Automobile

Design dell’automobile

L’automobile moderna è un sistema tecnico complesso che impiega sottosistemi con funzioni specifiche. Alcuni di questi consistono di migliaia di componenti che si sono evoluti da scoperte nella tecnologia esistente o da nuove tecnologie come computer elettronici, plastiche ad alta resistenza e nuove leghe di acciaio e metalli non ferrosi. Alcuni sottosistemi sono nati come risultato di fattori quali l’inquinamento atmosferico, la legislazione sulla sicurezza e la concorrenza tra i produttori di tutto il mondo.

Le autovetture sono emerse come mezzo primario di trasporto familiare, con una stima di 1,4 miliardi in funzione nel mondo. Circa un quarto di queste si trova negli Stati Uniti, dove ogni anno si percorrono più di tre trilioni di miglia (quasi cinque trilioni di chilometri). Negli ultimi anni, agli americani sono stati offerti centinaia di modelli diversi, circa la metà dei quali da produttori stranieri. Per capitalizzare i loro progressi tecnologici proprietari, i produttori introducono nuovi design sempre più frequentemente. Con circa 70 milioni di nuove unità costruite ogni anno in tutto il mondo, i produttori sono stati in grado di dividere il mercato in molti segmenti molto piccoli che tuttavia rimangono redditizi.

I nuovi sviluppi tecnici sono riconosciuti come la chiave per una competizione di successo. Gli ingegneri e gli scienziati della ricerca e sviluppo sono stati impiegati da tutte le case automobilistiche e dai fornitori per migliorare la carrozzeria, il telaio, il motore, la trasmissione, i sistemi di controllo, i sistemi di sicurezza e i sistemi di controllo delle emissioni.

Questi straordinari progressi tecnici non sono fatti senza conseguenze economiche. Secondo uno studio della Ward’s Communications Incorporated, il costo medio di una nuova auto americana è aumentato di 4.700 dollari (in termini di valore del dollaro nel 2000) tra il 1980 e il 2001 a causa dei requisiti di sicurezza e di controllo delle emissioni (come l’aggiunta di airbag e marmitte catalitiche). Nuovi requisiti hanno continuato ad essere implementati negli anni successivi. L’aggiunta della tecnologia informatica è stato un altro fattore che ha fatto salire i prezzi delle auto, che sono aumentati del 29% tra il 2009 e il 2019. Questo si aggiunge ai costi per i consumatori associati ai miglioramenti ingegneristici nell’economia del carburante, che possono essere compensati dalla riduzione degli acquisti di carburante.

Il design del veicolo dipende in larga misura dal suo uso previsto. Le automobili per l’uso fuori strada devono essere sistemi durevoli e semplici con un’alta resistenza a gravi sovraccarichi e condizioni operative estreme. Al contrario, i prodotti destinati all’alta velocità e ai sistemi stradali ad accesso limitato richiedono più opzioni di comfort per i passeggeri, maggiori prestazioni del motore e una gestione ottimizzata dell’alta velocità e stabilità del veicolo. La stabilità dipende principalmente dalla distribuzione del peso tra le ruote anteriori e posteriori, dall’altezza del centro di gravità e dalla sua posizione rispetto al centro di pressione aerodinamico del veicolo, dalle caratteristiche delle sospensioni e dalla scelta delle ruote utilizzate per la propulsione. La distribuzione del peso dipende principalmente dalla posizione e dalle dimensioni del motore. La pratica comune dei motori montati frontalmente sfrutta la stabilità che si ottiene più facilmente con questa disposizione. Lo sviluppo di motori in alluminio e di nuovi processi di fabbricazione ha, tuttavia, reso possibile posizionare il motore nella parte posteriore senza necessariamente compromettere la stabilità.

Corpo

I disegni della carrozzeria delle automobili sono spesso classificati secondo il numero di porte, la disposizione dei sedili e la struttura del tetto. I tetti delle automobili sono convenzionalmente sostenuti da pilastri su ogni lato della carrozzeria. I modelli convertibili con tetti in tessuto retrattili si affidano al pilastro a lato del parabrezza per la resistenza della parte superiore del corpo, poiché i meccanismi convertibili e le aree di vetro sono essenzialmente non strutturali. I vetri sono stati aumentati per migliorare la visibilità e per ragioni estetiche.

L’alto costo dei nuovi strumenti di fabbrica rende impraticabile per i produttori produrre ogni anno progetti totalmente nuovi. Progetti completamente nuovi sono stati programmati su cicli da tre a sei anni, con perfezionamenti generalmente minori che appaiono durante il ciclo. In passato, erano necessari fino a quattro anni di pianificazione e acquisto di nuovi utensili per un design completamente nuovo. La progettazione assistita dal computer (CAD), il collaudo tramite simulazioni al computer e le tecniche di produzione assistita dal computer (CAM) possono ora essere utilizzate per ridurre questo tempo necessario del 50% o più. Vedere macchina utensile: Computer-aided design and computer-aided manufacturing (CAD/CAM).

Le carrozzerie delle automobili sono generalmente formate da fogli di acciaio. L’acciaio è legato con vari elementi per migliorare la sua capacità di essere formato in depressioni più profonde senza rughe o strappi nelle presse di produzione. L’acciaio è usato per la sua disponibilità generale, il basso costo e la buona lavorabilità. Per certe applicazioni, tuttavia, altri materiali, come l’alluminio, la fibra di vetro e la plastica rinforzata con fibra di carbonio, sono usati per le loro proprietà speciali. La poliammide, il poliestere, il polistirolo, il polipropilene e la plastica etilenica sono stati formulati per una maggiore durezza, resistenza alle ammaccature e alla deformazione fragile. Questi materiali sono usati per i pannelli della carrozzeria. Gli stampi per i componenti in plastica costano generalmente meno e richiedono meno tempo per essere sviluppati rispetto a quelli per i componenti in acciaio e quindi possono essere cambiati dai progettisti a un costo inferiore.

Per proteggere le carrozzerie dagli elementi corrosivi e per mantenere la loro forza e il loro aspetto, vengono usati processi speciali di priming e pittura. Le carrozzerie sono prima immerse in bagni di pulizia per rimuovere l’olio e altre sostanze estranee. Poi passano attraverso una successione di cicli di immersione e spruzzatura. Lo smalto e la lacca acrilica sono entrambi di uso comune. L’elettrodeposizione della vernice spruzzata, un processo in cui la vernice spruzzata viene data una carica elettrostatica e poi attratta alla superficie da un’alta tensione, aiuta a garantire che uno strato uniforme venga applicato e che le aree difficili da raggiungere siano coperte. I forni con linee di trasporto sono usati per accelerare il processo di asciugatura in fabbrica. L’acciaio galvanizzato con un rivestimento protettivo di zinco e l’acciaio inossidabile resistente alla corrosione sono usati nelle aree della carrozzeria che hanno maggiori probabilità di corrodersi.