W 2006 r. europejska dywizja Forda przystąpiła do projektowania drugiej generacji modelu C-Max. Model powstawał na bazie globalnej platformy C, czyli wykorzystywanej na całym świecie płyty podłogowej aut klasy Forda Focusa.
Jakie elementy składają się na proces projektowania auta?
Wygląd auta oraz 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 miejsca 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 charakterystycznych cech, specyficzny 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.
Podjęto decyzję, że krótsza wersja podstawowa wyposażona zostanie w drzwi konwencjonalne, a wersja wydłużona, o nazwie Grand C-Max (a roboczo C344), będzie miała tylne drzwi przesuwne. W europejskich zakładach Forda (w Kolonii, w Niemczech) miały to być pierwsze drzwi przesuwne opracowane do samochodu osobowego. Europejski Ford produkował w tym czasie dwa nadwozia samochodu dostawczego pod nazwą Transit i Transit Connect, wyposażone w drzwi przesuwne. Przymiotnik „dostawczy” oznacza jednak znacząco niższy poziom dopracowania drzwi (szczelności, hałaśliwości, estetyki etc.).
Na wstępie przyjrzyjmy się z grubsza wybranym aspektom projektowania drzwi konwencjonalnych (tj. zamontowanych na zawiasach). Ten niepozorny podzespół okazuje się być zaskakująco kompleksowym i istotnym zespołem determinującym także kształt ściany bocznej auta. Pozytywne przejście komputerowej symulacji tłoczenia wewnętrznego panelu drzwi daje jednocześnie spore prawdopodobieństwo wytłoczenia ściany bocznej zewnętrznej (co dokładnie sprawdzane jest w dalszej kolejności). Dzieje się tak, ponieważ kształt i głębokość tłoczenia panelu drzwi wewnętrznych definiują kształt i głębokość tłoczenia ściany bocznej zewnętrznej nadwozia, a wiele względów powoduje, że skalę trudności tłoczenia można uznać za podobną, ze wskazaniem na większą trudność tłoczenia drzwi. Jeżeli symulacja kilkuetapowego procesu tłoczenia panelu wewnętrznego drzwi nie rokuje nadziei na sukces, (tj. pomimo wprowadzenia serii możliwych modyfikacji powierzchni technicznych, czasem dodania jednej fazy tłoczenia symulacja niezmiennie wskazuje na rozrywanie, nadmierne przewężenie bądź fałdowanie tłoczonej blachy), zmianie musi w ostateczności ulec stylistyka ściany bocznej. Konkretnie: szerokość zewnętrznej „półki podokiennej”, znajdującej się poniżej dolnej linii szyb drzwiowych (w niektórych firmach samochodowych żartobliwie nazywanej wybiegiem – „catwalk”) ulega w takich sytuacjach zmniejszeniu.
Jak zwiększała się kompleksowość drzwi na przestrzeni ostatnich dekad? Pośrednią odpowiedzią na to pytanie jest fakt, że wiązka elektryczna zasilająca współczesne drzwi samochodowe ma podobną średnicę do głównej wiązki elektrycznej produkowanego do niedawna w Brazylii Volkswagena Garbusa pierwszej generacji. To porównanie pozwala zrozumieć, że drzwi stają się miejscem montażu coraz większej ilości elementów elektrycznego wyposażenia auta. Ponadto, od ponad trzydziestu lat zaczęły się tam także pojawiać stalowe, a później także tworzywowe elementy pochłaniające energię zderzenia bocznego.
Nie zapominajmy o mechanizmach podnoszenia szyby, o małej szybie nieruchomej, dwu- lub trzypoziomowych uszczelkach drzwiowych, systemach prowadzenia i uszczelnienia szyby ruchomej, elementach ozdobnych wokół szyby ruchomej, czy też o ozdobnym panelu wewnętrznym drzwi. Upakowanie tych wszystkich komponentów w niewielkiej przestrzeni drzwi i umożliwienie drzwiom bezkolizyjnej ruchliwości wymaga relatywnie dużo większej ilości spotkań i ustaleń pomiędzy poszczególnymi działami odpowiedzialnymi za strukturę drzwi i ich wyposażenie, a działem odpowiedzialnym za zaprojektowanie ściany bocznej nadwozia, niż ma to generalnie miejsce w przypadku struktury nadwozia. Właśnie ta duża ilość koordynujących działań między departamentami stanowi specyfikę pracy nad drzwiami samochodowymi ogólnie.
