Автомобильные кузова

Автомобильные кузова

 

Автомобиль давно не является только средством передвижения. Сегодня он является неотъемлемой частью нашей жизни. Поэтому автомобили стали такими многоликими, стремясь удовлетворить самым разнообразным потребностям покупателей. В настоящее время на авторынке представлено большое разнообразие моделей, отличающихся по типу кузова. В этом разделе мы рассмотрим автомобильные кузова.

 

Систематизация транспортных средств

 

Систематизация транспортных средств 

Классификация транспортных средств по ЕСЕ

 

Классификация автомобилей по ЕСЕ (Economic Commission of Europe, Европейская комиссия по экономике), R.E.З (Consolidated Resolution on the Construction of Vehicles, консолидиро­ванная резолюция по автомобилестроению).

Категория L

 

Транспортные средства с двумя или тремя колесами.

Категория L

Категория М

 

Автомобили не менее чем с четырьмя коле­сами, предназначенные для перевозки пас­сажиров

Категория М

Категории М2 и М3 подразделяются на под­категории (только с сиденьями, с сиденьями и местами для проезда стоя, категории I-III и А и В).

Категория N

 

Автомобили не менее чем с четырьмя коле­сами, предназначенные для перевозки гру­зов.

Категория N

Категория О

 

Прицепы и полуприцепы

Категория О

Автомобили категорий М,N и O могут осна­щаться специальным оборудованием. напри­мер, «дом на колесах», автомобиль скорой помощи.

Существуют также классификации машин для сельского и лесного хозяйства и других внедорожных машин (Категория G).



Классификация транспортных средств в США

 

Фундаментальные определения автомоби­лей в 49 CFR Part 523 “Vehicle Classification” (CFR, Кодекс федеральных правил США): че­тырехколесные автомобили с разрешенной полной массой до 10 000 фунтов, работаю­щие на углеводородном или альтернативном топливе, предназначенные для эксплуатации на дорогах общего пользования.

Дальнейшее подразделение на легковые автомобили для перевозки не более десяти человек и легкие грузовики, отвечающие одному из следующих требований:

  • более 10 посадочных мест;
  • открытая грузовая площадка (пикапы);
  • грузовой отсек больше пассажирского;
  • предназначены для внедорожной эксплуа­тации.

Автомобильные кузова (легковые автомобили)

 

Внутренние размеры автомобиля

 

Размеры кузова автомобиля зависят от формы кузова, типа привода, совокупности использованного оборудования, желательных внутренних размеров, объема багажного от­деления и ряда других факторов (например, комфорт, безопасность при эксплуатации) (рис.1 «Типичные внутренние и наружные размеры автомобиля»). Сидячие места конструируются со­гласно законам эргономики и с помощью ма­некенов или пространственных CAD-моделей (DIN, SAE, RAMSIS): манекен по стандарту DIN 33408, для мужчин (5-й, 50-й, и 95-й процентиль) и женщин (1-й, 5-й и 95-й процентиль). Например, манекен 5-го процентиля пред­ставляет собой «маленький» размер тела, т.е. только 5% населения имеет меньшие размеры тела, в то время как у 95% тела более крупные.

Типичные внутренние и наружные размеры автомобиля

Манекен с точкой Н SAE (Общество автомо­бильных инженеров) выполнен в соответствии с нормами SAE J826 (май 1987 г.): 5-й, 50-й, и 95-й процентиль — зона бедер и голеней. По установленным в ряде стран правилам, фирмы- изготовители автомобилей должны использо­вать манекен с точкой Н для определения поло­жения базовой точки на сиденье. Большинство автопроизводителей во всем мире используют пространственную CAD-модель RAMSIS (ком­пьютерная антропоматематическая система для имитации пассажиров).

Ключевые параметры дизайна кокпита автомобиляТочка Н является центром сочленения туло­вища и бедра человека и приблизительно соот­ветствует месту расположения тазобедренного сустава. Базовая точка на сиденье (в соответ­ствии с нормами SRP, ISO 6549 и законодатель­ством США) или точка R (ISO 6549 и Директивы EEC / Правила ЕСЕ) — это положение точки Н в диапазоне регулировки сиденья (на регулируе­мых сиденьях), с учетом точки касания каблука водителя пола (рис.2). При определении рас­четного положения точки Н многие автопро­изводители используют положение взрослого человека 95-го процентиля или, если это по­ложение не достигается, то крайнее заднее положение сиденья. Для проверки положения точки Н относительно автомобиля применя­ется трехразмерный механический манекен с изменяемым положением точки Н (массой 75 кг). Базовая точка сиденья, точка контакта каблука с полом салона при положении ступни на педали газа (АНР), расстояние между этими двумя точками по горизонтали и вертикали, а также значения углов тела на манекене, уста­новленные производителем автомобилей, формируют основу для определения размеров сиденья водителя.

Базовая точка на сиденье (точка R) использу­ется для определения:

  • эллипса перемещения глаз (SAE J941) и точек, соответствующих центрам глаз во­дителя (RREG 77/649), как базиса для опре­деления переднего поля обзора водителя;
  • замкнутой линии, очерчиваемой рукой во­дителя, позволяющей определить места установки органов управления автомобилем;
  • точки контакта каблука обуви правой ноги водителя с полом при ее положении на педали газа (АНР) как базовой точки для выбора местоположения других педалей в автомобиле.

Пространство, необходимое для размещения задней оси автомобиля, а также местополо­жение и форма топливного бака являются основными факторами, определяющими устройство задних сидений и форму крыши кузова в его задней части. В зависимости от типа разрабатываемого автомобиля, проекти­руемых основных размеров и необходимых размеров пассажиров, существуют различные углы тела для двухразмерных манекенов или поз (RAMSIS) и различные расстояния между опорными точками сиденья водителя и задних сидений. Продольные размеры в значитель­ной мере зависят от высоты сидений. Более низкие сиденья требуют увеличения простран­ства для их размещения и приводят к увеличе­нию длины салона автомобиля.

Ширина салона и, соответственно, простран­ство на уровне плеч, локтей и бедер, зависят от проектируемой внешней ширины, формы боко­вин (кривизны), и пространства, необходимого для дверных механизмов, пассивных систем безопасности и различных деталей (туннель карданного вала, система выпуска и т.д.).

Размеры багажного отделения автомобиля

 

Размеры и форма багажного отделения зависят от конструкции задней части автомобиля, объема и местоположения топливного бака, запасного колеса, положения задней оси, размеров колесных арок и места установки глушителя.

В Германии объем багажного отделения определяется стандартом DIN ISO 3832 или, что более распространено, по методу VDA (Ассоциация немецких инженеров) с моду­лем VDA (параллелепипед 200 х 100 х 50 мм — соответствует 1дм3 объема).

Наружные размеры автомобиля

 

При выборе наружных размеров должны учитываться следующие факторы:

  • расположение сидений и багажника;
  • тип и размер двигателя, трансмиссии, ра­диатора;
  • тип и размер вспомогательного и специ­ального оборудования;
  • пространство, необходимое для установки специальных колес (цепей противосколь­жения);
  • расположение бамперов;
  • аэродинамические характеристики авто­мобиля;
  • клиренс (около 100-180 мм);
  • требования к видимости.



