Cap. 2: Aspecte privind cinematica pun ilor pentru autoturismeț

2.1) Rolul i cerin ele pun ilor autoturismelorș ț ț

În procesul de rulare al automobilului la contactul roată – sol apar momente i for e peș ț trei direc ii. Puntea unui automobil este subansamblul care asigură legătura dintre roată iț ș caroseria acestuia. Puntea preia for ele i momentele care apar la contactul roată – sol i leț ș ș transmite prin mecanismul de ghidare la caroseria ( asiul) automobilului i sistemul deș ș suspensie al acestuia.

Cerin ele impuse pun ii unui automobil sunt cerin ele legate de dinamica automobilului,ț ț ț cerin e legate de costruc ia în ansamblu a automobilului i cerin e economice.ț ț ș ț

Parametrii dinamici ai automobilului influen a i direct de construc ia pun ilor sale sunt:ț ț ț ș stabilitatea, maniabilitatea i manevrabilitatea automobilului. Ca urmare punteaș automobilului trebuie să asigure ghidarea cinematică optimă a ro ii, preluareaț corespunzătoare a tuturor for elor i momentelor, precum i transmiterea corespunzătoare aț ș ș lor la caroseria automobilului.

Realizarea corespunzătoare a pun ilor unui automobil reprezintă solu ia optimăț ț constructivă a subansamblelor mecanice ale automobilului în interac iunea lor. Prin rolul sauț puntea unui automobil este în interependen ăfunc ională cu: sistemul de suspensie, sistemulț ț de frânare, sistemul de direc ie, transmisia i caroseria automobilului. Astfel, cerin eleț ș ț principale impuse unei pun i, legate de construc ia în ansamblu a automobilului, sunt:ț ț

- transmiterea prin cuplele de la caroserie i suspensia automobilului a vibra iilor laș ț un nivel cât mai redus, contribuind la îmbunătă irea confortului în automobil;ț

- transmiterea prin punctele sale de fixare la structura caroseriei a unor for e iț ș momente cât mai mici, asigurând prin acesta ca elemenetele de rezisten ă (lonjeroane,ț traverse, supor i) să fie ieftine, u oare, simple tehnologic;ț ș

- să aibă un gabarit redus i să dezbată un spa iu mic, permi ând amplasareaș ț ț favorabilă a celorlaltesubansamble ale automobilului (grup moto – propulsor, rezervor de combustibil, roată de rezervă);

- împreună cu elementele suspensiei, o greutate cât mai mică a pun ii determinăț reducerea masei nesuspendate a automobilului, cu influen ă asupra confortabilită ii sale;ț ț

- să permită o func ionare corespunzătoarea sistemului de frânare, de suspensie, deș direc ie si transmisie a automobilului.ț

Având în vedere cerin ele impuse pun ilor spate, constructorii de autoturisme utilizeazăț ț în prezent mai multe tipuri de pun i. Dintre acestea sunt de men ionat: puntea rigidă, punteaț ț patrulater, puntea de tip McPherson, puntea cu bra oblic, puntea cu bra longitudinal, punteaț ț pendulară, puntea cu traversă torsionată.

În subcapitolele următoare vor fi descrise variantele constructive de punte spate utilizate de marii fabrican i de automobile.ț

2.2) Puntea rigidă

Caracteristica acestei pun i constă în legătura rigidă între ro ile stânga i dreapta aleț ț ș acestui tip de punte. Puntea rigidă este primul tip de punte utilizat în construc ia deț autoturismelor. Dezavantajele pricipale ale acestui tip de punte sunt: cinematica necorespunzătoare a ro ilor pun ii ce influen ează negativ arhitectura păr ii spate aț ț ț ț autoturismului.

Ghidarea pun ii rigide se face printr-un arc lamelar sau patrulater cu dezbatere în planț longitudinal. Solu ia de punte spate motoare ghidată de arc lamelar a fost utilizată i deț ș autoturismul Ford Capri, figura 2.1.

