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 

Пример HTML-страницы

 

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

 

Пример HTML-страницы

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. «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.

 

Пример HTML-страницы

 

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. «Ключевые параметры дизайна кокпита автомобиля»). 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 1 дм3 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. «Влияние аэродинамики на рабочие характеристики автомобиля»);
  • 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. «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 «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 «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. «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 2-3 кг (даже в условиях NEDC), а при постоянной скорости 210 км/ч, это изменение эквивалентно примерно 40 кг.

 

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

Пример HTML-страницы

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:

Пример HTML-страницы

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *