อายุการใช้งานของกันชนขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ผลิตเป็นหลัก และว่ามีความทนทานต่อแรงกระแทกได้ดีเพียงใดโดยไม่แตกหัก ยกตัวอย่างเช่น โพลีโพรพิลีน หนึ่งในเทอร์โมพลาสติกสมัยใหม่ที่สามารถดูดซับแรงจากการชนได้ประมาณครึ่งหนึ่ง โดยการยืดหยุ่นเล็กน้อยแล้วเด้งกลับคืนรูปตามการศึกษาล่าสุด ความยืดหยุ่นแบบนี้ทำให้วัสดุอ่อนเหล่านี้มีข้อได้เปรียบเหนือโลหะแข็งเมื่อรถยนต์ขูดหรือถูไถกันที่ความเร็วต่ำในเขตเมือง ช่างเทคนิครายงานว่ามีความจำเป็นในการซ่อมแซมน้อยลงโดยรวม โดยบางการประเมินชี้ว่าสามารถประหยัดค่าใช้จ่ายได้สูงถึง 34 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับระบบกันชนเหล็กแบบเก่าที่มักจะยุบตัวหรือแตกร้าวเมื่อถูกกระแทก
ผู้ผลิตรถยนต์ให้ความสำคัญกับวัสดุที่สามารถเปลี่ยนพลังงานจลน์เป็นความร้อนหรือเสียงในระหว่างการชน ผลการจำลองการชนล่าสุดแสดงให้เห็นว่า:
| วัสดุ | ความเร็วในการชน | พลังงานที่ถูกดูดซับ | การเปลี่ยนรูปอย่างถาวร |
|---|---|---|---|
| อลูมิเนียม 2024-T86 | 30 กม./ชม. | 78% | ≈ 2.1 มม. |
| สายใยคาร์บอน | 40 กิโลเมตรต่อชั่วโมง | 82% | ≈ 1.8 มม. |
| พลาสติก TPO | 15 กม./ชม. | 63% | ≈ 4.7 มม. |
ข้อมูลจาก การวิเคราะห์การชนที่ขึ้นอยู่กับความเร็ว (ScienceDirect, 2024) เปิดเผยว่า โลหะผสมอลูมิเนียมขณะนี้สามารถแข่งขันกับไฟเบอร์คาร์บอนในด้านการดูดซับพลังงานที่ความเร็วปานกลาง ซึ่งท้าทายลำดับชั้นของวัสดุที่ยึดถือกันมาอย่างยาวนาน
กันชนที่ทำจากพอลิเมอร์สูญเสียความสามารถในการดูดซับแรงกระแทกไป 12–18% หลังผ่านไปห้าปี เนื่องจากการสลายตัวของโมเลกุลจากแสง UV อุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงระหว่าง -30°C ถึง 80°C เร่งการแตกร้าวจากความเครียดในวัสดุคอมโพสิตพลาสติกได้เร็วขึ้นสามเท่า เมื่อเทียบกับสภาพแวดล้อมที่คงที่ ผู้ผลิตจึงใช้สารเติมแต่งนาโนเทคโนโลยีเพื่อลดอัตราการเสื่อมสภาพจากแสง UV ลงได้ 41% (The European, 2024)
กันชนในเขตเมืองเผชิญกับแรงกระแทกเล็กน้อย 7–11 ครั้งต่อปี (≈15 กม./ชม.) ซึ่งต้องการคุณสมบัติการคืนตัวอย่างยืดหยุ่น ในขณะที่การออกแบบสำหรับทางหลวงเน้นการจัดการพลังงานจากการชนความเร็วสูง การวิเคราะห์ข้อมูลเคลมประกัน 23,000 รายการแสดงให้เห็นว่า:
เทอร์โมพลาสติกโอเลฟิน (TPO) ถูกใช้ในแบบกันชนของผู้ผลิตอุปกรณ์เดิม (OEM) ถึง 72% เนื่องจากมีความยืดหยุ่นและการดูดซับพลังงานที่สมดุล การผสมผสานสารเติมแต่งที่มีลักษณะคล้ายยาง 15–20% ทำให้กันชนสามารถคืนรูปได้หลังได้รับแรงกระแทกที่ความเร็ว 5–8 ไมล์ต่อชั่วโมงโดยไม่เกิดการเปลี่ยนรูปอย่างถาวร—ซึ่งมีความสำคัญต่อการจอดรถในเขตเมือง สูตรใหม่ช่วยลดการเสื่อมสภาพจากแสง UV ลงได้ 40% เมื่อเทียบกับมาตรฐานปี 2020 ซึ่งช่วยแก้ไขข้อกังวลเรื่องความเปราะหักที่เคยเกิดขึ้นในอดีต
