کاپوت برجسته و کیسه هوای عابر پیاده: آمادهسازی بدنه پیش از برخورد

کاپوت خودرو ۱۰۰ میلی‌ثانیه پیش از برخورد، ۱۰۰ میلی‌متر بالا می‌رود و شدت ضربه به سر عابر پیاده را کاهش می‌دهد.
کاپوت خودرو ۱۰۰ میلی‌ثانیه پیش از برخورد، ۱۰۰ میلی‌متر بالا می‌رود و شدت ضربه به سر عابر پیاده را کاهش می‌دهد.

این صفحه را به اشتراک بگذارید

کاپوت برجسته و کیسه هوای عابر پیاده فناوری‌های ایمنی بدنه خارجی هستند که دقیقاً پیش از برخورد با عابر پیاده فعال می‌شوند و کاپوت را حدود 100 میلی‌متر بالا می‌برند و ناحیه سخت شیشه جلو را با کیسه هوا می‌پوشانند. هدف، محافظت کامل از سر نیست، بلکه کاهش شدت برخورد در چند میلی‌ثانیه است. در این صفحه زنجیره مهندسی این سیستم‌ها را از حسگر تا عمل‌کننده، بدون زبان تبلیغاتی توضیح خواهم داد.

نکات برجسته

  • کاپوت برجسته، پیش از برخورد سر با کاپوت، بخش عقب آن را حدود 100 میلی‌متر بالا می‌برد.
  • هوندا این سیستم را در سال 2004 معرفی کرد و در سال 2008 به تولید انبوه رساند؛ نیسان اما در 2 اوت 2007 آن را معرفی کرد.
  • در یک شبیه‌سازی نمونه، عابر پیاده در ثانیه 2.3 شناسایی شد و در ثانیه 2.4 ترمز خودکار فعال شد.
  • در یک آزمایش مقایسه‌ای، نرخ آسیب‌دیدگی در خودروهای دارای کاپوت برجسته و کیسه هوای عابر پیاده به ترتیب 82.2٪ و 95.4٪ کاهش یافت.
  • ایمنی عابر پیاده می‌تواند تا 20٪ از امتیاز ستاره‌ای Euro NCAP را تحت تأثیر قرار دهد.

فکرش را بکن: خودرو به سمت یک عابر پیاده می‌رود و برخورد تقریباً اجتناب‌ناپذیر است. در آن لحظه خودرو چه می‌کند؟ ترمز می‌گیرد، بله - اما نکته جالب‌تر این است که بدنه نیز وارد آمادگی‌ای می‌شود که با هزارم‌های ثانیه اندازه‌گیری می‌شود. کاپوت بالا می‌رود، کیسه هوا باز می‌شود، سپر رفتارش را تغییر می‌دهد. یعنی ایمنی نه بعد از شروع برخورد، بلکه پیش از آن آغاز می‌شود. من عاشق این ایده «آمادگی بدنه پیش از برخورد» هستم، چون بیشتر مطالب ایمنی روی سرنشین داخل تمرکز می‌کنند و انسان بیرون را فراموش می‌کنند. حالا بیایید آن زنجیره را حلقه به حلقه باز کنیم.

چرا ایمنی عابر پیاده پیش از برخورد آغاز می‌شود؟

ابتدا واقعیت تلخ را روی میز بگذاریم: در برخوردهای عابر پیاده با خودرو، آسیبی که بیشترین تهدید برای جان است، اغلب برخورد سر با کاپوت یا شیشه جلو است. منشأ مشکل هم اینجاست: موتور، توده‌ای بزرگ و سخت که درست زیر کاپوت قرار دارد. اگر فضای بین ورق‌های کاپوت کم باشد، سر به‌جای ورق نرم مستقیماً به بلوک موتور می‌خورد. در معیاری که شاخص آسیب سر نامیده می‌شود، این تفاوت به شکل باورنکردنی آشکار می‌شود.

از اینجا دو راهکار مهندسی وجود دارد. اولی غیرفعال است: طراحی زیر کاپوت و سپر به گونه‌ای که از قبل ضربه را جذب کنند. دومی فعال است: تشخیص پیش از برخورد و آماده‌سازی بدنه برای آن لحظه. این صفحه عمدتاً مورد دوم را توضیح می‌دهد، اما خواهید دید که این دو در واقع دو روی یک سکه هستند - سیستم فعال هم در نهایت کار را به سازه جذب‌کننده ضربه می‌سپارد.