Jeżeli podjęta zostaje decyzja, że tylne drzwi mają być przesuwne z opcjonalnym napędem elektrycznym, do wyposażenia drzwi należy obowiązkowo dodać czujnik przytrzaśnięcia. Sensor ten zatrzymuje napęd, gdy na drodze przesuwających się drzwi pojawi się nieznany element (najczęściej palce dziecka).
Pomimo usilnych prób, czujnik przytrzaśnięcia okazał się w przypadku opisywanego auta niemożliwy do zabudowania. Założone kąty widzenia ze standardowej pozycji kierowcy, w połączeniu z założonym systemem uszczelnienia drzwi i użytymi elementami ozdobnymi na wysokości szyb, skutecznie uniemożliwiły upakowanie elastycznej listwy sensorowej czujnika przytrzaśnięcia, w taki sposób, aby na całej długości przedniej krawędzi drzwi skutecznie wypełniał on swoje zadanie. W konsekwencji zniknął też opcjonalny napęd elektryczny drzwi przesuwnych. W tej klasie pojazdu stanowiłby ewenement.
Aby zrozumieć, na czym polega specyfika projektowania drzwi przesuwnych powtórnie odnieśmy się do sytuacji, gdy drzwi są konwencjonalne tj. zamontowane na zawiasach.
W takiej sytuacji drzwi połączone są z nadwoziem auta zawiasami i posiadają jeden stopień swobody, czyli obrót. Fakt, że oba zawiasy są zamontowane na jednym podkomplecie nadwozia (tj. komplecie ściany bocznej), skutkuje relatywnie łatwym współcześnie do „opanowania” łańcuchem tolerancji wykonania i montażu drzwi i nadwozia. Tak więc drzwi dają się bezkolizyjnie zamknąć i otworzyć nawet w najmniej sprzyjających położeniach otaczających je komponentów, przy przeciętnym poziomie technologicznym producenta.
W przypadku konwencjonalnych drzwi zamontowanych na zawiasach chodzi przede wszystkim o takie skonstruowanie łańcucha tolerancji i takie zdefiniowanie kolejności montażu poszczególnych przykręcanych do nadwozia elementów w trakcie montażu końcowego, aby w najmniej sprzyjającej kombinacji tolerancji drzwi i nadwozia panel zewnętrzny drzwi przy pełnym ich otwarciu nie uderzył w poprzedzający go element (tj. w zależności czy są to drzwi przednie czy tylne – w tylny rant przedniego błotnika lub przednich drzwi). W przypadku klasycznych drzwi, o poziomie technologicznym producenta świadczy jedynie wielkość nominalnej szczeliny pomiędzy drzwiami a nadwoziem, gwarantującej taki brak kolizji. Przykładowo – szczelina o szerokości 3 mm, mierzona wzdłużnie wokół drzwi, to obecnie doskonały wynik, a 5 mm – to wynik marny. Pomiędzy tymi wartościami jest przepaść technologiczna.
Powtórnie wróćmy do drzwi przesuwnych.
Drzwi przesuwne poruszają się na trzech prowadnicach (szynach) o różnej geometrii, zdefiniowanej w taki sposób, aby w trakcie otwierania, czyli wychodzenia z otworu drzwiowego i dalszego przesuwu, znajdowały się jak najdalej od elementów nadwozia, a jednocześnie, by powodowały samoczynne, grawitacyjne zamykanie się drzwi po zwolnieniu ich z zapadki przytrzymującej je w pozycji otwartej. Liczba stopni swobody drzwi przesuwnych jest większa niż konwencjonalnych. Ruch drzwi przesuwnych to w każdej pozycji inna kombinacja posuwu i obrotu. Do tego należy dodać zwiększający się z upływem czasu technologiczny luz pomiędzy prowadnicami drzwi a rolkami. Aby drzwi nie hałasowały w prowadnicach w pozycji zamkniętej i w celu uniknięcia kolizji z nadwoziem, kontrolę nad ich pozycją względem nadwozia przejmują na ostatnich kilku milimetrach przesuwu i po ich zamknięciu znajdujące się przy ich przedniej krawędzi dwa kliny pozycjonujące.
