Projektowanie samochodów – nadwozie [cz. 2]

W poprzedniej części cyklu skupiłem się na teoretycznym wprowadzeniu do zagadnienia projektowania nadwozi. Pora teraz skupić się na bardziej konkretnych informacjach, które pozwolą zaznajomić się z procesem powstawania samochodowej karoserii, ze szczególnym uwzględnieniem koncepcji i stylingu.

W poprzedniej części cyklu skupiłem się na teoretycznym wprowadzeniu do zagadnienia projektowania nadwozi. Pora teraz skupić się na bardziej konkretnych informacjach, które pozwolą zaznajomić się z procesem powstawania samochodowej karoserii, ze szczególnym uwzględnieniem koncepcji i stylingu.

Konstrukcja samochodu składa się z rozwoju czterech układów: elektrycznych i elektronicznych, jezdnego i podwozia, silnika wraz z układem napędowym oraz omawianego w serii artykułów nadwozia. Aby stworzenie każdego z wymienionych układów było możliwe, konieczne jest wykonanie szeregu czynności, usystematyzowanych w poszczególne etapy, zawarte w procesie zarządzania cyklem życia produktu (Product Lifecycle Management).

Jak sama nazwa wskazuje, PLM obejmuje cykl życia produktu, czyli wszelkie działania związane z jego projektowaniem, konstrukcją, wdrożeniem na rynek, dystrybucją, etapami eksploatacji i serwisu czy w końcu samą utylizacją. Biorąc pod uwagę proces projektowy samochodu, zawiera on w sobie również czynniki składające się na rozwój poszczególnych układów. W przypadku nadwozia są to czynniki marketingowe, prawne, estetyczne, techniczne, ekonomiczne, a także obejmujące bezpieczeństwo czy system zapewnienia jakości.

Wszystkie wymienione czynniki, które wpływają na całościowy projekt nadwozia, bezpośrednio oddziałują również na każdy z etapów tworzenia karoserii samochodu, a więc na tworzenie koncepcji i styling, obliczenia i symulację, konstrukcje, budowanie prototypów, badanie nadwozia oraz serię informacyjną.

Koncepcja i styling

Gdy znane są już założenia nowego pojazdu, punktem wyjścia do dalszej pracy nad nadwoziem jest benchmarking. Termin ten oznacza analizę porównawczą, uczenie się od najlepszych poprzez rozeznanie w rynku i branie za wzór najbardziej udanych samochodów. Jest to baza to stworzenia bardziej konkretnego zarysu nadwozia, która w następnej kolejności musi zostać skonfrontowana z obowiązującymi przepisami. Obecnie wiele elementów nadwozia jest znormalizowanych. Określa je Dyrektywa CEE, która po części jest zgodna z Regulaminem ECE. Z uwagi na utrudniony dostęp do najnowszych norm na poniższej grafice prezentuję przykładowe normy polskie z 2004 r.

Kolejnym etapem tworzenia koncepcji jest opracowanie modelu redukcyjnego, co oznacza również określenie zarówno kwestii aerodynamiki, jak i wytrzymałości oraz bezpieczeństwa struktury.

Praca z modelem redukcyjnym opiera się głównie na tzw. package’ingu, dzięki któremu sprawdza się, czy pomysł jest trafiony i funkcjonalny. A więc w tej fazie projektowania dopracowuje się koncepcje pod względem kształtu, a także jakości powierzchni.

Digitalizuje się model, a następnie, poprzez wygładzanie powierzchni (z ang. Alias Smoothing), przygotowuje się końcową wersję trójwymiarowego modelu wirtualnego. Ten skomplikowany proces odpowiedniego doboru krzywizn karoserii nazywa się pracami strakerskimi. Tym pojęciem określa się wszystkie czynności modelowania powierzchniowego w środowiskach CAD, które wykonuje się w celu zamodelowania karoserii samochodu.

W praktyce prace strakerskie oznaczają więc proces poszukiwania optymalnej krzywizny dla wyznaczonych komputerowo punktów widocznych po stworzeniu zdigitalizowanego modelu 3D karoserii samochodu. Jest to praca niezbędna z uwagi na to, że komputerowo wygenerowana powierzchnia opiera się na wielu punktach pomiarowych, które jako całość w przekroju tworzą powierzchnie wymagające wygładzenia.

Są one o tyle ważne, że zewnętrzne poszycie nadwozia to element mający niebagatelny wpływ na wygląd pojazdu i postrzeganie go przez potencjalnych odbiorców. Końcowa wersja modelu służy za podstawę modelu rzeczywistego w pełnej skali. Potem określa się realną możliwość wykonania takiego nadwozia (z ang. feasibility).

Omawiając kwestie wymiarów nadwozia, nie można pominąć aspektu ergonomii - wizualizacja znajduje się na grafice poniżej. Bardzo istotne jest położenie punktu H, który odpowiada w przybliżeniu położeniu osi obrotu stawu biodrowego kierowcy oraz tzw. elipsy wzroku, która wynika z regulacji fotela.

W Europie do testów stosuje się manekin 95-centylowy mężczyzny oraz 5-centylowy kobiety. Pojęcie osobnika x-centylowego określa to, że x-ułamek procentowy ludzi zbadanych w ramach pomiaru antropometrycznego ma wymiary ciała mniejsze niż przyjęte. Z przyjętego założenia wynika, że 10% populacji odbiega od danych służących za wzór podczas projektowania.

Przy projektowaniu nadwozia nie powinno się również zapominać o wyborze odpowiednich założeń technologicznych do projektu oraz wykorzystaniu materiałów z uwzględnieniem m.in. przeznaczenia pojazdu czy kosztów. Trzeba pamiętać, że w XXI wieku użyte materiały nie mogą również odbiegać od restrykcyjnych wymagań związanych z ochroną środowiska, a nierzadko muszą też być w pełni zdatne do recyklingu.

Na koniec dla zainteresowanych wykład Tadeusza Jelca.

Źródło: Podstawy aerodynamiki pojazdów, J. Piechna • Samochody osobowe i pochodne, J. Jackowski, J. Łęgiewicz i M. Wieczorek • J. Gierej Budowa nadwozi - poradnik • Konstrukcja nadwozi samochodów osobowych i pochodnych, A. Zieliński