Cap.I. STUDIUL SOLUŢIILOR SIMILARE ŞI AL TENDINŢELOR DE DEZVOLTARE

Utilizarea automobilului se face pe diverse drumuri, în limite foarte largi de variaţie a vitezei de deplasare şi a greutăţii încărcăturii transportate. În aceste condiţii, autopropulsarea automobilului, datorată energiei mecanice primite de roţile motoare de la motorul automobilului, este posibilă când se realizează concordanţă între necesarul de momente şi puteri, ofertă făcută de motor. Interfaţa dintre sursa de energie (motor) şi utilizatorul energiei (roata motoare) este constituită de transmisie.

Faţă de simpla autopropulsare, progresul tehnic şi tehnologic din construcţia de automobile oferă în ultimii ani o nouă viziune asupra automobilului: automobilul economic şi ecologic. În aceste circumstanţe, transmisia, ca interfaţă între motorul termic al automobilului şi roţile motoare, trebuie să ajute ”ajute” motorul cu ardere internă pentru a se încadra în limitele impuse pentru consumul de combustibil, pentru emisia de substanţe nocive din gazele de evacuare, pentru zgomot etc.

Din punct de vedere al pieţei de desfacere a automobilelor se remarcă orientarea clară spre o piaţă condusă de cumpărător, în care competiţia a devenit acerbă prin intrarea în joc a unor firme extrem de agresive şi de puternice financiar. A rezultat în mod direct creşterea importanţei sectorului tehnic şi de concepţie al firmelor auto, care trebuie să genereze modele cât mai performante din punct de vedere timp de apariţie pe piaţă, preţ, calitate, fiabilitate în exploatare.

Mediul concurenţial, cerinţele legislative şi de protecţie a mediului, gusturile clienţilor au impus scurtarea în ultimii 20 de ani a timpului alocat pentru dezvoltarea unui nou model de automobil de la circa 70 de luni la circa 30 de luni. Pentru a se atinge asemenea performanţe, pe lângă suportul oferit de dotarea cu echipamente şi aplicaţii software, este evidentă şi o repoziţionare a personalului angajat în conceperea unui nou model, ţinând seama de mijloacele avute la dispoziţie. Dacă în trecut o mare parte a timpului era alocată construirii fiecărui proiect „de la zero”, fără a exista posibilitatea utilizării rapide a variantelor existente, acum este posibilă dezvoltarea unui nou model pornind de la variantele deja existente. Facilităţile oferite de produsele informatice permit tocmai definirea unui număr mare de variante constructive, pentru a se putea alege în final varianta optimă. În acest context trebuie subliniat faptul că utilizatorul trebuie să posede, în afara cunoştinţelor specifice utilizării produselor hardware şi software, cunoştinţe din domeniul construcţiei şi calculului de automobile.

I.1. Automobilul: definiţii, clasificări

Autovehiculul este un vehicul rutier care se poate deplasa prin mijloace proprii de propulsie – autopropulsare – pe drumuri amenajate sau în afara drumurilor amenajate.

Autovehiculul pe roţi este autovehiculul suspendat elastic pe cel puţin trei roţi şi serveşte pentru transportul persoanelor şi al bunurilor, pentru tractarea unor vehicule fără mijloace proprii de propulsie şi pentru efectuarea de servicii speciale.

Automobilul este un autovehicul pe roţi care este prevăzut cu o suprastructură numită caroserie, prin care i se defineşte o anumită destinaţie.

Automobilele destinate transportului de persoane, care au o capacitate de cel mult opt locuri, se numesc autoturisme.

Clasificarea autoturismelor se face după o serie de criterii, dintre care mai des întâlnite sunt următoarele: -după forma caroseriei: cu caroserie închisă (berlină, cupeu, coach, sedan, limuzină, VAN), cu caroserie deschisă (faeton, roadster) şi cu caroserie decapotabilă; -după capacitatea cilindrică a motorului: de la motoare de foarte mic litraj (AFML) până la motoare de capacităţi mari şi foarte mari (GT);

Capitolul I. Studiul soluţiilor similare şi al tendinţelor de dezvoltare

-după tipul motorului: cu motor termic – cu aprindere prin scânteie (cu carburator sau cu injecţie de benzină), cu aprindere prin comprimare, turbine cu gaze, cu reacţie – sau cu motor electric; -după capacitatea de trecere, care caracterizează capacitatea automobilului de a se deplasa pe diferite categorii de drumuri sau în teren, în afara drumurilor, se deosebesc: cu capacitate normală de trecere (pot circula pe orice categorie de drumuri), cu capacitate mărită de trecere (pot circula şi în afara drumurilor).