Конструкция кузова автомобиля

 

При конструировании внутренней и наружной частей кузова должны обеспечиваться:

  • механические функции (открытие окон, ка­пота, крышки багажника, раздвижной крыши);
  • технологичность изготовления и простота ремонта (ширина зазоров, сборка кузова, форма окон, защитные молдинги, особен­ности окраски);
  • безопасность (положение и форма бампе­ров, отсутствие острых краев);
  • аэродинамика (создаваемые воздухом силы и моменты во время движения автомобиля, если они влияют на характеристики, потре­бление топлива и выхлоп, а также динамика и курсовая устойчивость автомобиля, аэродинамические шумы, налипание грязи на внешние панели кузова, удовольствие от езды с открытым верхом, вентиляция салона, работа дворников лобового стекла, охлажде­ние жидкостей, см. также рис.3);
  • оптические характеристики (исключение искажений видимых объектов, вызывае­мых определенными типами ветровых сте­кол и углом их наклона, и ослепляющего эффекта из-за светоотражения);
  • требования законодательства (положение и размер фар и фонарей, зеркал заднего вида, площадок для номерных знаков);
  • конструкция, расположение, форма и кон­туры органов управления;
  • видимость крайних точек автомобиля (пар­ковка).

Аэродинамика автомобиля

 

Аэродинамика описывает поведение кузовов в сжимаемых средах (воздух). В производстве автомобилей аэродинамика учитывает все воз­душные потоки, проходящие над, вокруг и сквозь автомобиль — их можно подразделить на влияю­щие и не влияющие на динамику и расход топлива, комфорт (в т.ч. аэроакустику), охлаждение, ди­намику / курсовую устойчивость и безопасность (см. также раздел «Конструкция кузова», рис.3 «Влияние аэродинамики на рабочие характеристики автомобиля»).

Влияние аэродинамики на рабочие характеристики автомобиля

Силы и моменты, создаваемые воздушным потоком

 

В плане динамики, выхлопа и расхода топлива определяющими факторами являются коэф­фициент аэродинамического сопротивления cd и площадь поперечного сечения автомобиля А. Уравнение для коэффициента аэродинамиче­ского сопротивления FL:

FL = cd (p/2) v2A,

где cd — коэффициент аэродинамического со­противления, р — плотность воздуха, v — ско­рость движения, А — площадь поперечного сечения автомобиля.

То же самое уравнение аналогично применя­ется и к другим кузовам с подъемной Fa (часто подразделяемой нa FaV для передних колес и FaH для задних) ,при силе бокового ветра Fs.

Что касается динамики v курсовой устой­чивости автомобиля интересующими воздей­ствиями являются момент вращения вокруг поперечной оси (момент продольной качки, МN), вертикальной оси MG и продольной оси (момент полезной качки МR). Опорной точкой для этих моментов служит центр авто­мобиля, в средней точке колесной базы и на уровне земли. Момент вращния вокруг вер­тикальной оси MG и другие элементы определя­ются аналогично) можно описать следующим выражением:

MG = cN (p/2) v2A l

где cN — коэффициент момента вращения вокруг вертикальной оси, р — плотность воз­духа, v — скорость движения, А — площадь поперечного сечения автомобиля, l — колесная база.

Факторы, влияющие на коэффициент аэродинамического сопротивления

В идеале проработкаа аэродинамики автомо­биля проводится одновременно с созданием дизайн-моделей для аэродинамического вли­яния на форму автомобиля и обвес. Общие выводы по поводу эффективности обвеса вряд ли возможны, поскольку они зависят от исходной точки, представляемой базовым автомобилем; тем не менее, можно привести некоторые типичные примеры. В таблице 1 «Факторы, влияющие на коэффициент аэродинамического сопротивления» описаны различные конструктивные фак­торы, влияющие на аэродинамику.

 

Коэффициент аэродинамического сопротивления и фронтальные площади современных автомобилей

Важность аэродинамики в настоящее время возрастает из-за ее влияния на вы­бросы СО2. Современные разработки обе­щают значительное снижение коэффици­ента аэродинамического сопротивления cd. В таблице 2 «Коэффициент аэродинамического сопротивления и фронтальные площади современных автомобилей» приведено несколько примеров коэффициента аэродинамического сопро­тивления (cd) у современных автомобилей нескольких категорий.

