Automobil

Konstrukce automobilu

Moderní automobil je složitý technický systém, který zahrnuje subsystémy se specifickými konstrukčními funkcemi. Některé z nich se skládají z tisíců dílů, které vznikly díky průlomovým objevům ve stávajících technologiích nebo díky novým technologiím, jako jsou elektronické počítače, vysokopevnostní plasty a nové slitiny oceli a neželezných kovů. Některé subsystémy vznikly v důsledku faktorů, jako je znečištění ovzduší, bezpečnostní legislativa a konkurence mezi výrobci na celém světě.

Osobní automobily se staly hlavním prostředkem rodinné přepravy a podle odhadů jich na celém světě jezdí 1,4 miliardy. Přibližně čtvrtina z nich se nachází ve Spojených státech, kde se ročně urazí více než tři biliony mil (téměř pět bilionů kilometrů). V posledních letech jsou Američanům nabízeny stovky různých modelů, z nichž přibližně polovina pochází od zahraničních výrobců. Aby využili vlastního technologického pokroku, představují výrobci stále častěji nové modely. Vzhledem k tomu, že se na celém světě ročně vyrobí přibližně 70 milionů nových kusů, dokázali výrobci rozdělit trh na mnoho velmi malých segmentů, které nicméně zůstávají ziskové.

Nový technický vývoj je považován za klíč k úspěšné konkurenci. Všichni výrobci a dodavatelé automobilů zaměstnávají výzkumné a vývojové inženýry a vědce, aby zdokonalili karoserii, podvozek, motor, hnací ústrojí, řídicí systémy, bezpečnostní systémy a systémy kontroly emisí.

Tyto vynikající technické pokroky se neobejdou bez ekonomických důsledků. Podle studie společnosti Ward’s Communications Incorporated vzrostly průměrné náklady na nový americký automobil v letech 1980 až 2001 o 4 700 dolarů (v přepočtu na hodnotu dolaru v roce 2000) kvůli předepsaným požadavkům na bezpečnost a kontrolu emisí (např. přidání airbagů a katalyzátorů). Nové požadavky byly zaváděny i v následujících letech. Dalším faktorem zvyšujícím ceny automobilů bylo doplnění výpočetní techniky, které se v letech 2009 až 2019 zvýšilo o 29 %. K tomu přistupují náklady spotřebitelů spojené s technickým zlepšením spotřeby paliva, které mohou být kompenzovány snížením nákupu pohonných hmot.

Konstrukce vozidla do značné míry závisí na jeho zamýšleném použití. Automobily pro terénní použití musí být trvanlivé, jednoduché systémy s vysokou odolností proti silnému přetížení a extrémním provozním podmínkám. Naopak výrobky, které jsou určeny pro vysokorychlostní silniční systémy s omezeným přístupem, vyžadují více možností komfortu pro cestující, vyšší výkon motoru a optimalizovanou ovladatelnost a stabilitu vozidla při vysokých rychlostech. Stabilita závisí především na rozložení hmotnosti mezi přední a zadní kola, na výšce těžiště a jeho poloze vzhledem k aerodynamickému těžišti vozidla, na charakteristice odpružení a na volbě, která kola jsou použita k pohonu. Rozložení hmotnosti závisí především na umístění a velikosti motoru. Běžná praxe motorů umístěných vpředu využívá stability, které lze při tomto uspořádání snáze dosáhnout. Vývoj hliníkových motorů a nových výrobních postupů však umožnil umístit motor vzadu, aniž by to nutně ohrozilo stabilitu.

Karoserie

Konstrukce karoserie automobilů se často dělí podle počtu dveří, uspořádání sedadel a konstrukce střechy. Střechy automobilů jsou konvenčně podepřeny sloupky na každé straně karoserie. Modely kabrioletů se stahovací látkovou střechou spoléhají z hlediska pevnosti horní části karoserie na sloupek na straně čelního skla, protože mechanismy kabrioletu a prosklené plochy jsou v podstatě nekonstrukční. Prosklené plochy byly zvětšeny z důvodu lepší viditelnosti a z estetických důvodů.

Vysoké náklady na nové tovární nástroje způsobily, že pro výrobce nebylo praktické vyrábět každý rok zcela nové konstrukce. Zcela nové designy byly obvykle naprogramovány na tří- až šestileté cykly s tím, že během cyklu se zpravidla objevují drobná vylepšení. V minulosti bylo pro zcela nový design zapotřebí až čtyř let plánování a nákupu nových nástrojů. Pomocí počítačem podporovaného navrhování (CAD), testování pomocí počítačových simulací a technik počítačem podporované výroby (CAM) lze nyní tuto časovou náročnost zkrátit o 50 i více procent. Viz obráběcí stroje:

Kausy automobilů se obvykle tvoří z ocelového plechu. Ocel je legována různými prvky, aby se zlepšila její schopnost tvarování do hlubších prohlubní bez zvrásnění nebo roztržení ve výrobních lisech. Ocel se používá pro svou všeobecnou dostupnost, nízkou cenu a dobrou zpracovatelnost. Pro některé aplikace se však pro své speciální vlastnosti používají jiné materiály, například hliník, sklolaminát a plast vyztužený uhlíkovými vlákny. Polyamid, polyester, polystyren, polypropylen a ethylenové plasty byly vyvinuty pro větší houževnatost, odolnost proti promáčknutí a křehkým deformacím. Tyto materiály se používají pro panely karoserie. Vývoj nástrojů pro plastové díly je obecně levnější a vyžaduje méně času než vývoj nástrojů pro ocelové díly, a proto je mohou konstruktéři měnit s nižšími náklady.

Pro ochranu karoserií před korozivními vlivy a pro zachování jejich pevnosti a vzhledu se používají speciální základní nátěry a lakování. Karoserie se nejprve ponoří do čisticí lázně, aby se odstranil olej a jiné cizí látky. Poté procházejí postupnými cykly ponoření a nástřiku. Běžně se používá smalt a akrylový lak. Elektrodepozice stříkané barvy, což je proces, při kterém je stříkaná barva opatřena elektrostatickým nábojem a poté přitahována k povrchu vysokým napětím, pomáhá zajistit, aby byla nanesena rovnoměrná vrstva a aby byla pokryta těžko přístupná místa. K urychlení procesu schnutí se v továrně používají pece s dopravními linkami. V místech karoserie, kde je větší pravděpodobnost koroze, se používá pozinkovaná ocel s ochranným zinkovým povlakem a korozivzdorná nerezová ocel.