I.1.1. Studiul soluţiilor similare

Pentru abordarea proiectării unui nou tip de autoturism, ţinând seama de datele impuse prin temă, care precizează anumite particularităţi legate de destinaţia şi performanţele acestuia, este nevoie, intr-o primă etapă, să se caute un număr cât mai mare de soluţii constructive, deja existente, având caracteristici asemănătoare cu cele ale autoturismului cerut. Literatura de specialitate cuprinde, pentru fiecare categorie de autoturisme, informaţii legate de organizarea generală, de modul de dispunere a motorului şi punţilor motoare, de organizarea transmisiei etc. De asemenea, sunt date principalele dimensiuni geometrice, greutatea utilă şi proprie, tipurile sistemelor de direcţie şi frânare, tipul suspensiei etc.

Modele similare au fost extrase din Auto Catalog. În tabelul 1.1 se prezintă, pentru segmentul autoturismelor cu performanţe apropiate autoturismului din tema de proiectare principalii parametrii constructivi şi ai performanţelor pentru un număr de 17 autoturisme.

Din datele extrase, referitor la soluţia de organizare generală a transmisiei se desprinde că toate modele sunt cu soluţia de organizare 4x2 PMF.

Analizând cu atenţie toate aceste informaţii şi având în vedere tendinţele de dezvoltare caracteristice categoriei de autoturisme cercetate se pot stabili, pentru început, prin comparare, unele date iniţiale, absolut necesare pentru calculul de predimensionare, cum ar fi: organizarea generală, amenajarea interioară, dimensiunile geometrice, greutatea autoturismului şi repartizarea sa pe punţi, alegerea pneurilor şi determinarea razei de rulare etc.

Prin tema de proiectare, s-au impus numărul de locuri (n=5), viteza maximă (vmax=175 Km/h) a autoturismului şi aImax=2,8 m/s2, impunerea doar acestor trei condiţii

permiţând o mai mare libertate în ceea ce priveşte stabilirea celorlalte caracteristici ale acestuia.

În privinţa dimensiunilor geometrice, în figurile 1.1…1.5 se prezintă analize comparative, pentru fiecare dimensiune, denumită criteriu de analiză.

Pentru criteriu s-a determinat o valoare medie care cu mici modificări va fi folosită pentru reprezentarea automobilului ce urmează a fi proiectat.

Ampatamentul este distanţa dintre axele geometrice ale punţilor automobilului şi este orientată spre valoarea aleasă ca medie cu mici abateri de la aceasta pentru fiecare model în parte. Din punct de vedere al ampatamentului se poate vorbi despre amenajarea interioară a autoturismului. Valoarea lui variază între 2512 mm a lui Skoda Octavia la valoarea maximă 2780 mm a lui Citroen Xantia. Pentru autoturismul meu din tema de proiect se adoptă valoarea medie a ampatamentelor soluţiilor similare şi anume L=2595 mm.

Lungimea se reprezintă de asemenea ca o dimensiune compactă datorată asemănării soluţiilor de organizare şi variază între minim 4129 mm, pentru Renault Megane, şi maxim 4620 mm pentru Mitsubishi Galant 2000. Valoare adoptată este de 4625 mm.

În ceea ce priveşte lăţimea (fig. 1.3 ) autovehiculelor prezentate în soluţiile similare se constată că diferă de la un maxim de 1765 mm, cât are Peugeot 406, până la 1662 mm cât are Daewoo Nexia şi Seat Toledo. Valoarea adoptată pentru automobilul de proiectat este de 1930 mm.

7

Capitolul I. Studiul soluţiilor similare şi al tendinţelor de dezvoltare

Înălţimea acestor autovehicule este apropiată de valoarea medie. Valoarea medie a înălţimilor modelelor similare este de 1400 mm. Modelele care au înălţimea apropiată de această valoare sunt: Fiat Brava şi Renault Megane.

Ecartamentul contribuie la aşezarea autoturismului pe şosea şi reprezintă distanţa dintre planele mediane ale roţilor care aparţin aceleiaşi punţi. Valorile adoptate pentru soluţia proiectată sunt: E1med=1530 mm, E2med=1510 mm.

Consum mediu (fig.1.6)este aproximativ 7,5 l/100 km. Toate soluţiile alese au o valoare aproximativ egală excepţie făcând Renault Laguna şi Volvo 440.

În continuare, pe baza datelor din tabelul 1.1., în figurile 1.7…1.11, s-a extins studiul de analiză comparativă pentru o serie de criterii definite cu ajutorul performanţelor energetice ale motoarelor, dinamice de viteză maximă şi de consum de combustibil.

În figura 1.7 este prezentat ca mărime de interes raportul Pmax/Ma dintre puterea maximă dezvoltată de motorul autovehiculului, Pmax şi masa proprie a autovehiculului, Ma. Acest parametru are semnificaţia unui indice de motorizare. Valoarea medie a acestui parametru este de 0,05 [CP/kg], îmbunătăţirea performanţei de motorizare făcându-se la creşterea valorii acestui parametru.

Figura 1.8 prezintă ca indice de performanţă raportul dintre consumul mediu de combustibil, Cm şi puterea maximă a motorului, Pmax, raport notat Ce/Pmax. Acest parametru care reflectă cantitatea de combustibil consumată pentru producerea unei puteri unitare pe un spaţiu de 100 km scoate în evidenţă performanţele motoarelor utilizate.

O altă mărime folosită este prezentată în figura 1.9. Raportul vmax/Ma, dintre viteza maximă pe care o atinge autovehiculul, vmax şi masa proprie a autovehiculului, Ma dă indici asupra performanţelor dinamice de viteză maximă ale autoturismelor similare, arătând cu ce viteză este propulsat fiecare kg din masa autoturismului. Faţă de valoarea medie a acestui parametru pentru autoturismele din eşantionul analizat, de 0,028, creşterea performanţei se exprimă prin creşterea valorii parametrului.

Un alt parametru de interes, reprezentat în figura 1.10, este raportul dintre consumul mediu de combustibil Ce [litri/100km] şi masa autovehiculului, Ma [kg]. Acest parametru, cu semnificaţia unui indice de performanţă al construcţiei automobilului evaluează economicitatea funcţionării autovehiculului. Valorile medii ale acestui parametru, corespunzător eşantionului analizat este de 0,004 litri combustibil pentru deplasarea pe un spaţiu de 100 km a fiecărui kg din masa autovehiculului. Sporirea performanţei consumului de combustibil pentru transportul masei se obţine prin reducerea mărimii acestui parametru.

În figura 1.11 se reprezintă un parametru de analiză comparativă ce exprimă influenţa nivelului de motorizare asupra performanţei dinamice de viteză maximă, (vmax/Pmax). Parametrul reprezintă un criteriu de perfecţiune al construcţiei de autovehicule prin exprimarea vitezei imprimate de fiecare unitate de putere dezvoltată de motor. Faţă de valoarea medie a acestui parametru pentru autoturismele din eşantionul analizat, de 0,569, creşterea performanţei se exprimă prin creşterea valorii parametrului.

I.1.2. Tendinţe de dezvoltare

Tehnica construcţiei de autoturisme s-a perfecţionat permanent, urmărindu-se îmbunătăţirea performanţelor de dinamicitate şi frânare, de economicitate, de confort şi securitate rutiera etc. Domeniile de acţiune s-au extins asupra tuturor părţilor componente şi s-a încercat aplicarea celor mai noi şi eficiente soluţii de îmbunătăţire a acestora. Astfel, motoarele autoturismelor au beneficiat de atenţie deosebită, eforturile de sporire a performanţelor lor fiind îndreptate pe multiple direcţii: -reducerea consumului de combustibil; -mărirea puterii litrice a motoarelor; -reducerea costurilor de fabricaţie;

8

Capitolul I. Studiul soluţiilor similare şi al tendinţelor de dezvoltare

-reducerea emisiilor nocive din gazele de evacuare; -realizarea de motoare cât mai uşoare şi cât mai compacte.

Se remarcă, în special, tendinţa de extindere a motoarelor cu aprindere prin comprimare datorită consumului specific mai redus de combustibil în comparaţie cu motoarele cu aprindere prin scânteie. Folosirea motorului diesel pe turisme a devenit posibilă când turaţiile maxime ale acestuia au depăşit 4400rot/min, astăzi realizându-se exemplare care dezvoltă 5000 rot/min. Perfecţionarea acestor motoare privind reducerea zgomotului, a poluării şi pornirea uşoară pe timp friguros a făcut progrese remarcabile.

O alta preocupare este crearea unor familii de motoare, pornindu-se de la un monocilindru sau de la un motor de bază, de la care, în funcţie de necesităţi, se realizează o serie de motoare, cu puteri şi capacităţi diferite, având unele părţi componente identice, procedeul favorizând folosirea tipizării în tehnologia de fabricaţie şi exploatare a autoturismelor.

Folosirea supraalimentării prin diferite procedee este tot mai des întâlnită, asigurând creşterea puterii şi momentului motor maxim cu scăderea turaţiilor corespunzătoare şi a consumului de combustibil.

Injecţia de benzină este perfecţionată şi aplicată la producţia de serie, deoarece, completată cu comanda şi control electronic, este în măsura să asigure performanţe superioare în ceea ce priveşte: -reducerea consumului de combustibil; -reducerea emisiilor nocive; -ridicarea gradului de securitate a conducerii autoturismului.

Aprinderea cu comandă electronică este o variantă des întâlnită, atât datorită influenţei benefice asupra consumului de combustibil, prin realizarea avansului la aprindere după legea optimă, cât şi bunelor rezultate antipoluante.

Numeroase sunt preocupările legate de ameliorarea formei camerei de ardere, a tubulaturii de admisie şi evacuare, a geometriei de dispunere şi acţionare a supapelor, a numărului, mărimii şi locului lor de amplasare, a funcţionării cu dispozitive de alimentare stratificată cu combustibil, a înlocuirii materialelor metalice cu materiale ceramice, a realizării motoarelor adiabatice sau cu raport de comprimare variabil.

Ultimele realizări în domeniul arderii, alimentării şi aprinderii care permit reglaje îmbunătăţite de avans şi dozaj vor conduce la creşterea performanţelor motoarelor, la reducerea consumului de combustibil şi a agenţilor poluanţi. Se fac în prezent eforturi pentru limitarea emisiei de gaze prin folosirea de catalizatori - purificatori şi a benzinelor fără plumb.

Transmisia autoturismelor a fost şi este obiectul unor continue cercetări urmărindu-se, prin soluţiile constructive propuse, o cât mai bună corelare între momentul motor activ şi cel rezistent, reducerea consumului de combustibil, sporirea siguranţei şi confortului de conducere. Se constată că, pe lângă transmisiile mecanice, o folosire deosebită o au transmisiile automate asistate de microprocesoare.

La transmisiile mecanice ale autoturismelor de capacitate medie sunt utilizate cutii de viteze cu cinci trepte, ultima treaptă având raport de transmitere subunitar, fiind treapta economică, care, atunci când este cuplată, conduce la reducerea consumului de combustibil prin coborârea turaţiei motorului în zona turaţiei economice şi la sporirea sarcinii.

Suspensia autoturismelor a făcut obiectul unor studii aprofundate privind condiţionarea reciproca dintre pneu, suspensie şi calea de rulare. Acestea au permis să se obţină prin simularea pe calculator a fenomenelor complexe, care au loc în timpul deplasării autoturismului, o suspensie corespunzătoare pentru fiecare model cercetat.

Echiparea autoturismelor cu suspensii independente pe toate roţile, prin folosirea amortizoarelor hidraulice şi hidropneumatice şi a corectoarelor de ruliu, a contribuit la mărirea confortului, a siguranţei în deplasare şi a stabilităţii.

9

Capitolul I. Studiul soluţiilor similare şi al tendinţelor de dezvoltare

Suspensia mecanică clasică este supusă unor modificări permanente urmărindu-se perfecţionarea cinematicii sale, a legăturii dintre suspensie şi structura de rezistenţă, a atenuării şocurilor şi vibraţiilor primite de la roti, a cinematicii roţilor directoare, a confortului pasagerilor.

Sistemul de frânare cunoaşte, de asemenea, preocupări intense de îmbunătăţire, generalizare având sistemul de frânare cu dublu circuit şi legare în X. Se poate aprecia că majoritatea autoturismelor sunt echipate fie cu frâne disc, fie cu frâne mixte, adică cu frâne cu tambur la roţile din spate şi cu frâne disc la roţile din faţă. Cunosc generalizare limitatoarele de frână.

Pentru o mai mare siguranţă în exploatare se folosesc indicatoarele de uzură a garniturilor de frână, frâne autoreglabile, sisteme care să împiedice blocarea roţilor în cazul frânarilor intensive (ABS), servomecanisme de acţionare comandate de depresiunea din galeria de admisie sau de către o pompa suplimentara.

Sistemul de direcţie se realizează în soluţii constructive legate de tipul suspensiei folosite, în corelare cu cinematica roţilor de direcţie. Ca tendinţe actuale se remarca: -extinderea folosirii servodirecţiilor şi la clase mai mici de autoturisme; -reducerea efectului reacţiilor inverse, de la roata spre volan; -creşterea comodităţii de conducere şi siguranţei de deplasare, prin folosirea unor mecanisme servo, respectiv prin folosirea unor volane şi axe volane rabatabile sau telescopice.

Caroseria este, în totalitate, integral autoportantă. Cercetările şi încercările efectuate au condus la realizarea unor caroserii având coeficienţi aerodinamici tot mai coborâţi. Rigiditatea caroseriei, care este un factor important în ameliorarea ţinutei de drum, a fost mult îmbunătăţită prin folosirea oţelurilor de înaltă rezistenţă, cu o limita de elasticitate ridicată. S-au luat măsuri de reducere a greutăţii proprii, prin înlocuirea tot mai accentuata a pieselor din metal cu piese din material plastic. S-a îmbunătăţit permanent securitatea activă şi pasivă pe care autoturismul o poate asigura pietonilor, respectiv pasagerilor. Habitaclul a fost studiat şi construit pentru a oferi pasagerilor condiţii foarte bune de confort. Postul de conducere a devenit mai funcţional, conducătorului oferindu-i-se tot mai multe informaţii despre comportarea, starea sau funcţionarea unora din componentele autoturismului. Caroseriile au fost insonorizate, ceea ce a permis reducerea zgomotului la un nivel tot mai scăzut. S-au generalizat caroseriile cu doua sau trei volume, în funcţie de modelul autoturismului.

Pentru pneuri, în vederea micşorării energiei absorbite în timpul rulajului, a amortizării şocurilor, a creşterii siguranţei şi duratei în exploatare, se folosesc noi reţete la fabricarea anvelopelor şi camerelor de aer, se utilizează diferite profiluri pentru banda de rulare, se încearcă folosirea unor pneuri fără aer în interior sau a unor pneuri fără camera de aer.

Aparatura de bord foloseşte tot mai mult circuite integrate cu afişaj numeric, schematic, grafic sau sub forma de diagrame, folosind tehnica fluorescenţei în vid sau aceea cu cristale lichide, care prezintă un grad ridicat de fiabilitate. Aparatura electronică, asistată de calculator, supraveghează şi informează permanent conducătorul despre diferiţi parametrii necesari conducerii în siguranţa, informează asupra funcţionarii organelor în mişcare, urmăreşte atingerea unor limite maxime de uzura, indica consumul instantaneu şi rezerva de combustibil etc.

ConcluziePentru alegerea sau determinarea parametrilor iniţiali, care intervin în calcul, se va ţine

seama atât de studiul soluţiilor constructive asemănătoare, deja existente în lume, cât şi de tendinţele de dezvoltare actuale, astfel încât autoturismul ce urmează să fie proiectat să se încadreze, din punct de vedere al performanţelor, atât pe ansamblu cât şi pe elemente, în normele de calitate şi competitivitate care caracterizează producţia mondială de autoturisme.

10