คอมโพสิตขั้นสูงจากพอลิโพรพิลีน มีความต้านทานแรงดึงสูงกว่าวัสดุทั่วไปถึง 190% ขณะที่ยังคงความยืดหยุ่นไว้ได้ วัสดุเหล่านี้สามารถกระจายแรงจากการชนได้ดีขึ้น 23% ผ่านการโก่งตัวอย่างมีการควบคุม ซึ่งได้รับการยืนยันจากผลการศึกษาจำลองการชน โครงสร้างแบบหลายชั้นรวมเอาแกนกลางที่แข็งแรงเพื่อรองรับโครงสร้าง เข้ากับเปลือกนอกที่ถูกออกแบบมาเพื่อกระจายพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ
แม้ว่าเหล็กจะทนต่อแรงโหลดสูงสุดได้มากกว่า 45% แต่พลาสติกกลับให้ผลการดำเนินงานที่ดีกว่าในตัวชี้วัดประจำวัน:
| ลักษณะเฉพาะ | กันชนพลาสติก | กันชนเหล็ก |
|---|---|---|
| ความเสี่ยงจากการกัดกรอง | ไม่มี (เสถียรภาพต่อรังสี UV) | สูง (ขึ้นอยู่กับสีเคลือบ) |
| ต้นทุนการซ่อม | 150–450 ดอลลาร์สหรัฐ (การเปลี่ยนใหม่) | 800–2,000 ดอลลาร์สหรัฐ (การซ่อมแซม) |
| อายุการใช้งาน | 7–10 ปี | 12–15 ปี |
| ผลกระทบต่อความหนัก | ลดลง 0.5% MPG | การลดลงของ MPG ร้อยละ 2.1 |
ระบบพลาสติกทันสมัยมีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับเหล็กในความเร็วต่ำกว่า 8 ไมล์ต่อชั่วโมง และสามารถเปลี่ยนทดแทนได้เร็วกว่าถึงร้อยละ 63
พอลิเมอร์ที่เสริมด้วยไฟเบอร์คาร์บอน (CFRP) ให้ การลดน้ำหนักร้อยละ 30–50 เมื่อเทียบกับเหล็ก ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของยานพาหนะ วัสดุคอมโพสิตเหล่านี้ดูดซับพลังงานได้มากกว่าอะลูมิเนียมถึงสี่เท่าต่อหน่วยมวลในการชนความเร็วต่ำ ( รายงานวัสดุคอมโพสิตสำหรับยานยนต์ ปี 2024 ) และคงความสมบูรณ์ไว้ได้ตลอดรอบการใช้งานที่มีแรงเครียดซ้ำๆ ธรรมชาติแบบแอนไอโซโทรปิกของวัสดุช่วยให้สามารถจัดแนวเส้นใยตามทิศทางเป้าหมายเพื่อเพิ่มความแข็งแรงโดยไม่เพิ่มน้ำหนัก
| วัสดุ | ความหนาแน่น (g/cm3) | ความต้านทานแรงดึง (MPa) | ต้นทุนต่อกิโลกรัม (ดอลลาร์) |
|---|---|---|---|
| เหล็ก | 7.8 | 420 | 0.80 |
| พลาสติก พีพี | 0.9 | 35 | 2.20 |
| Cfrp | 1.6 | 1,500 | 45.00 |
ข้อมูล: วารสารนานาชาติด้านยานยนต์คอมโพสิต, 2024