کاپوت برجسته چگونه کار می‌کند: از حسگر تا عمل‌کننده در چند میلی‌ثانیه

قلب سیستم یک زنجیره تصمیم‌گیری است. وقتی حسگر فشار یا حسگرهای سرعت در سپر جلو برخوردی را تشخیص می‌دهند، اطلاعات به واحد کنترل کاپوت برجسته ارسال می‌شود. واحد کنترل به این پرسش پاسخ می‌دهد که «آیا واقعاً هم‌اکنون برخورد با عابر پیاده در جریان است و باید کاپوت را بالا ببرم؟» و در صورت مثبت بودن پاسخ، یک عمل‌کننده را فعال می‌کند. پیش از آنکه سر عابر پیاده به کاپوت برسد، لبه عقب کاپوت حدود 100 میلی‌متر - یعنی ده سانتی‌متر - بالا می‌رود. ضمناً جالب است بدانید که عمل‌کننده در اغلب موارد از نوع پیروتکنیک است، یعنی با بار انفجاری کوچکی کار می‌کند: از همان خانواده پیش‌کشنده جلو کمربند ایمنی. چه چیزی بهتر از آن می‌تواند موشک را پرتاب کند؟

بگذارید از یک تشبیه زندگی روزمره استفاده کنم: به گوشی‌ای فکر کنید که روی میز می‌افتد. روی سطح سخت، صفحه‌اش می‌شکند، اما اگر روی لحاف نازکی بیفتد، نجات پیدا می‌کند. کاپوت پاپ‌آپ دقیقاً همین کار را می‌کند - وقتی کاپوت بالا می‌رود و فضایی در محفظه موتور ایجاد می‌شود، هنگام برخورد سر، کاپوت راحت‌تر فرورفته و مدت برخورد طولانی‌تر می‌شود. همان انرژی، وقتی در مدت طولانی‌تری اعمال شود، نیروی اوج کاهش می‌یابد. اگر مبحث کشسانی و مدت برخورد را از درس فیزیک به خاطر دارید، اینجا دقیقاً همان موضوع است.

چرا آستانه 25 کیلومتر بر ساعت وجود دارد؟

طبق سیستم هوندا، فعال‌سازی در سرعت‌های حدود 25 کیلومتر بر ساعت و بالاتر انجام می‌شود. منطق ساده است: در سرعت‌های خیلی پایین، برخورد از قبل خطر جدی برای سر ایجاد نمی‌کند و هر بار فعال‌سازی، نتیجه‌ای پرهزینه و یک‌بارمصرف در پی دارد. اما این را هم صادقانه بگوییم: طبق گفته هوندا، سیستم بسته به موقعیت و زاویه برخورد ممکن است در همه شرایط کار نکند. هیچ سیستم ایمنی 100 درصد تضمینی نیست و این قانون آن است.

راه‌حل ظریف برای مشکل کاپوت تخت

اگر بپرسید برنده کیست، طراحان یا مهندسان: اگر جلوی خودرو تخت باشد، یعنی فضای بسیار کمی بین کاپوت و قطعات موتور وجود داشته باشد، محافظت از سر با روش‌های غیرفعال دشوار است. کاپوت بلند هم می‌تواند دید راننده را محدود کرده و احتمال برخورد را افزایش دهد. کاپوت فعال اینجا مثل یک ابرقهرمان وارد صحنه می‌شود: در عین حفظ طراحی خوش‌فرم و تخت، کاهش آسیب سر را ممکن می‌سازد. اعلامیه نیسان در سال 2007 دقیقاً همین بود - ترکیب طراحی اسپرت با محافظت از سر عابر پیاده در یک کاپوت.

ایرباگ عابر پیاده: پوشاندن شیشه جلوی سخت با بالش

حتی اگر کاپوت بالا برود، خطر تمام نمی‌شود، چون سر عابر پیاده معمولاً از روی کاپوت سُر خورده به شیشه جلو و ستون A می‌رود. اینجاست که ایرباگ عابر پیاده وارد صحنه می‌شود: هنگام تشخیص برخورد، بالش بیرونی از زیر کاپوت باز شده و مناطق شیشه جلوی سخت و ستون A را می‌پوشاند. محل باز شدن مشخص است، چون مسیر سر در سینماتیک برخورد تا حد زیادی قابل پیش‌بینی است - به همین دلیل بالش به سمت "فضای خالی" بلند نمی‌شود، بلکه به سمت نقطه هدف دقیق باز می‌شود.