După tipul solu iei constructive a patrulaterului de ghidare pun ile rigide pot fi cuț ț ghidare în 3 pana la 5 puncte.

Pentru pun ile ghidate în 3 puncte preluarea for elor laterale se face prin intermediulț ț bra ului triunghiular central. O astfel de solu ie este utilizată la puntea spate motoare aț ț autoturismului Suzuki Vitara, figura2.2.

Puntea spate a autoturismului Ford Taunus, figura 2.3, este o punte spate motoare ghidată în 4 puncte. O aten ie deosebită în realizarea solu iei trebuie acordată elasticită iiț ț ț laterale a pun ii i geometriei trapezului format de bra ele superioare.ț ș ț

Solu ia cea mai frecvent utilizat de autoturismele de ora este solu ia de ghidare în 5ț ț ș ț punte a pun ii rigide. În acest caz ghidarea longitudinală este asigurată de către patrulaterulț pun ii, iar ghidarea laterală este asigurată de o bară transversală numită bară Panhard.ț

Figura 2.4 exemplifică această solu ie utilizată pe autoturismele SAAB 9000. Se remarcăț dispunerea de tip paralelogram Watt a patrulaterului de ghidare.

2.3) Puntea Mc-Pherson

Acest tip de punte este o solu ie constructiv des utilizată la pun ile nemotoare spate.ț ț Avantajele sale sunt: o cinematică corespunzătoare a ro ii, gabarit redus, dispunere laterală,ț simplitate tehnologică. Dezavantajele sale sunt: pasaje mari ale ro ilor, multe repereț componente.

O solu ie clasică de punte Mc-Pherson este utilizată de autoturismul Mazda 323, figuraț 2.5. Se remarcă bra ul longitudinal pentru preluarea for elor de frânare i posibilitatea deț ț ș reglare a paralelismuluiro ii prin modificarea semibra ului transversal spate.ț ț

2.4) Puntea cu bra oblicț

Puntea cu bra oblic este o punte des utilizată ca punte spate a autoturismelor cu solu ieț ț clasică. Acest tip de punte, utilizată la început de constructorii americani, iar mai apoi perfec ionată constructiv de către cei germani (BMW, Mercedes), a făcut practic trecerea de laț pun ile rigide la pun ile independente. Figura2.6 prezintă solu ia utilizată de firma BMW peț ț ț autoturismele sale din seria 3. Bra ele oblice ambutisate se compun din 2 semicochileț asamblate prin sudură într-un plan de separa ie orizontal. Suspensia automobilului esteț asigurată de un asamblu arc elicoidal amortizor hidraulic i tampoanele limitatoare de cursă,ș amplasat în pasajul ro ii. În spa iul central dintre bra ele oblice este amplasat diferen ialulț ț ț ț spate, a cărui prindere se realizează printr-o traversă fixată elastic de caroserie. Către spate, diferen ialul este deasemenea fixat elastic prin intermediul unui suport din tablă. Pe traversaț diferen ialului se fixează i palierele elastice ale bra elor elastice, ob inându-se o amortizareț ș ț ț foarte bună a vibra iilor ce sunt transmise de la contactul roată – sol la caroserie.ț

2.5) Puntea cu bra longitudinalț

Acest tip de punte este frecvent folosită pentru pun ile spate nemotoare aleț autoturismelor de ora . Construc ia acestui tip de punte a fost mult evoluată de cătreș ț constructorii francezi de automobile (Renault, PSA) i preluată apoi de firmele italiene iș ș japoneze. Figura 2.7 prezintă puntea cu bra longitudinal utilizată în prezent de concernul PSAț pe autoturismele Peugeot 306 i Citroen ZX. Încă de la început, acest tip de punte a fostș echipat cu suspensie cu bare de torsiune transversale (Renault). Solu ia concernului PSA seț caracterizează prin bra e longitudinale coaxiale, turnate din fontă, lăgăruite pe rulmen i cuț ț ace. Cele 2 bare de torsiune egale sunt dispuse în fa ă, respectiv în spatele axei de oscila ie aț ț pun ii, asigurând fixarea axială a bra elor sale.ț ț

Bara antiruliu a suspensiei este o bară de torsiune fixată pe caneluri pe cele 2 braţe si coaxială cu tuburile acesora. Amortizoarele hidraulice au un unghi mare de înclinare faţă de verticală, fiind fixate între braţele longitudinaleşi structura punţii. Întreg ansamblul punţii se fixează elastic pe caroserie.