พอลิเมอร์ที่ถูกเสริมด้วยเส้นใยคาร์บอนให้ความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่ดีกว่าวัสดุอย่างพอลิโพรพิลีนหรือ TPO ประมาณ 5 ถึง 10 เท่า สิ่งนี้หมายความว่ากันชนที่ผลิตจาก CFRP สามารถรองรับการชนที่ความเร็ว 12 ไมล์ต่อชั่วโมงได้ ในขณะที่เกิดการเปลี่ยนรูปร่างเพียงประมาณ 40% เมื่อเทียบกับวัสดุอื่นๆ ตามการวิจัยที่ตีพิมพ์ใน Materials Science Today เมื่อปีที่แล้ว วัสดุนี้มีค่ามอดูลัสความแข็งแรงประมาณ 500 GPa ซึ่งสูงกว่าเส้นใยแก้วธรรมดาถึง 12 เท่า สิ่งที่น่าประทับใจยิ่งไปกว่านั้นคือ คาร์บอนไฟเบอร์มีความคงตัวสูงแม้อยู่ในอุณหภูมิสุดขั้ว ตั้งแต่ลบ 40 องศาฟาเรนไฮต์ จนถึง 200 องศา สำหรับรถยนต์ไฟฟ้าที่ทุกออนซ์มีความสำคัญ ทำให้วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์เป็นทางเลือกที่ยอดเยี่ยมเมื่อนักออกแบบต้องการวัสดุที่ทั้งแข็งแรงและเบาในเวลาเดียวกัน
ถึงแม้ว่ากันชนที่ทำจากโพลิเมอร์เสริมใยคาร์บอน (CFRP) จะมีต้นทุนสูงกว่าเหล็กประมาณ 6.5 เท่า แต่บริษัทต่างๆ เช่น ฮุนได และ บีเอ็มดับเบิลยู เริ่มนำวัสดุดังกล่าวมาใช้ในรถยนต์ระดับสูง เนื่องจากอ้างว่าทุกๆ การลดน้ำหนัก 100 ปอนด์ จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงได้ประมาณ 2.1% ความก้าวหน้าล่าสุดในเรซินที่แข็งตัวเร็ว สามารถลดค่าใช้จ่ายในการผลิตลงได้ประมาณสามสิบเปอร์เซ็นต์ ตั้งแต่ต้นปี 2022 มองไปข้างหน้า ผู้เชี่ยวชาญส่วนใหญ่เชื่อว่าเราจะเห็นราคาของคาร์บอนไฟเบอร์เทียบเท่ากับอลูมิเนียมในช่วงปี 2028 เมื่ออัตโนมัติเริ่มมีบทบาทอย่างเต็มที่ในกระบวนการผลิต นอกจากนี้ การทดลองบางครั้งก็ให้ผลลัพธ์ที่น่าสนใจ โดยการทดลองบางอย่างสามารถขึ้นรูปกันชนแบบครบชิ้นภายในเวลาเพียงเก้าสิบวินาทีเท่านั้น
ผู้ผลิตรถยนต์เริ่มนำอลูมิเนียม เส้นใยคาร์บอน และพลาสติกเสริมแรงมาใช้ในดีไซน์แบบไฮบริดมากขึ้น การทบทวนวัสดุในปี 2023 พบว่าระบบทั้งเหล่านี้ช่วยลดแรงกระแทกได้ 30% เมื่อเทียบกับกันชนที่ทำจากวัสดุเดี่ยว โดยการกระจายพลังงานจากการชนอย่างมีกลยุทธ์:
แนวทางนี้ช่วยปรับปรุงคะแนนการชน ขณะที่ลดมวลของกันชนลง 18–22% (Belingardi et al., 2017) ซอฟต์แวร์การเพิ่มประสิทธิภาพรูปทรงเรขาคณิต (Topology optimization) ปัจจุบันช่วยแนะนำการออกแบบ โดยการวางแผนจุดรับแรงเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้วัสดุสูงสุด
ทุกการลดน้ำหนักของกันชนลง 10% จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงได้ 2.1% ตามการศึกษาวิเคราะห์การชน นวัตกรรมสำคัญ ได้แก่:
ผู้ผลิตชั้นนำผลิตกันชนน้ำหนักต่ำกว่า 8.0 กิโลกรัม โดยใช้วิธีการเหล่านี้ ซึ่งตอบสนองทั้งมาตรฐานความทนทานและข้อกำหนดประสิทธิภาพเชื้อเพลิง CAFE สำหรับรุ่นปี 2025
ผู้ผลิตรถยนต์ต่างเดินทางคนละเส้นทางเมื่อพูดถึงการผลิตรถยนต์ที่ทั้งทนทานและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม บางบริษัทเริ่มใช้พอลิเมอร์ที่ทำจากของเสียจากการเกษตรในรถยนต์ทั่วไป ซึ่งช่วยลดการปล่อยคาร์บอนในกระบวนการผลิตได้ประมาณ 30 เปอร์เซ็นต์ ตามที่บริษัทอ้าง อีกกลุ่มหนึ่งนำวัสดุรีไซเคิลมาผสมกับโฟมพิเศษสำหรับใช้ในกันชนด้านหน้าของรถกระบะ เพื่อให้สามารถรองรับแรงกระแทกได้โดยไม่แตกหัก ในขณะเดียวกันก็ช่วยลดขยะโดยรวม นอกจากนี้ ยังมีแนวโน้มในการผลิตกันชนที่มีเซ็นเซอร์ในตัว เหล่ากันชนอัจฉริยะเหล่านี้ช่วยปรับปรุงระบบช่วยเหลือผู้ขับขี่ขั้นสูงที่เราได้ยินกันบ่อยๆ ในปัจจุบัน ซึ่งหมายความว่าการเลือกวัสดุไม่ได้เกี่ยวกับความแข็งแรงเพียงอย่างเดียวอีกต่อไป แต่ยังมีบทบาทในการทำงานของรถยนต์ที่ขับเคลื่อนเองได้อีกด้วย
อุตสาหกรรมยานยนต์กำลังมีการเปลี่ยนแปลงอย่างแท้จริงไปสู่วัสดุกันชนที่ยั่งยืนมากขึ้นในปัจจุบัน ตามรายงานตลาดกันชนพลาสติกสำหรับยานยนต์ปี 2024 ระบุว่า ประมาณ 35% ของการออกแบบของผู้ผลิตชิ้นส่วนเดิม (OEM) จะนำโพลิเมอร์จากพืชและวัสดุคอมโพสิตที่รีไซเคิลได้อื่น ๆ เข้ามาใช้ภายในปี 2025 ตัวอย่างเช่น โพลิโพรพิลีนที่เสริมด้วยสาหร่าย ซึ่งมีประสิทธิภาพในการดูดซับแรงกระแทกเทียบเท่าพลาสติกทั่วไป แต่ใช้น้ำเพียงครึ่งหนึ่งในกระบวนการผลิต นอกจากนี้ยังมีอีกสิ่งหนึ่งที่ควรกล่าวถึง คือ ระบบการรีไซเคิลแบบวงจรปิด (closed loop recycling systems) ได้พัฒนาไปมากจนกันชนเทอร์โมพลาสติกสามารถผ่านกระบวนการย่อยสลายและผลิตซ้ำได้หลายรอบ ถึงห้าครั้งโดยไม่สูญเสียความแข็งแรงของโครงสร้าง การพัฒนานี้สอดคล้องกับสิ่งที่หน่วยงานกำกับดูแลต้องการ และสิ่งที่ผู้บริโภคเริ่มมองหาในยานพาหนะของตนมากขึ้นในปัจจุบัน
เทคโนโลยีกันชนล่าสุดกำลังเปลี่ยนแปลงไปสู่สิ่งที่ไกลเกินกว่าแค่แผ่นพลาสติกปกปิดรถยนต์ ต้นแบบบางรุ่นในขณะนี้มีการรวมแคปซูลขนาดเล็กที่บรรจุวัสดุพิเศษ ซึ่งสามารถซ่อมแซมรอยขีดข่วนเล็กๆ ได้เองโดยอัตโนมัติเมื่อจำเป็น นอกจากนี้ ผู้ผลิตรถยนต์ยังเพิ่มระบบ LiDAR เข้าไปพร้อมกับเซ็นเซอร์อัลตราซาวนด์แบบปกติ เพื่อช่วยตรวจจับสิ่งกีดขวางได้ดีขึ้นในสภาพอากาศที่มีหมอกหรือฝนตก การปรับปรุงเหล่านี้ดูเหมือนจะทำให้การตรวจจับการชนแม่นยำขึ้นประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ในสภาพอากาศเลวร้าย แม้ว่าการรักษาส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงให้ทำงานได้อย่างเหมาะสมในสภาพแวดล้อมที่ร้อนหรือหนาวจัดยังคงเป็นปัญหาที่ทำให้วิศวกรปวดหัว นักวิจัยเริ่มทดลองใช้วัสดุโลหะที่มีคุณสมบัติเปลี่ยนรูปร่างตามความทรงจำด้วย เมื่อนำไปทดสอบ วัสดุเหล่านี้แทบจะแข็งขึ้นทันทีก่อนที่จะเกิดการชน หากเทคโนโลยีเหล่านี้ทำงานได้ตามที่คาดหวัง เราอาจเห็นจำนวนผู้บาดเจ็บจากรถชนคนลดลงประมาณหนึ่งในสี่ ในสถานการณ์การขับขี่ในเมือง ซึ่งมักเกิดอุบัติเหตุบ่อยที่สุด
EN