Влияние изменения коэффициента аэродинамического сопротивления и массы автомобиля на динамику и расход топлива на примере автомобиля среднего класса

Эффект изменения коэффициента аэро­динамического сопротивления и массы ав­томобиля продемонстрирован на примере автомобиля среднего класса (Mercedes-Benz С220 CDI) в табл.3 «Влияние изменения коэффициента аэродинамического сопротивления и массы автомобиля на динамику и расход топлива на примере автомобиля среднего класса». Хорошо виден экспонен­циальный рост влияния аэродинамического сопротивления с повышением скорости. Также очевидно, что изменения аэродина­мического сопротивления имеют лишь мини­мальный эффект на результаты NEDC (New European Driving Cycle, Новый Европейский ездовой цикл) из-за низкой средней скоро­сти в 33,4 км/ч во время испытаний. Тем не менее, изменение cd на -0,001 дает примерно такое же уменьшение расхода топлива, как и снижение массы на 2-3кг (даже в условиях NEDC), а при постоянной скорости 210 км/ч, это изменение эквивалентно примерно 40кг.

Аэроакустика автомобиля

 

Все больше и больше внимания уделяется аспектам аэродинамики, имеющим отноше­ние к комфорту и безопасности — особенно аэроакустике. Высокий уровень шума в са­лоне все чаще воспринимается как показа­тель плохого качества автомобиля и вызывает неудовлетворенность владельцев.

Шум ветра сильно зависит от скорости ав­томобиля, создавая дискомфорт, особенно на высоких скоростях. На малой скорости преобладают другие источники шума (шум шин, двигателя и пр.).

Существуют два возможных направления улучшения конструкции для снижения уровня шума:

  • уменьшение интенсивности источников шума;
  • оптимизация путей передачи шума пасса­жирам.

Попытки уменьшить шум ветра больше не ограничиваются лишь оптимизацией от­дельных компонентов (таких как антенны и дверные и оконные уплотнители), они все больше направляются на дизайн автомобильного кузова. Вообще говоря, для уменьшения шума ветра хорошо подходит конструкция кузова, у ко­торой воздушный поток остается в тесном контакте с наружной поверхностью. В точках, где это невозможно (передние стойки, на­ружные зеркала), акцент должен делаться на создание точек плавного отделения и отвода турбулентного потока как можно дальше от поверхности кузова. Это предотвращает тур­булентное присоединение воздушного потока в рамках физически возможного. Отделение и присоединение воздушных потоков, начи­ная со скорости около 120 км/ч, являются Доминирующими источниками шума. Для ми­нимизации передачи шума в салон должны эффективно функционировать уплотнители дверей, окон, капота и багажника. Так же важна и конструкция окон в плане толщины и слоистости структуры.

Имеется все возрастающая тенденция к про­ведению аэроакустических испытаний в аэро­динамической трубе, а не на дороге. Опера­торы аэродинамических труб отреагировали на эту тенденцию строительством новых тун­нелей и изменением существующих, чтобы значительно уменьшить базовый уровень шума в самих туннелях. Преимуществами испытаний в аэродинамической трубе явля­ются более высокая воспроизводимость, от­сутствие влияния погодных условий и устра­нение других источников шума ветра. Кроме того, циклы испытаний для каждого набора условий оказываются короче, чем при испы­таниях на дороге.

В прошлом традиционным средством измере­ния аэроакустики был спектральный анализ. Однако опыт показал, что предпочтительнее включать в испытания оценку «психоакусти­ческих» параметров (громкости, резкости и показателя артикуляции). Эти параметры измеряют высокочастотные составляющие шума, больше учитывающие субъективное восприятие (громкость, резкость) и раз­борчивость речи (показатель артикуляции). Интенсивность — это переменная психоакустического восприятия, которое можно из­мерить независимо от высоты, громкости и грубости звука. Показатель артикуляции — это мера разборчивости речи.

 

Характерные аэрокустические параметры современных автомобилей

В таблице 4 «Характерные аэрокустические параметры современных автомобилей» приведены аэроакустические параметры на примере различных категорий автомобилей.

В следующей статье я расскажу о пассивной безопасности автомобиля.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *