16 grudnia 2017


Szwedzcy projektanci byli i są pionierami w kwestii bezpieczeństwa użytkowników pojazdów samochodowych. Doskonałe w tej dziedzinie rezultaty osiągnęli drogą ewolucyjnego procesu zwiększania bezpieczeństwa kolejnych generacji modeli aut Volvo.

Piotr Bednarski


Jakie elementy składają się na proces projektowania samochodu?

Wygląd auta, poszczególnych jego elementów to wypadkowa funkcji jaką ma ono spełniać, zastosowanych materiałów oraz użytej technologii ich kształtowania. W praktyce dochodzi jeszcze „czynnik ludzki” w miejscu projektowania. Chodzi mianowicie o siłę argumentacji poszczególnych departamentów w biurze projektowym w trakcie walki o miejsce dla komponentów, za których wykonanie te departamenty są odpowiedzialne. Co jest w danym momencie ważniejsze dla producenta samochodu? Czy będzie to np. komfort w miejscu na nogi podróżnych zajmujących przednie fotele czy raczej zwiększenie bezpieczeństwa tych podróżnych, uzyskane poprzez rozbudowanie struktury nadwozia pochłaniającej energię zderzenia – w miejscu, które mogłoby powiększyć komfort nóg pasażera? Czy będzie to większy bagażnik czy też lepsze prowadzenie auta uzyskane poprzez rozbudowanie tylnego zawieszenia kosztem pojemności bagażnika? Wieloletnie utrwalenie przewagi argumentacji poszczególnych departamentów tworzy zespół cech charakterystyczny dla poszczególnych marek aut. Tak też powstaje wyróżniający każdego z producentów kanon (rutyna) projektowania.
Stale zmieniające się środowisko projektowania powoduje, że ów kanon podlega ciągłej ewolucji.
Zdarza się, że do spokojnie rozwijającego się kilkugeneracyjnego projektu auta wprowadzone zostaje jedno nowe, niepozorne założenie, co doprowadza do sytuacji, w której rutyna projektowania zdecydowanie przestaje pomagać.



W czasach przejęć i konsolidacji w branży samochodowej samodzielność relatywnie niewielkiej firmy Volvo okazała się nie do uratowania. W roku 1999 podupadającą finansowo firmę Volvo Cars wykupił koncern Ford. Naturalną tego konsekwencją była decyzja o szukaniu oszczędności poprzez unifikację komponentów Volvo i Forda.

volvo projektowanie
Rys. 1

W 2006 r. biuro konstrukcyjne Volvo było w ostatniej fazie projektowania trzeciej czyli obecnej generacji jednego z najlepiej sprzedających się swoich samochodów – V70. Jednym z istotnych założeń fazy projektowej była maksymalna unifikacja platform Forda i Volvo.
Platforma (płyta podłogowa) to konstrukcyjny „kręgosłup” współczesnych samonośnych samochodów. Ze względu na kompletację nadwozia platforma podłogowa składa się z trzech podkompletów: podłogi przedniej (rejon komory silnikowej z przegrodą przednią), środkowej (przedział pasażerski) i tylnej (przedział bagażowy). Ustalono, że w opisywanym przypadku unifikacja będzie oznaczała przejęcie przez Volvo V70 środkowej płyty podłogowej projektowanej dla Forda Mondeo IV (EUCD Platform).

volvo-projektowanie-2
Rys. 2  Rysunek poglądowy obrazujący miejsce wystąpienia – na etapie projektu – problemu nadmiernej deformacji

Takie założenie, skądinąd ekonomicznie uzasadnione dla koncernu Forda, bardzo utrudniło życie szwedzkim konstruktorom. Podczas jednej z ostatnich przeprowadzonych komputerowo symulacji zderzeniowych okazało się, że jest to problem. Symulacja dotyczyła tylnego 70% offset crash’u przy prędkości 88,5 km/godz. Jest to symulacja uderzenia w tył pojazdu po stronie wlewu paliwa, przeprowadzona w taki sposób, że jedna z dwóch tylnych podłużnic podłogowych pozostaje nieuderzona. Pozytywnym rezultatem tego testu nie była wówczas określona wartość opóźnienia, mierzona jak w przypadku front crash’u, a jedynie możliwość otwarcia tylnych drzwi po wypadku bez użycia narzędzi oraz integralność (brak rozszczelnienia) zbiornika paliwa, włącznie z rurą wlewu.

Na tym etapie projektowania okazało się, że ze względu na nadmierną deformację otworu drzwiowego drzwi tylnych siła niezbędna do otwarcia tych drzwi jest zbyt duża aby wyniki symulacji i rzeczywistego testu uznać za pozytywne. W wyniku analizy serii kolejnych wersji komputerowych symulacji próby zderzeniowej konstruktorzy doszli do wniosku, że technologicznie możliwe do uzyskania połączenie podłużnicy tylnej podkompletu tylnej podłogi Volvo z profilem progu podkompletu podłogi środkowej pochodzącej z Forda nie jest wystarczająco sztywne by bez swojej deformacji przenieść całość siły uderzenia do profilu progu auta.
Aby zapobiec deformacji opisanego połączenia progu i tylnej podłużnicy, a w konsekwencji otworu drzwiowego drzwi tylnych, należało „odciążyć” profil progu. Dokonano tego poprzez skierowanie większej niż dotychczas części siły pochodzącej z uderzenia w tył pojazdu w inny podłużny profil – w podłużnicę dachową. Profil ten usytuowany jest nad drzwiami pojazdu. Typowe rozwiązania tego rejonu szkieletu nadwozia nie pozwalają na przekierowanie znaczącej części sił z offset crash’u w górną podłużnicę. Aby tego dokonać zdecydowano się na zaprojektowanie niestosowanego dotychczas, biegnącego od progu do górnej podłużnicy wzmocnienia słupka „C” (słupka drzwiowego za tylnymi drzwiami – patrz: Rys. 3).

volvo projektowanie 3
Rys. 3

Wzmocnienie wykonano z tłoczonej na gorąco stali boronowej o ultra wysokiej wytrzymałości, siedmiokrotnie przewyższającej wytrzymałość Rm stali zwykłej jakości. W połączeniu z możliwym do uzyskania przeprojektowaniem usztywniającym profil progu, optymalizacją sztywności podłużnicy tylnej podłogi oraz z maksymalnym wzmocnieniem połączenia pomiędzy nimi, uzyskano w krótkim czasie rozwiązanie pozwalające spełnić wymagania związane z tylnym offset crash’em, z typowym dla Volvo zapasem bezpieczeństwa.


Piotr Bednarski

Symbolicznym  wkładem autora  w prace projektowe nad V70 trzeciej generacji jest  koncepcja większego "zaangażowania" górnej  struktury nadwozia w przejęcie obciążeń pochodzących z tylnego crash-testu.

artykuł pochodzi z wydania 9 (84) wrzesień 2014