اینکه بامپرهای خودرو چقدر دوام میآورند، عمدتاً به جنس ساخت آنها و توانایی مواد به کار رفته در تحمل ضربه بدون شکستن بستگی دارد. به عنوان مثال، پلیپروپیلن که یکی از ترموپلاستیکهای مدرن امروزی است، طبق یافتههای تحقیقات اخیر، حدود نیمی از نیروی برخورد را با خم شدن کمی جذب کرده و سپس به حالت اولیه بازمیگردد. این انعطافپذیری، به این مواد نرم نسبت به فلزات سخت برتری میدهد، به ویژه هنگامی که خودروها در سرعتهای پایین در محیط شهری به یکدیگر برخورد میکنند. متخصصان تعمیرات گزارش میدهند که در مجموع نیاز به تعمیرات کمتری وجود دارد و برخی برآوردها حاکی از صرفهجویی در هزینهها تا حدود ۳۴ درصد نسبت به سیستمهای قدیمیتر بامپر فولادی دارند که تمایل به له شدن یا ترک خوردن در برخورد دارند.
سازندگان خودرو موادی را اولویت میدهند که انرژی جنبشی را در هنگام برخورد به گرما یا صوت تبدیل کنند. شبیهسازیهای اخیر برخورد نشان میدهد:
| متریال | سرعت ضربه | انرژی جذبشده | تغییر شکل دائمی |
|---|---|---|---|
| آلومینیوم 2024-T86 | 30 کیلومتر در ساعت | 78% | ≈ 2.1 میلیمتر |
| فیبر کربن | 40 کیلومتر در ساعت | 82% | ≈ 1.8 میلیمتر |
| پلاستیک TPO | 15 کیلومتر در ساعت | 63% | ≈ 4.7 میلیمتر |
دادههای حاصل از تحلیل برخورد وابسته به سرعت (ScienceDirect، 2024) نشان میدهد که آلیاژهای آلومینیوم اکنون در جذب انرژی در سرعتهای متوسط با الیاف کربن برابری میکنند و سلسله مراتب طولانیمدت مواد را به چالش میکشند.
پارههای پلیمری بین ۱۲ تا ۱۸ درصد از مقاومت ضربهای خود را پس از پنج سال به دلیل تجزیه مولکولی ناشی از تابش فرابنفش از دست میدهند. نوسانات دمایی بین ۳۰- درجه سانتیگراد و ۸۰ درجه سانتیگراد، ترکخوردگی ناشی از تنش در ترکیبات پلاستیکی را نسبت به محیطهای پایدار سه برابر تسریع میکند. سازندگان با استفاده از افزودنیهای نانوتکنولوژی این اثر را خنثی میکنند که نرخ تخریب ناشی از تابش فرابنفش را تا ۴۱ درصد کاهش میدهد (The European، ۲۰۲۴).
پارههای جلو در محیط شهری سالانه ۷ تا ۱۱ بار برخورد جزئی (≈۱۵ کیلومتر بر ساعت) را تجربه میکنند که نیازمند بازیابی کشسانی هستند، در حالی که طراحیهای مربوط به بزرگراه بر مدیریت انرژی تصادف در سرعتهای بالا تمرکز دارند. تحلیل ۲۳٬۰۰۰ مورد ادعای بیمه نشان میدهد:
اولئوفینهای ترموپلاستیک (TPO) در ۷۲٪ از طراحیهای باسکول سازندگان اصلی به دلیل انعطافپذیری و جذب انرژی متعادل استفاده میشوند. ترکیبات حاوی ۱۵ تا ۲۰ درصد افزودنیهای لاستیکی اجازه میدهند که باسکولها از برخوردهای ۵ تا ۸ مایل در ساعت بدون تغییر شکل دائمی بازیابی شوند — که برای توقف در محیطهای شهری حیاتی است. فرمولهای جدید تخریب ناشی از تابش ماوراء بنفش را نسبت به استانداردهای سال ۲۰۲۰ تا ۴۰٪ کاهش میدهند و دغدغههای تردی تاریخی را رفع میکنند.
ترکیبات پلیپروپیلن پیشرفته استحکام کششی ۱۹۰٪ بیشتری نسبت به درجههای استاندارد دارند، در حالی که همچنان انعطافپذیری خود را حفظ میکنند. این مواد نیروهای برخورد را ۲۳٪ مؤثرتر از طریق کمانش کنترلشده پراکنده میکنند، همانطور که توسط مطالعات شبیهسازی تصادف تأیید شده است. ساختارهای چندلایه، هستهای سفت را برای پشتیبانی ساختاری با پوستهای بیرونی که برای توزیع مجدد انرژی بهینهسازی شده ترکیب میکنند.
