Современные тенденции развития кузовов легковых автомобилей
Кузов легкового автомобиля, как было сказано выше, является сложной пространственной конструкцией, изготавливаемой до сего времени, в основном, из листовой стали. Вместе с тем, с давних пор делаются попытки заменить сталь другими материалами.
Исторически первыми материалами для кузовов было дерево, из которого делались все детали кузова и рама, на которую этот кузов устанавливался. Из бука или ясеня делали каркас кузова, который обшивался деревянными панелями. Впоследствии панели стали стальными и приколачивались к каркасу маленькими гвоздиками. Именно так до сих пор изготавливают кузова классического английского родстера «Морган». В Германии в 30-е годы из-за дефицита стального проката для изготовления кузовов применялся «дуропласт» – пропитанные клеящий смолой опилки – например, кузов автомобилей DKW. Были многочисленные попытки применения стеклопластика и других материалов, но особенного успеха они не имели в автомобилях массового производства.
За последние годы наблюдается ощутимый прогресс в применении алюминия для кузова легкового автомобиля. Примером может служить несколько экзотическая машина Honda NSХ и более массовая представителя Audi A8 и новейшая машина малого класса Audi A2.
У двух последних автомобилей каркас сделан из алюминия. На А2 каркас содержит 22% литых деталей, 18% деталей получены методом экструзии (выдавливания), 60% деталей штампованы из листа (включая обшивку). Если бы всё это было изготовлено из стали, то кузов имел бы массу на 40 % больше.
Следует отметить, что и современному кузову предъявляются очень жёсткие требования в отношении безопасности. Так вот компьютерные и реальные крэш-тесты показали полное соответствии алюминиевых кузовов возросшими требованиями.
Стремление сделать обшивку несущей привело к появлению так называемых сэндвич-панелей: между тонкими листами алюминия вклеивается ещё более тонкая в виде гофра алюминиевая фольга. Такая трехслойная конструкция получается лёгкой и прочной.
В автомобильной промышленности существует очень жёсткая конкуренция – «стальные магнаты» не хотят сдавать позиции и всеми силами стремятся воспрепятствовать проникновению алюминия в кузовостроении.
Фирма «Круин Тиссен Нироста» предложила новый нержавеющий сплав с хромом и марганцем. При одинаковой с алюминием прочности узлы кузова из этого сплава всего на 1 % тяжелее, но значительно дешевле. В настоящее время проходят испытания кузовной сэндвич-панели из тонких листов нержавеющей стали с вклеенной гофрированной фольгой.
Тридцать пять крупнейших производителей стального проката из 18 стран мира объединили свои усилия для создания сверхлегкого стального кузова – проект ULSAB (Ultra Light Steel Automobile Body). Уже достигнуты определённые результаты – создан несущей стальной кузов длиной 4,8 м, шириной 1,8 м массой всего 203 кг. Кузов традиционной конструкции подобных размеров имел бы массу не менее 250 кг.
Экономия веса достигнута применением более прочной стали по сравнению с обычно применяемой в автомобилестроении (предел текучести 550-800 МПа), объединением мелких деталей в более крупные, применением гидроштамповки и последующей лазерной сваркой.
Унификация
Массовое производство легковых автомобилей требует, с одной стороны, частую смену моделей, а с другой стороны, большое разнообразие моделей. Это заставляет искать пути унификации и снижения их себестоимости.
Развитие унификации привело к тому, что современные автомобили даже разных, но близких по размерам классов строятся на единой «платформе».
Под «платформой» подразумевается стандартный набор деталей и узлов, составляющих основу автомобиля. Этот набор включает в себя узлы шасси, кузова, двигатель: узлы передней и задней подвески, пол салона, багажника, лонжероны и т.д.
Узлы, составляющие платформу, могут иметь свои модификации разные по длине и другим размерам. На одной платформе могут строиться разные модели, выпускаемые автомобильной фирмой в разных странах. Внешне эти модели могут значительно отличаться друг от друга за счёт применения совершенно разных кузовов.
В качестве примера покажем применение единой платформы «А» для изготовления следующих моделей концерна Volkswagen: Golf IV, Bora, New Beetle, Audi A3, TT и TT-родстер, SEAT Toledo, Škoda Octavia.
Стоимость платформы составляет примерно 60% всех затрат на разработку и выпуск автомобиля. Из 80 частей так называемой базисной группы 25 определяют геометрически точное расположение узлов подвески. Эти 25 частей изготавливаются на головном заводе «Volkswagen” в Вольфебурге и отправляются затем на предприятия в Германии, Бельгии, Испании, Чехии, ЮАР и Мексики.
В табл.7 показана применяемость основных элементов платформы А на автомобилях концерна Volkswagen.
| NN П/п | Марка и модель Элемент | Volswagen | Audi | SEAT | Škoda | ||
| Golf IV | New Beetle | Bora | А3 | ТТ | Toledo | Octavia | |
| 1. | Поля салона | Д 7 | |||||
| 2. | Пол багажника | Д 3 | Д 3 | ||||
| 3. | Лонжерон | ||||||
| 4. | Передняя подвеска | Д 8 | Д 4 | Д 4 | |||
| 5. | Задняя подвеска | Д 4 | Д 8 | Д 4 | Д 4 | ||
| 6. | Силовой агрегат | Д 2 | Д 5 | Д 6 | Д 9 | + | + |
| 7. | Механизм переключения передач | Д 10 | |||||
| 8. | Топливный бак | ||||||
| 9. | Педальный узел | Д 11 | |||||
| 10. | Отопитель |
В табл.7 знак «+» означает установку, знак «-» означает, что на данной модели элемент не устанавливается, 1 – элемент может иметь модификации, 2 – бензиновый двигатель рабочим объёмом 2 л, мощностью 115 л.с. и турбодизель TDS – 90 л.с., 3 – удлинён, ; — другие пружины и амортизаторы. 5 – удлинена выпускная система, 6 — сближен ряд передаточных чисел, 7 – укорочен на 100 мм, 8 – расширенная колея, 9 – только 1,8Т,180 и 225 л.с., 10 спортивная настройка, 11 – более жёсткая настройка, Д – элемент доработан.
3. ПОДВЕСКА. МОСТЫ. КОЛЁСНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ
Дата добавления: 2015-10-31 ; просмотров: 429 | Нарушение авторских прав
Источник статьи: http://mybiblioteka.su/10-94581.html
Основные тенденции развития конструкций автомобилей
Конструкции автомобилей непрерывно совершенствуются Тенденции развития конструкций автомобилей обусловлены как экономическими, так и социальными причинами Экономические причины определяют тенденцию повышения топливной экономичности как легковых, так и грузовых автомобилей, что в настоящее время стало одним из ведущих направлений современного автостроения Социальными причинами обусловлена тенденция повышения безопасности автомобилей Автомобиль— объект повышен ной опасности Поэтому необходимо совершенствование активной и пассивной безопасности автомобиля Автомобиль является источником загрязнения окружающей среды отработавшими газами (окись углерода, окислы азота). Это определяет непрерывное повышение требований экологической безопасности автомобиля. Следует также отметить тенденцию автоматизации управления автомобилем, которая обеспечивается современными средствами электронной, микропроцессорной техники и направлена на повышение топливной экономичности и динамики автомобиля (управление двигателем и трансмиссией), активной безопасности (управление тормозной системой), комфортабельности (управление подвеской
Автомобильный транспорт является одним из основных потребителей нефтяного топлива, поэтому в результате энергетического кризиса 1973 г ., вызвавшего резкое повышение стоимости нефти (за сравнительно короткое время она выросла больше чем в 20 раз), возникла необходимость во всех странах принять экстренные меры по экономии нефтяного топлива. Применительно к автомобильному транспорту были проведены директивные и конструктивные мероприятия.
Директивно во всех странах первоначально было введено ограничение максимальной скорости движения, что позволило снизить расход топлива и одновременно привело к некоторому сокращению числа дорожно-транспортных происшествий. Наряду с этим директивно предложено принять меры по снижению расхода топлива.
В ряде стран это привело к увеличению выпуска автомобилей малого и особо малого классов. Для производства грузовых автомобилей характерна тенденция увеличения выпуска автомобилей большой грузоподъемности и более широкого использования автопоездов, что также позволяет снизить расход топлива на единицу транспортной работы. Конструктивные мероприятия, направленные на снижение расхода топлива, следует рассмотреть отдельно для двигателя, шасси и кузова.
Двигатель. В первую очередь надо отметить расширение применения дизелей, позволяющих снизить расход топлива на 25. 30 % (и больше при дальнейшем совершенствовании рабочего процесса дизеля, в частности при использовании тур-бонаддува).
Работа по совершенствованию рабочего процесса бензиновых двигателей проводится в следующих направлениях: организация послойного распределения заряда в камере сгорания, позволяющего использовать обедненные смеси; впрыскивание топлива во всасывающий тракт; использование электронного управления дозированием подачи топлива и зажиганием; применение турбо наддува. Комплексное использование перечисленных мероприятий может обеспечить снижение расхода топлива до 20 %.
Значительное внимание уделяется применению новых видов топлив — заменителей нефтяных топлив. За последние годы цена нефти на мировом рынке снизилась, однако мировые запасы нефти ограниченны, добыча нефти в малодоступных районах сопряжена с большими сложностями и затратами. Это неизбежно должно привести к росту цены на нефть, а затем к необходимости замены нефти на другие виды топлива.
В нашей стране перспективно широкое применение природных газов. Более дальней перспективой является использование в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания водорода, запасы которого практически неограниченны. При работе на водородном топливе может быть решена проблема токсичности отработавших газов, так как в результате сгорания водорода образуется вода. Однако получение водорода сопряжено с большими энергетическими затратами, затруднены хранение и транспортирование водорода. Состояние проблемы таково, что вряд ли можно прогнозировать широкое применение водорода до 2000 года.
Некоторое развитие получают электромобили, главным образом для городских условий эксплуатации. Они бесшумны и не загрязняют окружающую среду. Препятствием к их широкому применению является малая энергоемкость аккумуляторных батарей, их громоздкость, что снижает грузоподъемность автомобиля и запас хода. Широкое использование электромобилей станет возможным, когда энергоемкость аккумуляторных батарей будет повышена в 5. 10 раз.
К этому следует добавить, что рассмотрение различных способов использования первичных источников энергии (каменного угля, нефти и т. п.) дает основание утверждать, что наименее экономичным является их использование на электромобиле.
По-видимому, в недалеком будущем получат развитие двигатели новых типов. В первую очередь следует отметить работы по созданию адиабатного керамического двигателя, обеспечивающего высокий термический КПД благодаря высокой температуре рабочего процесса из-за малого излучения теплоты в окружающую среду. В таких двигателях система охлаждения отсутствует.
Газотурбинные двигатели (ГТД) в настоящее время не используют на автомобилях, так как их топливная экономичность ниже, чем у дизелей, однако в перспективе при применении керамических материалов может быть налажено производство автомобильных ГТД (при повышении температуры сгорания расход топлива уменьшается).
Шасси. При снижении массы легкового автомобиля на 50. 70 кг может быть получена экономия топлива 2. 3 %.
Для снижения массы автомобиля проводят работы в трех направлениях: поиск рациональных компоновочных решений; поиск рациональных форм деталей; применение конструкционных материалов, обладающих малой плотностью при обеспечении достаточной прочности.
Одним из широко распространенных в настоящее время компоновочных решении является компоновка легковых автомобилей передним расположением двигателя и передними ведущими и управляемыми колесами. При такой компоновке можно снизить массу автомобиля примерно на 10 %, трудоемкость на 13 %, себестоимость на 6 % при одновременном улучшении устойчивости и управляемости, обеспечении оптимального использования объемов автомобиля. Переднеприводная компоновка получила применение для автомобилей малого, среднего и большого классов.
Для грузовых автомобилей оптимальным компоновочным решением, позволяющим значительно снизить массу, является размещение кабины над двигателем. Наряду с сокращением базы примерно на 30 % и улучшением использования габаритной площади при такой компоновке может быть повышена грузоподъемность.
В качестве примера создания рациональных реформ деталей можно рассмотреть применение листовых рессор. При установке листов Т-образного сечения, мало листовых и одно-листовых рессор их масса может быть снижена.
В наибольшей степени масса зависит от плотности материалов. Массу автомобилей в настоящее время в первую очередь определяет объем стали и чугуна. Автомобильная промышленность — один из основных потребителей этих металлов. Использование в автомобилестроении легированных и низколегированных сталей, а также алюминия позволяет значительно снизить массу автомобилей. Известно, что при применении 1 кг алюминия масса автомобиля снижается на 1 кг . Обсуждается техническая и экономическая целесообразность изготовления деталей автомобилей из других легких металлов — магния, титана.
Существенно уменьшается масса автомобиля при использовании пластмасс. Помимо снижения массы автомобиля, это обеспечивает уменьшение трудоемкости изготовления деталей, повышение их коррозийной стойкости, уменьшение теплопроводности и др. Пластмассы могут быть как декоративными, так и конструкционными материалами для деталей, воспринимающих различные нагрузки. Особое внимание уделяется композиционным материалам, которые представляют собой пластмассы, армированные волокнами различного вида (стеклопластики, углепластики, боропластики).
Армированные пластики имеют плотность примерно в 4 раза меньшую, чем плотность стали, при равной со сталью массой обладают значительно большими прочностью и способностью к поглощению энергии. Расширяется изготовление из композиционных материалов ряда ответственных деталей: рессор, карданных валов и др. Полагают, что термостойкость этих материалов может быть доведена до 2000 °С. Сдерживает применение композиционных материалов их высокая стоимость, которая должна снижаться по мере расширения их производства.
Топливная экономичность может быть снижена при рациональном выборе передаточных чисел трансмиссии. Общей тенденцией является увеличение числа ступеней коробки передач, что позволяет в эксплуатационных условиях выбирать передачу, наиболее соответствующую требованиям топливной экономичности. Даже на легковых автомобилях малого класса часто устанавливают пятиступенчатые коробки передач. Есть основания считать, что в ближайшем будущем число ступеней коробки передач легковых автомобилей будет увеличено.
На грузовых автомобилях устанавливают коробки передач с числом ступеней от 5 до 24. Возможно использование для автомобилей одной марки главных передач с различными передаточными числами. Перспективна автоматизация управления ступенчатыми трансмиссиями с помощью микропроцессоров. Найдут применение автоматические бесступенчатые трансмиссии.
Большое значение для снижения расхода топлива имеет уменьшение энергетических потерь в шинах. Экспериментально показано, что уменьшение сопротивления качению шин на 10 % дает экономию топлива в среднем 3 %.
Кузов. Топливная экономичность автомобиля в большой степени зависит от аэродинамического сопротивления кузова и автомобиля в целом. Затраты мощности на преодоление аэродинамического сопротивления пропорциональны фактору обтекаемости и третьей степени скорости автомобиля. Уже на скорости около 50 км/ч потери мощности на аэродинамическое сопротивление близки к потерям мощности на сопротивление качению шин по твердой опорной поверхности. По экспериментальным данным снижение затрат мощности на аэродинамическое сопротивление на 10 % позволяет получить экономию топлива 3 %.
Непрерывно улучшаются аэродинамические формы легковых автомобилей. Коэффициент обтекаемости перспективных легковых автомобилей Сх
Источник статьи: http://avto-barmashova.ru/konstrukzi_avto/osnovi_tendezi_razviti_kovstrukzi_avto/index.html