سیستم های ایمنی تاریخ خودروسازی بحثی جدا از وسایل و امکانات رفاهی و فنی دارند چرا که به مرور و با نمایش توانایی های خود، توسط دیگر شرکت های خودروسازی نیز مورد استفاده قرار می گیرند و معمولا بعد از مدتی و اثبات کارایی های آنها، از سوی دولت ها به عنوان استانداردهای اجباری برای نصب روی خودروها، تایید و ضروری می شوند.

در این مطلب نگاهی داریم به مهم ترین سیستم های ایمنی در طول تاریخ خودروسازی که هم به نوعی روند تکاملی ایمنی خودرو را نمایش می دهند و هم بیشترین اثر را در کاهش تصادفات و مرگ و میر سرنشینان و اشخاص ثالث داشته اند.

 

کمربند ایمنی

هرچند شایعات زیادی این روزها در فضای مجازی مبنی بر ایرانی بودن مخترع کمربند ایمنی شنیده می شود اما باید بدانیم که اولین بار کمربند ایمنی در میانه قرن نوزدهم میلادی و توسط یک مهندس انگلیسی در نیویورک ثبت اختراع شده است.

اما استفاده از این ابزار بسیار کارآمد برای بار اول در یک خودرو تولید انبوه، توسط شرکت های Nash در سال 1949 و فورد در سال 1955 صورت گرفته است که این رویه نیز بعد از انجام آزمایشاتی بود که توسط یک موسسه تحقیقاتی درباره میزان اثر نجات بخشی این قطعه روی سرنشینان خودرو صورت گرفت.

قابل ذکر است که با وجود انواع و اقسام سیستم های ایمنی در خودروهای مدرن امروزی، هنوز هم کمربند ایمنی با بیش از 50 درصد کاهش آسیب های ناشی از تصادف، بالاترین کارایی را داشته و این رقم برای ایربگ در حدود 30 درصد تخمین زده می شود.

نقاط مچاله شونده

 

 

در سال 1952 شرکت مرسدس بنز اقدام به طراحی اتاق W114 خود یا همان مرسدس معماری کرد که در طراحی آن برای اولین بار ایمنی غیرفعال بدنه را به صورت حرفه ای در پیش گرفت.

همیشه سعی می شود که در تصادفات اتاق تا حد ممکن سالم باقی بماند و دماغه خودرو بیشترین انرژی جنبشی ایجاد شده در تصادف را جذب کرده تا کمترین اثر آن به کابین برسد. برای این کار باید از نقاط مچاله شونده و جاذب انرژی تصادف استفاده کرد و این طرحی بود که مرسدس برای اولین بار در بنز W114 پیاده کرد.

ترمزهای دیسکی

 

 

با بالا رفتن سرعت خودروها به مرور زمان، نیاز به یک توقف سریع تر، کوتاه تر و ایمن تر به شدت حس می شد و این دقیقا مشکلی بود که در ترمزهای کاسه ای قابل رفع نبود.

برای اولین بار از ترمزهای دیسکی در سال 1902 در بیرمنگام انگلیس رونمایی شد اما نبود تکنولوژی لازم برای ساخت انبوه این قطعه باعث شد تا 51 سال بعد، برای اولین بار جگوار از ترمزهای دیسکی در خودرو مسابقه ای خود یعنی جگوار C-Type استفاده کند و در سال 1955 نیز، سیتروئن در خودرو لوکس DS استفاده از این تکنولوژی را برای اولین بار در یک خودرو تولید انبوه به کار بگیرد.

کمربند ایمنی سه نقطه ای

 

 

کمربندهای امینی در ابتدا بسیار ساده بوده و از دو قسمت که به هم گیره می شدند، ساخته شده بود. این کمربندها آزادی عمل راننده و سرنشین را در حین سواری می گرفت و چون قابل تنظیم نبود، مشکلاتی نیز برای استفاده کنندگان به همراه داشت. ت

ا اینکه در سال 1958 یکی از مهندسان ولوو به نام نیس بوهلین کمربند ایمنی سه نقطه ای را ابداع کرد و ولوو نیز به سرعت آن را به شکل یک استاندارد در محصولاتش به کار گرفت.

بد نیست بدانیم که در انگلیس استفاده از کمربند ایمنی برای راننده و شاگرد از سال 1983 اجباری شد و از سال 1991 قانون استفاده از کمربند ایمنی در کل اروپا برای همه افراد داخل خودرو به تصویب رسید.

کیسه هوا

ایربگ یا همان کیسه هوا در سال های دهه 50 میلادی در آمریکا متولد شد اما در اروپا می توان گفت برای اولین بار به صورت کاملا جدی در دنیا، مرسدس بنز این تکنولوژی را روی خودروهای سواری اش به کار گرفت.

این شرکت آلمانی در دهه 80 میلادی از ایربگ در اس کلاس سری W126 خود استفاده کرد که در آن زمان یک آپشن انتخابی از سوی خریدار بود. بعد از مرسدس بنز، پورشه در محصول 944 خود و بعد از آن نیز در هوندا لِجند از ایربگ این بار به صورت استاندارد و نه آپشن استفاده شد و کم کم با اثر نجات بخشی این قطعه، دیگر شرکت های خودروسازی نیز تا پایان قرن بیستم آن را در لیست وسایل ایمنی محصولاتشان حتی به صورت آپشن قرار دادند.

ترمز ضدقفل

 

 

یکی از دلایل بروز تصادفات و سوانح در ترمزگیری های شدید ناشی از قفل شدن چرخ ها و خصوصا چرخ های محور جلو است که هم منجر به انحراف خودرو خواهدشد و هم قابلیت فرمان پذیری و هدایت خودرو را از راننده خواهدگرفت.

مرسدس بنز که بیشترین نوآوری را در صنعت خودرو به نام خود ثبت کرده است، در سال 1978 استفاده از سیستم ترمز ضدقفل را در خودروهای سواری و به صورت تولید انبوه در دستور کار خود قرار داد و این در حالی بود که این سیستم قبلا برای هواپیماها و در سال 1929 معرفی شده بود.

سیستم گفته شده توسط شرکت بوش که از توسعه دهندگان سیستم های مختلف خودرویی تا امروز در دنیا محسوب می شود، آماده شد و در ابتدا به صورت سفارشی برای اس کلاس W116 قابل خریداری بود و برای اولین بار نیز شرکت فورد در سال 1985 برای محصول گرانادای خود این سیستم را به صورت استاندارد عرضه کرد.

ایربگ عابر پیاده

 

 

عابران پیاده در برخورد با خودرو روی درب موتور پرتاب می شوند و در اکثر مواقع با برخورد سر آنها با شیشه و یا انتهای درب موتور خودرو دچار آسیب های شدیدی به سر می شوند که در برخی حالات منجر به مرگ آنها نیز خواهدشد.

ایربگ عابر پیاده راهکاری است که ولوو آن را در سال 2012 پیشنهاد داده و روی محصول V40 خود نیز استفاده از آن را آغاز کرده است. در این سیستم یک ایربگ در زیر درب موتور خودرو و متمایل به انتهای آن در حین تصادف باز می شود تا سر عابر پیاده بعد از برخورد با خودرو، به جای اصابت به شیشه روی آن قرار بگیرد و در این روش چون درب موتور نیز کمی زاویه گرفته و رو به بالا خواهدآمد، از شدت برخورد بدن عابر پیاده نیز کاسته می شود.

ایربگ عابر پیاده برای سرعت های بالای 50 کیلومتر در ساعت فعال می شود و تشخیص برخورد با عابر پیاده از برخورد با حیوان، خودرو و دیگر موانع به عهده 7 سنسور قرار گرفته در دماغه خودرو است.

کروز کنترل تطبیقی

 

 

کروز کنترل وظیفه حفظ سرعت خودرو در مسیر را دارد اما نکته مهم در این است که این سیستم جزو وسایل رفاهی خودرو دسته بندی می شود و اگر مانعی حین حرکت در مسیر خودرو ظاهر شود و راننده اقدام به کاهش سرعت نکند، برخورد با آن حتمی خواهدبود.

اما نمونه تطبیقی که سرعت خود را می تواند با خودرو حلویی هماهنگ کند، توسط مرسدس بنز و روی کلاس اس و CL این شرکت در سال 1999 پیاده سازی شد که در هر دو حالت کاهش و یا افزایش سرعت خودرو جلویی، قابلیت هماهنگ کردن با آن را داشت.

این کار توسط رادارهای قرار گرفته در دماغه خودرو صورت می گیرد و بعد از مرسدس بنز، جگوار نیز در کوپه اسپرتی خود یعنی XK از کروز کنترل تطبیقی در همان سال بهره گرفت.

برنامه کنترل پایداری

 

 

 

فرض کنیم در یک پیچ در حال حرکت با خودرو هستیم و بنا به شرایط نوع حرکت و سرعت تردد و یا زاویه پیچ، خودرو در حال خروج به خارج مسیر است. این حالت می تواند برای مانوردادن در حین عبور از یک مانع و یا ترمزگیری در یک مسیر که شرایط همه چرخ ها یکسان نیست نیز اتفاق بیفتد چرا که در این حالت اگر همه چرخ ها نیروی ترمزی برابر دریافت کنند،

چون سرعت متفاوتی در زمان پیچیدن دارند، خودرو دچار بی تعادلی خواهدشد. برنامه کنترل پایداری که با نام های ESC و ESP شناخته می شود، در سال 1995 توسط مرسدس بنز و ب ام و ابداع و اولین بار نیز بر روی اس کلاس و سری 7 پیاده شد

که کار آن، تشخیص تمایل خروج خودرو از مسیر بود و برای کنترل خودرو اقدام به ترمزگیری در چرخ ها به صورت مجزا کرده و با کنترل دریچه گاز، قدرت و گشتاور تولیدی موتور را نیز در اختیار می گرفت.

با موفقیت های این دو شرکت آلمانی در توسعه این محصول، به سرعت تویوتا، آئودی و ولوو نیز از آن برای ساخته های خودشان استفاده کردند و از سال 2014 میلادی نیز، کلیه خودروهای تولیدی در قاره اروپا باید به این سیستم مجهز باشند.

سیستم اخطار خروج از خط

 

 

 

بسیاری از تصادفات ناشی از خواب آلودگی راننده است که منجر به انحراف خودرو به طرفین و برخورد با موانع و یا خودروهای دیگر خواهدشد. شرکت سیتروئن در سال 2005 و در سه خودرو C5, C4 و C6 خود از سیستمی استفاده کرد که خطوط جاده را اسکن کرده و در صورتی که خودرو از روی این خطوط بگذرد و آنها را قطع کند،

به راننده اخطار می دهد و با لرزش صندلی و یا فرمان آن را از خواب آلودگی احتمالی بیدار می کند. امروزه بسیاری از خودروسازان اروپایی از این سیستم در ساخته های سبک و سنگین خود استفاده می کنند.

 

 

 

سیستم‌های چهار چرخ محرک روش کار یکسانی ندارند. ما تفاوت‌های اساسی این سیستم‌ها و چگونگی تفاوت آن‌ها روی رانندگی در داخل و خارج جاده را بررسی کرده و شرح داده‌ایم.

 

 

چهار چرخ محرک. تمام چرخ محرک. سیستم‌های تمام یا نیمه‌وقت… واژه‌شناسی می‌تواند گیج کننده باشد مخصوصاً زمانی که شما نام‌های مخصوصی چون کواترو، 4Motion و 4Matic را به این داستان اضافه می‌کنید.

اساساً یکی از اهداف مشترک تمامی این سیستم‌ها ارائه نیروی محرک (گشتاور) به تمامی چرخ‌ها به منظور افزایش کشش می‌باشد. در ادامه تفاوت روش‌های انتقال گشتاور پیشرانه به چرخ‌ها را خدمت شما عزیزان شرح می‌دهیم.

 

 

تاریخچه سیستم تمام چرخ محرک

 

 

 

 

اولین خودروی چهار چرخ محرکی که دارای پیشرانه احتراق داخلی نیز بود عنوان اولین خودروی هیبریدی را نیز یدک می‌کشد. فردیناند پورشه خودروی لونر-پورشه خود را در سال 1899 و در وین برای لودویگ لونر طراحی کرد و ساخت و این خودرو دارای چهار پیشرانه الکتریکی بود که نیرو را به هر چرخ منتقل می‌کرد و پیشرانه بنزینی نیز عملکرد ژنراتور را داشت.

اولین خودروی چهار چرخ محرک با یک پیشرانه احتراق داخلی که وظیفه نیرورسانی به چرخ‌ها را بر عهده داشته باشد اسپایکر ساخت تا این خودرو در سال 1903 در مسابقه پاریس تا مادرید شرکت کند.

 

 

 

اگرچه چندین خودروی نظامی چهار چرخ محرک نیز ساخته شده بود اما اولین خودروی تولید انبوه مجهز به این سیستم جیپ CJ-2A 1945 (جیپ غیرنظامی) نام داشت.

 

 

 

نصب سیستم چهار چرخ محرک در خودروهای سواری تولید انبوه زمان زیادی بود و این بار لئون سوبارو در سال 1972 بود که این عنوان را به خود اختصاص داد. در سال 1980 آئودی کواترو معرفی شد و این یک انقلاب در رالی محسوب می‌شد.

از اولین باری که خودروی مجهز به کواتروی آئودی در سال 1983 برنده شده هیچ خودروی تک دیفرانسیل نتوانسته است پیروز این میدان باشد.

 

 

اصول اساسی

 

 

گشتاور لحظه‌ای توسط پیشرانه احتراق داخلی و در میل‌لنگ ارائه می‌شود. سپس این گشتاور از طریق گیربکس، جایی که دنده‌های سنگین به عنوان چند برابر کننده‌ها عمل می‌کنند به چرخ‌ها فرستاده می‌شود.

حالا این گشتاور در شفت خروجی گیربکس و پیش از رسیدن به تمامی چرخ‌ها در دسترس است. این موضوع به نوعی به ارتباط تمامی چرخ‌ها به خروجی گیربکس دلالت دارد اما این مورد را بعدها توضیح خواهیم داد.

 

 

 

 

مشکل این است که تمامی چرخ‌ها با یک سرعت نمی‌چرخند مخصوصاً زمانی که خودرو در حال عبور از پیچ بوده و چرخ‌های داخل پیچ فاصله کمتری را نسبت به چرخ‌های بیرونی طی می‌کنند.

این مؤلفه در اکسل‌های جلو و عقب به منظور هماهنگی با تغییر سرعت طراحی شده و ما آن را به نام دیفرانسیل می‌شناسیم؛ بنابراین تمامی خودروهای چهار چرخ محرک نیازمند حداقل دو دیفرانسیل هستند، یکی برای جلو و یکی برای عقب.

نهایتاً دو میل لنگی که این گشتاور را به اکسل‌های جلو و عقب می‌فرستند بسته به سرعت متوسط چرخ‌ها در هر اکسل شاید با سرعت‌های متفاوتی بچرخند؛ بنابراین یک دستگاه دیگر به منظور پوشش این تفاوت موردنیاز است. البته زمانی که خودرو تنها در زمان لغزش و پیشگیری از آسیب نیز به دستگاه یاد شده نیاز خواهد داشت.

 

 

1-انواع سیستم‌های تمام چرخ محرک سیستم چهار چرخ محرک دائمی

 

زمانی که سیستم موردنظر به‌طور دائمی گشتاور را به تمامی چرخ‌ها برساند باید یک قفل دیفرانسیل به منظور پوشش تفاوت سرعت بین دو اکسل وجود داشته باشد. این به خاطر عدم وجود گزینه قطع سیستم تمام چرخ محرک در زمان حضور در سطوحی همچون قیرپاشی شده می‌باشد.

اجزای اصلی: سه دیفرانسیل که دوتا روی اکسل‌ها بوده و یکی نیز به‌صورت مرکزی می‌باشد. پیشرانه می‌تواند به‌صورت عرضی یا طولی نصب شود.

استفاده در سطح قیرپاشی شده: تا زمانی که هر سه دیفرانسیل باز بوده و قفل نشده باشند می‌توان از این سیستم استفاده کرد.

آپشن ها: قفل‌های دیفرانسیل می‌توانند در هر سه دیفرانسیل وجود داشته باشد. دنده‌سنگین احتمالاً برای خودروهای آفرود وجود خواهد داشت.

نمونه‌ها: سوبارو به خاطر سیستم چهار چرخ محرک symmetrical کوپل شده با پیشرانه‌های بوکسوری و میل‌لنگ‌های هم طول خود شناخته می‌شود. یکی از نمونه‌های آفرود مشهور دنیای خودرو لندروور دیفندر است که دارای سه دیفرانسیل و دنده‌سنگین می‌باشد.

موضوع جالب اینکه دیفندر تنها به‌صورت استاندارد دارای قفل دیفرانسیل مرکزی بوده هرچند بسیاری از مالکان این خودرو را با دیفرانسیل لغزش محدود یا قفل‌های دیفرانسیل جلو و عقب سفارش می‌دهند.

 

 

2-سیستم چهار چرخ محرک قابل انتخاب

 

 

این نوع سیستم بیشتر مناسب استفاده سنگین آفرود بوده و یک جعبه انتقال مرکزی مکانیکی و دنده‌سنگین گشتاور را در حالت‌های چهار چرخ محرک به‌صورت مساوی به اکسل‌های جلو و عقب می‌فرستد.

اجزای اصلی: معمولاً تنها دو دیفرانسیل (یک دیفرانسیل در هر اکسل) وجود دارد. پیشرانه به‌صورت طولی نصب شده و خودرو دارای جعبه انتقال و دنده‌سنگین است. زمانی که حالت چهار چرخ محرک انتخاب نشده باشد حالت پیش‌فرض به‌صورت دیفرانسیل عقب خواهد بود. مصرف سوخت در حالت دیفرانسیل عقب و به دلیل اصطکاک کمتر کاهش می‌یابد.

استفاده در سطح قیرپاشی شده: در حالت‌های چهار چرخ محرک توصیه نمی‌شود به جز زمانی که خودرو دارای دیفرانسیل مرکزی باز باشد.

آپشن ها: قفل‌های دیفرانسیل در اکسل‌های جلو و عقب. دنده‌سنگین نیز معمولاً به‌صورت استاندارد در این سیستم‌ها وجود دارد.

نمونه‌ها: تویوتا هایلوکس یک مثال خوب از خودروی مجهز به جعبه انتقال و دنده‌سنگین که فاقد دیفرانسیل مرکزی است می‌باشد. یک استثنا در این کلاس میتسوبیشی تریتون است که دارای دیفرانسیل مرکزی تورسن باز در حالت 4H سیستم چهار چرخ محرک بوده است.

بنابراین می‌توان آن را در سطح قیرپاشی شده نیز با همین حالت راند. زمانی که دیفرانسیل مرکزی قفل بوده و در حالت 4HLc است خودرو را در سطح قیرپاشی شده نرانید.

 

 

3-سیستم چهار چرخ محرک مبتنی بر نیاز راننده

 

 

 

 

 

این سیستم در بسیاری از خودروهای پرفورمنس جاده‌ای و شاسی بلندهای شهری دیده می‌شود. ایده خلق این سیستم انتقال نیروی پیشرانه به چرخ‌های جلو در اکثر موارد بوده و تنها در زمانی که نیاز باشد سیستم چهار چرخ محرک به‌صورت خودکار درگیر می‌شود.

اجزای اصلی: پیشرانه معمولاً به‌صورت عرضی نصب شده است. دارای دو دیفرانسیل (در هر اکسل یک دیفرانسیل). این خودروها معمولاً دارای کلاچ چندصفحه‌ای هستند. از آنجایی که سیستم چهار چرخ محرک این خودروها تنها در زمان نیاز فعال است بنابراین در مصرف سوخت صرفه‌جویی می‌شود. دنده‌سنگین به ندرت در این‌گونه خودروها دیده می‌شود.

استفاده در سطح قیرپاشی شده: این سیستم مشکلی در این‌گونه سطوح نداشته زیرا زمانی که هرزگردی در چرخ‌ها (اکثراً چرخ‌های جلو) تشخیص داده شود سیستم چهار چرخ محرک درگیر می‌شود. زمانی که سیستم درگیر شد کلاچ هنوز می‌تواند تفاوت سرعت کوچک بین اکسل‌ها را پوشش دهد. این کار با لغزش کم چرخ‌ها صورت می‌گیرد.

آپشن ها: قفل دیفرانسیل معمولاً در این خودروها ارائه نمی‌شود و راننده کنترل کمی روی استفاده از سیستم چهار چرخ محرک دارد.

نمونه‌ها: مرسدس-ای ام جی A45 دارای کلاچ چند صفحه مرکزی هالدکس به منظور درگیر کردن چرخ‌های عقب به منظور افزایش کشش است. نیسان ایکس تریل نیز دارای تنظیمات مناسبی بوده اما به راننده اجازه می‌دهد بین حالت‌های دیفرانسیل جلو (کلاچ باز)، اتوماتیک (کلاچ توسط ECU کنترل می‌شود)، 4×4 (کلاچ به‌صورت دائمی درگیر است) یکی را انتخاب کند.

 

 

قفل دیفرانسیل چیست؟

 

 

 

 

یک دیفرانسیل از مجموعه دنده‌های سیاره‌ای تشکیل شده که به عنوان نسبت کاهشی نهایی به منظور چند برابر کردن ارزش گشتاور و در عین حال کاهش سرعت ورودی چرخشی به چرخ‌ها عمل می‌کند.

یک دیفرانسیل باز اجازه ایجاد تفاوت سرعت بدون محدود بین دو چرخ را به منظور بهبود عبور از پیچ‌ها می‌دهد. این امر می‌تواند باعث ایجاد اختلال در کشش شود مخصوصاً اگر یک‌طرف خودرو در جاده و طرف دیگر از گل‌ولای باشد.

قفل دیفرانسیل دو چرخ را مجبور به چرخش با یک سرعت برابر می‌کند و کشش را بهبود می‌بخشد اما روی دینامیک خودرو تأثیر منفی می‌گذارد.

رانندگی با قفل دیفرانسیل درگیر شده در سطح قیرپاشی شده می‌تواند باعث آسیب به قوای محرکه شود. یک دیفرانسیل لغزش محدود باعث می‌شود تفاوت سرعت معینی بین چرخ‌ها وجود داشته باشد و به این ترتیب کشش خودرو بهبود می‌یابد.

دیفرانسیل لغزش محدود باعث تفاوت سرعت چرخش چرخ‌ها در هر اکسل می‌شود.

 

 

سیستم تمام چرخ محرک الکتریکی

 

 

مهندسی سیستم چهار چرخ محرک در خودروهای الکتریکی بسیار آسان‌تر از آن چیزی است که از نظر گذراندید. اگر چهار پیشرانه الکتریکی در خودرو نصب شود (یک پیشرانه برای هر چرخ)، دیگر نیازی به گیربکس، دیفرانسیل و جعبه انتقال نخواهد بود.

این تکنولوژی مدت‌های زیادی است که به کار می‌رود و کامیون‌های بزرگ دارای پیشرانه الکتریکی در هر اکسل هستند. این کامیون‌ها می‌توانند از پیشرانه احتراق داخلی به عنوان یک ژنراتور استفاده کنند. این ایده مشابه محصول لونر-پورشه است.

 

 

 

امروزه بسیاری از خودروهای الکتریکی پرفورمنس همچون تسلا مدل S از یک پیشرانه الکتریکی در هر اکسل استفاده می‌کنند تا سیستم چهار چرخ دائمی داشته باشند.