Automóvel

Automotive design

O automóvel moderno é um sistema técnico complexo que emprega subsistemas com funções específicas de design. Alguns deles consistem em milhares de componentes que evoluíram de avanços tecnológicos existentes ou de novas tecnologias, como computadores eletrônicos, plásticos de alta resistência e novas ligas de aço e metais não ferrosos. Alguns subsistemas surgiram como resultado de fatores como poluição do ar, legislação de segurança e concorrência entre fabricantes em todo o mundo.

Os automóveis de passageiros surgiram como o principal meio de transporte familiar, com uma estimativa de 1,4 bilhões em operação em todo o mundo. Cerca de um quarto destes estão nos Estados Unidos, onde são percorridos mais de três trilhões de milhas (quase cinco trilhões de quilômetros) a cada ano. Nos últimos anos, foram oferecidos aos americanos centenas de modelos diferentes, cerca da metade dos quais de fabricantes estrangeiros. Para capitalizar os seus avanços tecnológicos proprietários, os fabricantes introduzem novos modelos cada vez com mais frequência. Com cerca de 70 milhões de novas unidades construídas a cada ano no mundo inteiro, os fabricantes conseguiram dividir o mercado em muitos segmentos muito pequenos que, no entanto, permanecem lucrativos.

Novos desenvolvimentos técnicos são reconhecidos como sendo a chave para o sucesso da concorrência. Engenheiros e cientistas de pesquisa e desenvolvimento têm sido empregados por todos os fabricantes e fornecedores de automóveis para melhorar a carroçaria, chassis, motor, transmissão, sistemas de controle, sistemas de segurança e sistemas de controle de emissões.

Estes excelentes avanços técnicos não são feitos sem consequências económicas. De acordo com um estudo da Ward’s Communications Incorporated, o custo médio de um carro americano novo aumentou $4.700 (em termos do valor do dólar em 2000) entre 1980 e 2001 devido aos requisitos de segurança e desempenho de controle de emissões (tais como a adição de air bags e conversores catalíticos). Novos requisitos continuaram a ser implementados nos anos seguintes. A adição de tecnologia informática foi outro fator que aumentou os preços dos automóveis, que aumentaram 29% entre 2009 e 2019. Isso se soma aos custos de consumo associados às melhorias de engenharia na economia de combustível, que podem ser compensados pela redução das compras de combustível.

O projeto do veículo depende em grande parte do uso pretendido. Automóveis para uso fora de estrada devem ser duráveis, sistemas simples com alta resistência a severas sobrecargas e extremos em condições de operação. Por outro lado, produtos destinados a sistemas rodoviários de alta velocidade e acesso limitado requerem mais opções de conforto para os passageiros, maior desempenho do motor e manuseio otimizado em alta velocidade e estabilidade do veículo. A estabilidade depende principalmente da distribuição de peso entre as rodas dianteiras e traseiras, da altura do centro de gravidade e sua posição em relação ao centro aerodinâmico de pressão do veículo, das características da suspensão e da seleção de quais rodas são utilizadas para a propulsão. A distribuição do peso depende principalmente da localização e do tamanho do motor. A prática comum de motores montados na parte frontal explora a estabilidade que é mais facilmente alcançada com esta disposição. O desenvolvimento dos motores de alumínio e os novos processos de fabrico tornaram, no entanto, possível localizar o motor na traseira sem necessariamente comprometer a estabilidade.

Carroçaria

Concepção da carroçaria automotiva é frequentemente categorizada de acordo com o número de portas, a disposição dos bancos e a estrutura do tejadilho. Os tejadilhos dos automóveis são convencionalmente apoiados por pilares em cada lado da carroçaria. Os modelos conversíveis com capota retráctil dependem do pilar na lateral do pára-brisas para a resistência da parte superior da carroçaria, uma vez que os mecanismos convertíveis e as áreas de vidro são essencialmente não-estruturais. As áreas de vidro foram aumentadas para uma melhor visibilidade e por razões estéticas.

O elevado custo das novas ferramentas de fábrica torna impraticável que os fabricantes produzam todos os anos desenhos totalmente novos. Desenhos totalmente novos geralmente foram programados em ciclos de três a seis anos com pequenos refinamentos que geralmente aparecem durante o ciclo. No passado, até quatro anos de planejamento e aquisição de novas ferramentas eram necessários para um projeto completamente novo. O desenho assistido por computador (CAD), os testes por meio de simulações de computador e as técnicas de fabricação assistida por computador (CAM) podem agora ser usados para reduzir essa exigência de tempo em 50% ou mais. Veja máquina ferramenta: Computer-aided design and computer-aided manufacturing (CAD/CAM).

As carrocerias automotivas são geralmente formadas a partir de chapa de aço. O aço é ligado com vários elementos para melhorar a sua capacidade de se formar em depressões mais profundas sem enrugar ou rasgar nas prensas de fabricação. O aço é utilizado devido à sua disponibilidade geral, baixo custo e boa trabalhabilidade. Para certas aplicações, entretanto, outros materiais, como alumínio, fibra de vidro e plástico reforçado com fibra de carbono, são utilizados devido às suas propriedades especiais. Os plásticos de poliamida, poliéster, poliestireno, polipropileno e etileno foram formulados para maior tenacidade, resistência a amolgadelas e resistência a deformações frágeis. Estes materiais são utilizados para painéis de carroceria. As ferramentas para componentes plásticos geralmente custam menos e requerem menos tempo de desenvolvimento do que as ferramentas para componentes de aço e, portanto, podem ser trocadas pelos projetistas a um custo menor.

Para proteger as carrocerias de elementos corrosivos e para manter sua resistência e aparência, são utilizados processos especiais de priming e pintura. Os corpos são primeiramente imersos em banhos de limpeza para remover óleo e outras matérias estranhas. Em seguida, passam por uma sucessão de ciclos de imersão e pulverização. O esmalte e a laca acrílica são ambos de uso comum. A electrodeposição da tinta pulverizada, um processo em que a tinta pulverizada recebe uma carga electrostática e depois é atraída para a superfície por uma alta tensão, ajuda a garantir que é aplicada uma camada uniforme e que as áreas de difícil acesso são cobertas. Os fornos com linhas transportadoras são utilizados para acelerar o processo de secagem na fábrica. Aço galvanizado com revestimento protetor de zinco e aço inoxidável resistente à corrosão são utilizados em áreas do corpo mais susceptíveis de corroer.