در حالی که فولاد بار حداکثری ۴۵٪ بالاتری را تحمل میکند، پلاستیک در معیارهای روزمره عملکرد بهتری دارد:
| ویژگی | پارو فنرهای پلاستیکی | پارو فنرهای فولادی |
|---|---|---|
| خطر خوردگی | هیچکدام (دارای پایدارکننده UV) | زیاد (وابسته به رنگ) |
| هزینه تعمیر | ۱۵۰ تا ۴۵۰ دلار (تعویض) | ۸۰۰ تا ۲۰۰۰ دلار (تعمیر) |
| طول عمر | 7–10 سال | 12–15 سال |
| تأثیر وزن | کاهش ۰٫۵٪ مصرف سوخت | کاهش ۲٫۱٪ مصرف سوخت |
سیستمهای مدرن پلاستیکی در عملکرد زیر ۸ مایل بر ساعت با فولاد برابری میکنند و دوره تعمیر و تعویض سریعتری تا ۶۳٪ ارائه میدهند.
پلیمرهای مسلحشده با فیبر کربن (CFRP) ارائه میدهند کاهش وزن ۳۰ تا ۵۰ درصدی در مقابل فولاد، که باعث بهبود کارایی خودرو میشود. این کامپوزیتها در برخوردهای کمسرعت، انرژی چهار برابر بیشتری نسبت به آلومینیوم در واحد جرم جذب میکنند ( گزارش کامپوزیتهای خودرویی ۲۰۲۴ ) و در چرخههای تنش مکرر یکپارچگی خود را حفظ میکنند. ماهیت ناهمسانگرد آنها اجازه میدهد تا تراز الیاف به صورت جهتدار برای استحکام هدفمند و بدون افزایش حجم انجام شود.
| متریال | چگالی (گرم بر سانتیمتر مکعب) | مقاومت کششی (Mpa) | هزینه هر کیلوگرم (دلار) |
|---|---|---|---|
| فولاد | 7.8 | 420 | 0.80 |
| پلاستیک pp | 0.9 | 35 | 2.20 |
| Cfrp | 1.6 | 1,500 | 45.00 |
منبع داده: مجله بینالمللی کامپوزیتهای خودرویی، ۲۰۲۴
پلیمر تقویتشده با الیاف کربن حدود 5 تا 10 برابر استحکام بهتری نسبت به وزن دارد تا موادی مانند پلیپروپیلن یا TPO. این بدین معناست که منفذهای ساختهشده از CFRP بر اساس تحقیق منتشرشده در مجله علم مواد سال گذشته میتوانند ضربههای 12 مایل در ساعت را تحمل کنند، در حالی که تنها حدود 40 درصد همانقدر تغییر شکل میدهند که سایر مواد. این ماده دارای مدولس سفتی حدود 500 گیگاپاسکال است که در واقع 12 برابر سفتتر از الیاف شیشه معمولی است. آنچه واقعاً قابل توجه است، پایداری فوقالعاده الیاف کربن در دماهای بسیار پایین و بالا است که از 40- درجه فارنهایت تا 200 درجه فارنهایت متغیر است. برای خودروهای برقی که هر اونس اهمیت دارد، این ویژگی الیاف کربن را به گزینهای عالی تبدیل میکند وقتی طراحان به دنبال مادهای هستند که هم سبک باشد و هم محکم.
اگرچه باکسهای مونتاژ شده از پلیمر تقویتشده با الیاف کربن (CFRP) حدود شش و نیم برابر فولاد هزینه دارند، شرکتهایی مانند هیوندای و BMW شروع به استفاده از آنها در خودروهای رده بالای خود کردهاند، زیرا ادعای آنها این است که هر ۱۰۰ پوند کاهش وزن، معادل بهبود تقریبی ۲٫۱ درصدی مصرف سوخت است. پیشرفتهای اخیر در رزینهای سریعالپخت توانستهاند هزینههای تولید را از اوایل سال ۲۰۲۲ حدود سی درصد کاهش دهند. در آینده، اکثر کارشناسان بر این باورند که زمانی که اتوماسیون واقعاً در فرآیند تولید گسترش یابد، حدود سال ۲۰۲۸ قیمت الیاف کربن به قیمت آلومینیوم نزدیک خواهد شد. برخی آزمایشهای اولیه نیز امیدوارکننده بودهاند، به طوری که آزمایشهای خاصی توانستهاند باکسهای کامل را در عرض تنها نود ثانیه قالبگیری کنند.
سازندگان خودرو بهطور فزایندهای آلومینیوم، الیاف کربنی و پلاستیکهای تقویتشده را در طراحی هیبریدی خود ادغام میکنند. بررسی مواد در سال 2023 نشان داد که این سیستمها با توزیع استراتژیک انرژی ضربه، نیروهای برخورد را در مقایسه با منفذهای تکمتریالی تا ۳۰٪ کاهش میدهند:
این رویکرد باعث بهبود رتبهبندی برخورد و در عین حال کاهش ۱۸ تا ۲۲ درصدی جرم منفذه میشود (Belingardi و همکاران، 2017). اکنون نرمافزار بهینهسازی توپولوژیک در طراحی راهنمایی میکند و نقاط تنش را نگاشت میکند تا کارایی ماده را به حداکثر برساند.
