوت خودروهای جدید به‌صورت فنری ساخته می‌شود تا در برخوردهای کوچک و سبک به اندازه چند سانتیمتر از جای خود بلند شود و برای عابر پیاده نقش یک تشک نرم را بازی کند.

اجزای سپر ماشین

سپرهای امروزی علاوه بر شکل ظاهری، وزن و… به سیستم‌های هوشمند مجهز شده‌اند. این قطعات سه قسمت پوسته، تیر عرضی و ضربه گیر دارند.

پوسته یا پیشانی سپر

به طور کلی به ظاهر سپر ماشین، پیشانی سپر می‌گویند. این قسمت بیشتر نقش ظاهری و پوششی دارد و نقش مهمی در جذب ضربه‌ها ایفا نمی‌کند.

جنس برخی از پوسته‌ها به شکلی است که قابلیت خنثی کردن خط و خش را دارند. پوسته سپر خودرو‌ها امروزی بیشتر از جنس فلز ساخته می‌شود. همچنین سنسور‌هایی که روی آنها نصب است این اجازه را نمی‌دهد که خودرو با مانع برخورد کند. این سنسورها از ایجاد خط و خش روی سپر تا حد زیادی جلوگیری می‌کنند.

ضربه گیر سپر یا جاذب سپر

همان‌طور که از اسم این قطعه مشخص است، این قسمت ضربه‌های واردشده به سپر خودرو را جذب می‌کند. ضربه گیر سپر ماشین باید به گونه‌ای عمل کند که هیچ ضربه‌ای به کابین خودرو وارد نشود. البته این قسمت از سپر تا حدودی قادر به جذب ضربه است و در صورت وارد شدن ضربه شدید نمی‌تواند کل ضربه را خنثی کند، به همین دلیل قسمت دیگری در سپر خودرو تعبیه شده است که به آن تیر عرضی می‌گویند تا بتواند ضربات شدید را جذب کند.

تیر عرضی سپر

روی این قسمت از سپر که بسیار محکم و قوی است، چندین ضربه گیر نصب شده است تا بتواند ضربه را به راحتی جذب کند. این تیر بسیار قوی و محکم است و می‌تواند ضربات سنگین را دفع کند تا به کابین و ستون خودرو ضربه کمتری وارد شود.

جنس سپر ماشین

انواع سپر ماشین از ترکیب پلاستیک، فلز و فیبر کربن تولید می‌شوند تا عملکرد بهتری از خود نشان دهند و وزن کمتری داشته باشند. سپرهای فلزی که در گذشته روی خودرو‌ها نصب می‌شد، پس از برخورد آب دچار زنگ‌زدگی می‌شدند که این مشکل نیز در سپرهای امروزی تا حدودی حل شده‌ است.

سپر خودرو شاسی بلند

داستان و تاریخچه سپر برای خودروهای شاسی بلند نیز صدق می‌کند، اما همواره در تصادف‌های میان شاسی بلند و یک خودرو سواری، بیشترین آسیب به خودرو سواری وارد می‌شود. دلیل آن است که خودروهای شاسی بلند ضمن داشتن وزن به مراتب بیشتر در مقایسه با بیشتر خودروهای سواری، به هنگام برخورد انرژی ذخیره‌شده بیشتری را به خودرو سبک‌تر وارد می‌کنند. از آن گذشته، اختلاف ارتفاع میان شاسی خودرو شاسی بلند با شاسی خودرو سواری، موجب می‌شود که به هنگام برخورد، شاسی خودرو شاسی بلند به عنوان محکم‌ترین بخش خودرو با بدنه خودرو سواری برخورد کند که در حقیقت نرم‌ترین بخش آن خودرو است.

ترکیب این دو فاکتور اساسی باعث وارد آمدن بیشترین شدت ضربه از سوی شاسی بلند به ضعیف‌ترین قسمت خودرو سواری می‌شود. از این رو حاصل کار بروز بیشترین آسیب در خودرو سواری در مقایسه با خودرو شاسی بلند می‌شود. دقیقا به همین دلیل است که در بیشتر تست تصادف که از سوی موسسه‌های تست ایمنی خودرو انجام می‌شود، شاسی بلندها معمولا ایمن‌تر از خودروهای سواری هستند. به عبارت دیگر، هرچه خودرو بزرگ‌تر وسنگین‌تر باشد، معمولا احتمال بروز آسیب مالی و جانی در آن کمتر است.

سنسورهای روی سپر خودرو

خودرو‌های امروزی به سنسورهای مختلفی مجهز شده‌اند. این سنسور‌های خودرو نزدیکی به موانع را به رانندگان هشدار می‌دهند. همچنین بیشتر خودرو‌های امروزی روی سپر عقب دوربین دارند تا رانندگان با استفاده از دوربین عقب کنترل بیشتری روی رانندگی داشته باشند و بتوانند به راحتی عقب خودرو را ببینند و موانع را در هنگام پارک خودرو یا دنده عقب گرفتن تشخیص دهند.

هزینه تعمیر سپر و تعویض سپر

برای این سوال پاسخ مشخصی وجود ندارد چراکه همه چیز به مدل خودرو و ضربه واردشده به آن بستگی دارد. هرچه ضربه وارد شده به سپرها شدیدتر باشد، هزینه صافکاری آن بیشتر خواهد بود. اگر ضربه به قدری شدید باشد که سپر ماشین با صافکاری به حالت قبل برنگردد، ناگزیر باید آن را تعویض کنید.

نتیجه گیری

قوانین سخت‌گیرانه ایمنی و حافظ سلامت انسان‌ها در صنعت خودرو تا جایی پیش رفته است که بارها و بارها منجر به تغییرات عمده طراحی، توقف تولید برخی از خودروها و توقف واردات آن‌ها به کشورهای تراز اول نظیر ایالات متحده آمریکا شده است.

پس دفعه بعد که شاهد یک تصادف نسبتا سبک بودید که در آن دماغه یک خودرو مدرن و کاملا جدید بر روی زمین متلاشی شده است، تعجب نکنید، چراکه در پشت این قطعات خرد و خاکشیر شده، بیش از نیم قرن تلاش، تحقیق و تکنولوژی نهفته است تا جان سرنشینان و عابران ایمن بماند.

نویسنده: شهاب انیسی