Po stronie drzwi mamy więc pięć odpowiedzialnych za ich pozycję w nadwoziu elementów: trzy wysięgniki z rolkami prowadzącymi i dwa kliny pozycjonujące (Rys. 4). Są one równomiernie rozmieszczone po obwodzie drzwi. Każdy z nich wymaga odpowiedniego wzmocnienia struktury drzwi. Oznacza to, że struktura drzwi ma pięć takich wzmocnień.
Dla porównania –w drzwiach konwencjonalnych znajdujące się blisko siebie punkty mocowania dwóch zawiasów i ogranicznika ruchu drzwi „obsługuje” tylko jedno wzmocnienie. Konsekwencją jest rosnący łańcuch tolerancji po stronie drzwi przesuwnych.
Wszystkie wymienione czynniki powodują, że producent niebędący w stanie utrzymać odpowiedniego reżimu technologicznego na etapie produkcji i montażu komponentów odpowiedzialnych za łańcuch tolerancji drzwi przesuwnych i struktury nadwozia może nie być w stanie wdrożyć ich do masowej produkcji.
Czynnikiem przesądzającym o niepowodzeniu może okazać się tu dodatkowy fakt, że dolna prowadnica drzwi przesuwnych znajduje się najczęściej w innym podkomplecie nadwozia (tj. w podkomplecie podłogi) niż pozostałe dwie prowadnice (z podkompletu ściany bocznej). Skutkuje to wydłużeniem łańcucha tolerancji. Jeżeli – jak miało to miejsce w opisywanym przypadku – istnieje docelowa linia montażowa opracowana dla auta już zaprojektowanego lub montowanego na wspólnej płycie podłogowej, decydenci zaangażowani w nowy projekt nie będą w stanie przesunąć dolnej prowadnicy drzwi z podkompletu podłogi do podkompletu ściany bocznej.
Dla pełniejszego obrazu należy jeszcze wspomnieć o tym, że tworzenie krótszej, bazowej wersji Forda C-Max z drzwiami konwencjonalnymi i opcjonalne projektowanie wydłużonej wersji Grand z drzwiami przesuwnymi także niosło większe ryzyko fiaska pewnych założeń. Ograniczyło to bowiem konstruktorom pole manewru w porównaniu do sytuacji, w której nadwozie byłoby (jak to zwykle bywa) w całości dedykowane do realizacji potrzeb optymalnej zabudowy tylnych drzwi przesuwnych.
Dla zespołu Forda wdrażającego drzwi przesuwne w Fordzie Grand C-Max to doświadczenie nie okazało się krytyczne. Szczególnie duże znaczenie dla technicznego sukcesu projektu miał fakt, że zakłady Forda długo przed jego rozpoczęciem miały gotowy do wykorzystania potencjał zawężenia tolerancji wykonania i montażu krytycznych dla procesu budowy drzwi przesuwnych samochodu osobowego. Mowa tu o know-how i odpowiednim parku maszynowym.
Pomimo wszystko szczelina wokół drzwi przesuwnych pozostaje w wielu samochodach (w tym w opisanym Fordzie Grand C-Max) nieco większa niż wokół drzwi konwencjonalnych.
Piotr Bednarski
zdjęcia: Ford, Mototarget.pl i autora
Autor niniejszego artykułu wziął udział w opisanym projekcie C344, jako inżynier prowadzący, odpowiedzialny za projekt struktury drzwi przesuwnych.
artykuł pochodzi z wydania 10 (85) październik 2014