طبق مطالعات تحلیل برخورد، هر کاهش ۱۰ درصدی در وزن منفذه، اقتصاد سوخت را ۲٫۱ درصد بهبود میبخشد. نوآوریهای کلیدی شامل:
تولیدکنندگان پیشرو، از این روشها برای تولید پارهصافهای زیر ۸٫۰ کیلوگرم استفاده میکنند که هم استانداردهای دوام و هم الزامات کارایی سوخت CAFE را برای مدلهای ۲۰۲۵ رعایت میکند.
سازندگان خودرو در تولید وسایل نقلیه از مسیرهای مختلفی برای دستیابی به استحکام و دوستدار محیط زیست بودن پیروی میکنند. برخی شرکتها شروع به استفاده از پلیمرهای تولیدشده از ضایعات کشاورزی در خودروهای معمولی خود کردهاند که طبق ادعای آنها، این کار باعث کاهش حدود ۳۰ درصدی انتشار کربن در فرآیند تولید میشود. دیگران مواد بازیافتی را با فوم خاصی در پنجه جلوی کامیونها ترکیب میکنند تا همچنان بتوانند ضربه را تحمل کنند بدون آنکه از هم پاشیده شوند و در عین حال به کاهش کلی ضایعات کمک کنند. روند دیگری نیز وجود دارد که شامل ساخت پنجههایی با حسگرهای داخلی است. این پنجههای هوشمند به بهبود سیستمهای پیشرفته کمک رانندهای که اخیراً بسیار دربارهشان شنیدهایم کمک میکنند؛ بنابراین در عمل انتخاب مواد دیگر فقط به مقاومت محدود نمیشود، بلکه نقشی در نحوه کار خودروهای خودران نیز دارد.
صنعت خودرو در حال حاضر شاهد تحول واقعی به سمت مواد پرباف sustainable برای باسکوهای خودرو است. بر اساس گزارش بازار باسکوی پلاستیکی خودرو در سال 2024، حدود 35 درصد از طرحهای سازندگان تجهیزات اصلی (OEM) شامل پلیمرهای مبتنی بر گیاه و سایر مواد کامپوزیتی قابل بازیافت تا سال 2025 خواهند بود. به عنوان مثال، پلیپروپیلن تقویتشده با جلبک؛ این ماده در جذب ضربه عملکردی مشابه پلاستیکهای معمولی دارد، اما در فرآیند تولید تنها نصف آب مورد استفاده در تولید پلاستیکهای معمولی را مصرف میکند. علاوه بر این، چیز دیگری هم وجود دارد که ارزش اشاره دارد: سیستمهای بازیافت حلقهبسته به اندازهای پیشرفت کردهاند که باسکوهای ترموپلاستیک میتوانند تا پنج بار در چرخههای شکسته شدن و دوباره ساخته شدن قرار گیرند بدون اینکه از یکپارچگی ساختاری خود دست بکشند. این پیشرفت دقیقاً با آنچه مقرراتگذاران میخواهند و آنچه مصرفکنندگان امروزه به طور فزایندهای در خودروهای خود به دنبال آن هستند، هماهنگ است.
فناوری جدید باسکول در حال تبدیل شدن به چیزی بسیار فراتر از پوششهای پلاستیکی معمولی برای خودروها است. برخی از نمونههای اولیه اکنون شامل کپسولهای کوچکی هستند که از مواد خاصی پر شدهاند و میتوانند به طور خودکار و در صورت نیاز، خراشهای کوچک را ترمیم کنند. سازندگان خودرو همچنین سیستمهای لیدار را به همراه حسگرهای اولتراسونیک معمولی اضافه میکنند تا تشخیص موانع را در شرایط مهآلود یا بارانی بهتر کنند. این بهبودها به نظر میرسد دقت تشخیص برخورد را در هوای بد تقریباً ۴۰ درصد افزایش دهد، هرچند حفظ عملکرد صحیح قطعات الکترونیکی حساس در محیطهای بسیار گرم یا سرد همچنان باعث مشکل برای مهندسان میشود. محققان همچنین آزمایش با این فلزات حافظهدار شکل را آغاز کردهاند. هنگام آزمایش، این فلزات تقریباً بلافاصله قبل از وقوع برخورد سفتتر میشوند. اگر این فلزات مطابق انتظار عمل کنند، ممکن است میزان آسیبهای واردشده به عابران پیاده در شرایط رانندگی شهری که بیشترین تصادفات در آنجا رخ میدهد، حدود یک چهارم کاهش یابد.
EN