مشهورترین نمونه تولیدی، فناوری ایرباگ عابر پیاده ولوو است. این فناوری نخستین بار در مدل V40 به تولید انبوه رسید و چند جزء را در یک بسته جمع می‌کند: هنگام تشخیص برخورد، کاپوت باز می‌شود، ایرباگ همراه با کاپوت در حال بالا رفتن، فاصله تا سازه زیرین را افزایش می‌دهد و همراه با شتاب سر، مقدار HIC به‌طور محسوسی کاهش می‌یابد. یعنی در اینجا بالا بردن کاپوت و ایرباگ به‌عنوان یک سیستم واحد کار می‌کنند - بالش به‌تنهایی نیست، بلکه دست‌در‌دست کاپوت در حال بالا رفتن است.

مانند ایرباگ‌های داخلی، بالش عابر پیاده نیز با فرآیند پیروتکنیک و به‌صورت یک‌بارمصرف باز می‌شود. این ویژگی مشترک سیستم‌هایی است که "اگر یک بار حق با تو بود، تصمیم درست است": مانند ایرباگ داخلی، سیستم با منطق محدودکننده مکمل کمربند طراحی شده و پس از یک بار فعال شدن، راه بازگشتی نیست. به همین دلیل، تردید واحد کنترل در گفتن "شاید" یک نعمت یافت‌نشدنی است - در لحظه تصمیم باید قاطع بود.

مقایسه: کاپوت پاپ‌آپ یا ایرباگ عابر پیاده؟

وقتی دو سیستم را کنار هم می‌گذاریم، بیایید ببینیم چه می‌کنند - چون کار یکسانی انجام نمی‌دهند و حلقه‌های متفاوتی از یک زنجیره‌اند:

ویژگیکاپوت پاپ‌آپایرباگ عابر پیاده
منطقه هدففضای بین کاپوت و موتورشیشه جلو و ستون A
مکانیسم اثربالا بردن کاپوت حدود 100 میلی‌متر برای ایجاد فضای فرورفتگیپوشاندن سطح سخت با کیسه هوا
محرکسنسورهای سپر + واحد کنترل، عملگر پیروتکنیکتشخیص برخورد، باز شدن پیروتکنیک
نمونه اثربخشیکاهش 82.2 درصدی نرخ آسیب‌دیدگیکاهش 95.4 درصدی نرخ آسیب‌دیدگی
نخستین نمونه تولیدی2008، هونداولوو V40

درصدهای جدول را با احتیاط بخوانید: این داده از یک مقاله واحد می‌آید و از متن کاملاً روشن نیست که نرخ 95.4 درصدی کیسه هوا را به‌تنهایی بیان می‌کند یا همراه با بالا رفتن کاپوت. با این حال، شواهد مبنی بر اینکه هر دو سیستم نرخ آسیب‌دیدگی را به‌طور جدی کاهش می‌دهند قوی است - خودروهای مجهز به کاپوت پاپ‌آپ به‌طور میانگین امتیاز حفاظت از عابر پیاده بهتری نسبت به نمونه‌های مشابه بدون کاپوت فعال‌شونده دریافت کردند. از سوی دیگر، کسانی هم هستند که عملکرد سیستم‌های ترکیبی را هنوز ناکافی می‌دانند. در حوزه‌هایی مانند ایمنی، واژه «کافی» همیشه وضعیتی موقتی است.

حلقه‌های پیشین زنجیر: فیوژن سنسورها و AEB

کاپوت پاپ‌آپ و کیسه هوای عابر پیاده آخرین حلقه زنجیر هستند؛ اما زنجیر خیلی قبل‌تر آغاز می‌شود. سیستم‌های تشخیص عابر پیاده معمولاً از ترکیب رادار یکپارچه‌شده در جلوپنجره و دوربینی که جلوی آینه بغل قرار می‌گیرد استفاده می‌کنند. در نمونه‌هایی مانند سیستم Pre-Safe + مرسدس با تشخیص عابر پیاده، جفت استریو دوربین + رادار عابر پیاده جلوی خودرو را شناسایی می‌کند. چرا دو سنسور؟ چون دوربین «می‌بیند» و رادار «اندازه می‌گیرد» - یکی شکل را می‌گوید و دیگری فاصله و سرعت را. به این همکاری، فیوژن سنسور می‌گوییم و برای کاهش مثبت‌های کاذب، یعنی خطای تشخیص تابلوهای راهنمایی یا سایه‌ها به‌عنوان عابر پیاده، ضروری است.