2.6) Puntea pendulară

Puntea pendulară este o punte independentă utilizată la autoturisme ca pubte spate nemotoare cu dezbatere în plan transversal. În prezent acest tip de punte nu se mai foloseşte datorită cinematicii deficitare pe care o asigură. Figura2.8 ilustrează puntea pendulară utilizată pe autoturismele de oraş de către firma Vauxhaull. Puntea se compune din 2 braţe dublu articulate foarte aproape de planul median vertical al automobilului. Pe aceste braţe ambutisatecu profil închis, realizate cu tablă de închidere şi sudate prin puncte, se dispune o suspensie monobloc cu arc elicoidalşi amortizor hidraulic. Distanţa pe lungimea autoturismului între cele 2 paliere elastice ale unui braţ, trebuie să fie suficient de mare, pentru ca braţul să poată prelua şi forţele longitudinale. Pe lângă cinematica corespunzătoare pe care o asigură acest tip de punte, deyavantajele sale sunt: gabarit foarte mare cu implicaţii asupra arhitecturii automobilului şi preţul de cost ridicat.

2.7) Puntea patrulater

Acest tip de punte este utilizată ca punte spate motoare sau nemotoare. Este deasemenea utilizatăpe autoturismele ce au punte spate directoare. Principalul avantaj al acestui tip de punte este cinematica corespunzătoare pe care o asigură roţii spate. Puntea spate motoare a autoturismelor BMW din seria 5 este prezentată în figura 2.9. Suspensia punţii este ataşată pe braţul superior transversal, obţinut prin ambutisare din tablă.

Braţul inferior de tip bară, deasemenea ambutisat din tablă, este fixat, ca şi braţul superior, prin intermediul unor flexiblocuri pe caroserie şi pe portfuzeta spate. Preluarea forţelor longitudinale se face la acest tip de punte printr-un braţ longitudinal, corp comun cu fuzeta, ce este deasemenea fixat elastic pe caroserie. Suspensia spate cuprinde un amortizor hidraulic fixat pe portfuzeta şi o bară antiruliu fixată prin intermediul a 2 bielete, de braţele superioare. Soluţia oferă suficient spaţiu pentru amplasarea centrală a diferenţialului spate. Pentru reducerea nivelului de vibraţii introdus de transmisie şi punte spate, acestea sunt fixate elastic pe un leagăn spate, care la rândul său este fixat de caroserie prin intermesiul a 4 flexiblocuri elastice. Se obţine astfel o izolare foarte bună a caroseriei de subansamblele legăturii cu solul.

2.8) Punţile cu traversă torsionată

Prin deplasarea traversei în lungul braţului longitudinal al osiei de obţin cele 3 variante constructive de punţi cu traversă torsionată (figura 2.12).

Atunci când axa traversei coincide cu axa transversală definită de cele 2 flexiblocuri de fixare a punţii pe caroserie, soluţia poartă denumirea de punte independentă cu traversă torsionată. Prima soluţie a acestui tip de punte a fost utilizată pe autoturismul Volkswagen Golf (figura 2.13). Puntea are 2 braţe din ţeavă profilată sub forma literei ,,S” în planul său. Fuzeta roţii este fixată prin 4 şuruburi pe o placă, ce împreună cu suportul de amortizor formează un ansamblu sudat pe braţul longitudinal. La partea opusă, braţul are o formă pătrată în secţiune, zonă în care cele 2 braţe spate trase sunt legate între ele printr-o traversă sub formă de ,,T”. Traversa este formată din 2 benzi metalice sudate între ele pentru a se forma profilul ,,T” şi sudate la capetele braţelor longitudinale. Pentru rigidizarea zonei de îmbinare braţ – traversă, în spatele acesteia se dispun 2 întărituri sub formă triunghiulară. Traversa ce leagă cele 2 braţe este în acest caz bara antiruliu a punţii spate.

În cazul în care axa traversei este plasată între axa transversală determinată de cele 2 flexiblocuri şi axa determinată de fuzetele punţii, soluţia poartă denumirea de punte semi-independentă cu traversă torsionată. Prima soluţie constructivă a fost utilizată pe autoturismul Audi 50, figura 2.14. Puntea are în componenţă 2 braţe longitudinale din tablă ambutisată în formă de ,,S” pentru a reduce eforturile de încovoiere şi torsiune în fuzetele, respectiv braţele punţii.

Prima realizare constructivă apar ine deasemenea firmei Audi, care a utilizat acest tipț de punte pe autoturismele Audi 80, figura 2.15, osia este realizată din tablă profilată sub forma literei ,,U”cu deschiderea către sol. Pentru mărirea rigidită ii osiei la torsiune peț interiorul ei se dispune o bară sudată la ambele plăci laterale de închidere ale osiei. Fuzeta ro ii este cu flan a prinsă prin 4 uruburi de plăcile de capăt ale osiei. Bra ele longitudinale,ț ș ș ț

tan ate din tablă groasă, sunt sudate de întăriturile osiei la un capăt, iar la celălalt au o buc ăș ț ș i un cuzinet elastic pentru prinderea elastică a pun ii pe caroseria automobilului. Ghidareaș ț

transversală se face printr-o bară Panhard, ob inută dintr-un profil de tablă. Fixarea barei peț osie se face pe partea stângă a automobilului. Bara se prinde elastic pe osie pe un suport sudat pe întăritura capului stâng al osiei. Pe caroserie, bara transversală se prinde elastic în imediata vecinătate a fixării bra ului longitudinal dreapta pe caroserie.ț

2.9) Concluzii

Gama variantelor constructive ale pun ii spate utilizate în prezent pe autoturismele deț ora este relativ mare. Criteriile de alegere a unei solu ii are ca prim principiu asigurarea uneiș ț cinematici corecte a ro ii spate i costurile de fabrica ie ale solu iei alese. Dacă se iau caț ș ț ț exemplu constructorii europeni de autoturisme, se remarcă tipizarea solu iilor de pun i spateț ț folosite în gama de fabrica ie a acestui constructor.ț

Firma Renault folose te pentru toată gama sa actuală (Twingo, Clio, Megane, Laguna,ș Espace) puntea spate semi-independentă cu traversă torsionată ca i firmele germane VW-șAudi, Opel i Ford. ș

Concernul PSA utilizează pe toată gama sa de fabrica ie (Peugeot i Citroen) pun i spateț ș ț cu bra longitudinal unificate, ca i marele constructor italian Fiat.ț ș

Constructorii din Europa centrală si de est (Skoda, Lada, ZAZ, Dacia) utilizează pentru noile modele puntea spate semi-indepentă cu traversă torsionată.

În vederea optimizării din punct de vedere cinematic i dinamic a unei pun i spate esteș ț necesară crearea unor modele matematice de calcul. Utilizarea acestor modele permite optimizarea parametrilor cinematici ai pun ii atât la deplasare în linie dreaptă cât i în viraj,ț ș deci studierea stabilită ii i maniabilită ii automobilului. Analiza cinematică completă trebuieț ș ț să cuprindă stabilirea valorilor nominale ale unghiurilor de stbilizare, toleran ele de execu ieț ț ale unghiurilor, difere ele stânga – dreapta ale valorilor nominale, varia ia unghiurilor deț ț stabilizare pe întregul domeniu de dezbatere al ro ii.ț