زمان‌بندی را ملموس کنیم. در یک شبیه‌سازی ترمز اضطراری خودکار (AEB) رویدادها این‌گونه پیش می‌رود: سنسورها عابر پیاده کودک را در ثانیه 2.3 برای نخستین بار تشخیص می‌دهند، بلافاصله هشدار فعال می‌شود و در ثانیه 2.4 ترمز خودکار اعمال می‌شود. به بازه زمانی یک‌دهم ثانیه‌ای که می‌گویی نگاه کن ببین چه اتفاقاتی در آن می‌افتد - دقیقاً به همین دلیل است که مهندسان با میلی‌ثانیه‌ها زندگی می‌کنند. سیستم‌های پیش‌بینانه AEB مسیر عابر پیاده، سرعت خودرو، فاصله و شرایط جاده را به‌طور مداوم ارزیابی و احتمال برخورد را پیش‌بینی می‌کنند؛ اگر ترمز کافی باشد برخورد اصلاً رخ نمی‌دهد و اگر کافی نباشد، کاپوت پاپ‌آپ و کیسه هوا وارد عمل می‌شوند.

مرز تشخیص از کجا آغاز می‌شود؟

سنسورها چوب جادو نیستند. فرض می‌شود در حالی که در محدوده عملکردی هستند مؤثر باشند؛ خارج از محدوده - بسته به تاریکی، سرعت، فاصله و زاویه دید - اثربخشی کاهش می‌یابد. سازندگان هم این را می‌پذیرند: ترمز اضطراری با تشخیص عابر پیاده در هر شرایطی کار نمی‌کند و جایگزین رانندگی ایمن نیست. یعنی سیستم‌های فعال بدنه فقط در صورتی می‌توانند در لحظه مناسب آماده شوند که زنجیره تشخیص جلویی آنها درست کار کند. حلقه ضعیف زنجیر تقریباً در ابتدا قرار دارد، نه در پایان.

سویه خاموش بدنه: سپر جاذب ضربه و فضای زیر کاپوت

Bir kaputun altındaki birkaç santimlik boşluk, yayaya çarpan aracın kaderini milisaniyeler öncesinden değiştirebiliyor.

درباره سیستم‌های فعال زیاد حرف زده می‌شود، اما کارِ جذب واقعی ضربه را معماری غیرفعال بدنه انجام می‌دهد. در قسمت جلو که نخستین نقطه تماس با پا است، سازه‌های جذب‌کننده انرژی به استاندارد تبدیل شده‌اند. ماده رایج، EPP یعنی فوم پلی‌پروپیلن منبسط‌شده است - آن را مانند یک اسفنج سبک تصور کنید که درون سپر قرار می‌گیرد و هنگام له شدن، انرژی را به گرما تبدیل می‌کند. به‌عنوان جایگزین، جذب‌کننده‌های قالب‌گیری‌شده با تزریق پلیمر نیز ثبت اختراع شده‌اند که از لوب‌های هم‌فاصله تشکیل شده و با له شدن انرژی را جذب می‌کنند؛ حتی طرح‌های X-شکلی هم وجود دارد که با تغییر دادن حالت‌های تغییر شکل، هم‌زمان ایمنی عابر پیاده و الزامات برخورد سرعت پایین را برآورده می‌کنند. نکته جالب این است: حتی وقتی سپر را با یک درپوش ساده جذب‌کننده انرژی و یک فضای خالی جایگزین می‌کنید، نیز می‌توان به سفتی کافی برای متوقف کردن پا دست یافت.

در سمت پا، آزمایش‌ها با ضربه‌زننده انعطاف‌پذیری به نام Flex-PLI انجام می‌شود - یعنی یک پروتز که مانند پای انسان در آزمایشگاه خم می‌شود رها می‌شود و اندازه‌گیری می‌شود که سازه چقدر خوب انرژی ضربه را جذب کرده است. در سمت کاپوت، مشکل کلاسیک این بود: در اکثر خودروهای فروخته‌شده در آمریکا، کاپوت دارای براکت‌های نگهدارنده‌ای است که تحت ضربه از بالا فروریزند؛ یعنی به‌جای افزایش فضای زیر کاپوت، براکت‌ها عمداً ضعیف می‌شوند. اما کاپوت فعال به‌جای ایجاد ثابت این فاصله، آن را در لحظه نیاز تولید می‌کند - به نظرم یکی از زیباترین نمونه‌های هوشمندی در طراحی است.

در زمینه آزمون و مقررات چه تغییراتی در حال رخ دادن است؟

حفاظت از عابر پیاده اکنون ردیف جدی جدول امتیازات است: در ارزیابی Euro NCAP، عملکرد ایمنی عابر پیاده می‌تواند تا ۲۰ درصد از امتیاز ستاره‌های کل خودرو را تشکیل دهد. و این حوزه در حال حرکت است. NHTSA در سپتامبر ۲۰۲۴ بر پایه مقرره فنی جهانی GTR شماره 9، روش‌های آزمونی را پیشنهاد داد که تماس سر و کاپوت را بازتولید می‌کنند؛ و در نوامبر ۲۰۲۴ تصمیم گرفت دستگاه‌ها و روش‌های آزمون Euro NCAP را برای حفاظت از عابر پیاده با حفاظت در برابر برخورد، با برخی تفاوت‌ها، به کار گیرد. در سمت Euro NCAP نیز تغییرات پروتکل - که بزرگ‌ترین بازنگری از سال ۲۰۰۹ تا کنون است - از سال ۲۰۲۶ لازم‌الاجرا خواهد شد.

این را هم اضافه کنیم، چون باید منصف بود: انتقادهایی به دستگاه تست وجود ندارد نیست. بحث می‌شود که دستگاهی که سرِ آزادحرکت را با زاویه ثابت به کاپوت می‌کوبد ممکن است شرایط دنیای واقعی را کاملاً منعکس نکند. همچنین از موارد فعال‌شدن ناخواسته سیستم‌ها هم صحبت می‌شود - در سیستمی که یک‌بارمصرف است، بالا رفتن خودبه‌خودی کاپوت پیامد عملی جدی‌ای ایجاد می‌کند. این‌ها مشکلاتی نیستند که راه را بر فناوری ببندند، اما بخشی از فرآیند بالغ‌شدن آن هستند.

سوالات پرتکرار: اگر کاپوت بالا برود، سرم نمی‌خورد؟

می‌خورد، به احتمال زیاد. هدف سیستم جلوگیری از تماس سر با کاپوت نیست؛ بلکه جلوگیری از برخورد سر با قطعات سخت مانند موتور زیر کاپوت است. وقتی کاپوت بالا رفته، سر به سطح نرم‌شده‌ای برخورد می‌کند و بخشی از انرژی ضربه با فرورفتن کاپوت جذب می‌شود. این تفاوت می‌تواند بین مرگ و زندگی باشد - که این برای من جمله‌ای به‌اندازه کافی تکان‌دهنده است.

سوال رایج دوم، میزان بالا رفتن کاپوت است: حدود 10 سانتی‌متر. سومین سوال، فعال‌بودن همیشگی سیستم است: نه - بسته به محل و زاویه برخورد و سرعت خودرو ممکن است فعال نشود. مهم‌ترین جمله‌ای که از این صفحه با خود خواهید برد شاید این باشد: سیستم‌های فعال بدنه یک بیمه پیچ‌شده به فرمان نیستند، بلکه آخرین خط دفاعی هستند که هزینه برخورد را کاهش می‌دهند.

جمع‌بندی: زنجیره ایمنی - هیچ حلقه‌ای به‌تنهایی کافی نیست

وقتی با خودم فکر می‌کنم، چیزی که بیش از همه تحت تأثیرم قرار می‌دهد این است: هیچ‌کدام از این سیستم‌ها قهرمانی نمی‌کنند، هرکدام به‌نوبت سهم کوچکی اضافه می‌کنند. فیوژن حسگرها عابر پیاده را تشخیص می‌دهد، AEB ترمز می‌کند، برای انرژی باقی‌مانده کاپوت بالا می‌رود، اگر مسیر سر به شیشه جلو منحرف شود ایربگ باز می‌شود و در لحظه تماس، فوم سپر و فضای زیر کاپوت انرژی را می‌بلعند. آنچه عابر پیاده را محافظت می‌کند یک فناوری واحد نیست، خودِ این زنجیره است. و زنجیره بودن یعنی با پاره شدن یک حلقه، کل مجموعه ضعیف می‌شود. وقتی به سراغ خودروی بعدی می‌روی، می‌گویم فقط زیر کاپوت را نگاه نکن، به خودِ کاپوت هم نگاهی بینداز - مهندسی آنجا گاهی به‌اندازه داخل کابین جان می‌دهد.

منابع