TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

(1)

1

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Fakulta strojní Katedra částí a mechanismů strojů

Obor:

Inovační Inženýrství

Zaměření:

Inovace výrobků

INOVACE AKCELERAČNÍHO MODULU AUTOMOBILU

Bc. Josef HYKL

Vedoucí diplomové práce:

Ing. Rudolf MARTONKA, Ph.D.

Konzultant diplomové práce:

Zdeněk VOJÁČEK

Počet stran: 68 Počet příloh: 12 Počet obrázků: 56 Počet diagramů: 2 Počet grafů: 3 Počet schémat: 10 Počet tabulek: 14 Počet modelů: 1+18

V Liberci dne 21. 05. 2014

(2)

2

Diplomová práce:

Téma: Inovace akceleračního modulu automobilu

Anotace:

Diplomová práce poskytuje přehled stávajícího stavu techniky v oblasti elektronického plynového pedálu. Analyzuje chování a vlastnosti akceleračních modulů. Konstrukčně je zde zpracováno navržené řešení elektronického plynového pedálu s integrovaným bezkontaktním snímačem polohy. Konstrukční díly systému jsou zde pevnostně analyzovány pomocí metody konečných prvků - MKP. Tato práce využívá mnoha systémových metod pro potřeby inovačního inženýrství.

Theme: Innovation of the accelerator module of a car

Annotation:

This diploma thesis provides an overview of existing techniques in the area of electronic accelerator pedal modules. It analyses behaviour and characteristics of accelerator modules. The suggested construction solution of an electronic accelerator pedal module with integrated non-contact sensor of position is shown in the text. Construction system parts are being analysed using the finite element method - FEM. This diploma thesis uses a variety of system methods for innovative engineering.

Desetinné třídění:

621.347

Klíčová slova:

AKCELERACE, ANALÝZA, DESIGN; DFX; FEM; FMEA;

HYSTEREZE; INOVACE; MAGNETISMUS; MODUL; PATENT; QFD; REŠERŠE;

SENZOR; SYSTÉM; TŘENÍ

Zpracovatel:

TU v Liberci, Fakulta strojní, Katedra částí a mechanismů strojů Dokončeno: 21. 05. 2014

(3)

3

Prohlášení

Byl jsem seznámen s tím, že na moji diplomovou práci se plně vztahuje zákon

č. 121/2000 o právu autorském, zejména § 60 (školní dílo) a § 35 (o nevýdělečném užití díla k vnitřní potřebě školy).

Beru na vědomí, že TUL má právo na uzavření licenční smlouvy o užití mé práce a prohlašuji, že souhlasím s případným užitím mé práce (prodej, zapůjčení apod.).

Jsem si vědom toho, že užít své diplomové práce či poskytnout licenci k jejímu využití mohu jen se souhlasem TUL, která má právo ode mne požadovat přiměřený příspěvek na úhradu nákladů, vynaložených univerzitou na vytvoření díla (až do jejich skutečné výše).

Podpis: v.r. Bc. Josef HYKL

(4)

4

Místopřísežné prohlášení

Místopřísežně prohlašuji, že jsem diplomovou práci vypracoval samostatně s použitím uvedené literatury pod vedením vedoucího diplomové práce.

Podpis: v.r. Bc. Josef HYKL

(5)

5

Poděkování

Na tomto místě bych rád poděkoval panu Ing. Rudolfu Martonkovi, Ph.D. za vedení diplomové práce a cenné připomínky při jejím vzniku a všem ostatním za poskytnuté konzultační hodiny.

Děkuji rodině za příkladnou podporu a trpělivost.

(6)

6

OBSAH

1. Úvod ... 9

2. Hlavní cíle bakalářské práce ... 9

3. Studie stávajícího stavu techniky ... 10

3.1 Obecná charakteristika ... 10

3.1.1 Akcelerace ... 10

3.1.2 Akcelerační modul ... 12

3.2 Patenty a rešerše ... 14

3.2.1 Akcelerační modul Robert Bosch GmbH... 16

3.2.2 Akcelerační modul CTS Corporation ... 18

3.2.3 Akcelerační modul Hella KG Hueck ... 19

3.2.4 Akcelerační modul Teleflex Incorp. ... 20

4. Plánování inovace výrobku... 22

4.1 Inovační příležitosti ... 22

4.2 Alokace zdrojů ... 22

4.3 Harmonogram činností ... 23

4.4 Inovační prohlášení ... 24

5. Tvorba konceptu a výběr varianty ... 24

5.1 Identifikace zákaznických požadavků ... 25

5.2 Metoda QFD ... 28

5.3 Varianty... 29

5.3.1 Specifikace konstrukčních variant ... 30

5.3.2 Výběr konstrukčního celku ... 34

6. Konstrukční zpracování navrženého řešení ... 38

6.1 Architektura výrobku ... 38

6.2 Reverse engineering ... 39

6.3 9-obrazový pohled ... 40

6.4 Vektor inovačních možností ... 40

6.5 TRIZ (tvorba a řešení inovačních zadání) ... 41

6.6 Metody DFX ... 46

6.7 Detailní konstruování ... 53

7. Přezkoumání konstrukčního návrhu ... 56

7.1 FMEA-K ... 56

7.2 FEM Analýza ... 56

7.3 Výpočet a ověření tlačné pružiny ... 61

7.4 Rozbor vlastností výrobku ... 63

7.5 Komplexita ... 64

7.6 Ekonomické zhodnocení ... 65

8. Závěr ... 66

(7)

7

SEZNAM POUŽITÝCH ZNAČEK A SYMBOLŮ

A [%] tažnost

a [m/s²] akcelerace [°] ovládací úhel

min [°] úkosy stěn

E [MPa] Youngův modul pružnosti v tahu

f [1] součinitel tření

F1 [N] třecí vratná síla

F2 [N] vratná pedálová síla (ovládací síla pedálu)

F3 [N] vratná síla

FN [N] normálová síla

FPR [N] síla vratného odpružení

FR [N] reakční síla

[%] úhel zkroucení k [N/m] tuhost pružiny

l [m] deformace pružiny

L1 [mm] rameno působiště síly vratného odpružení L2 [mm] rameno působiště ovládací síly pedálu M1 [Nm] třecí kroutící moment

M2 [Nm] ovládací moment

M3 [Nm] vratný moment

PA polyamid

PET polyethylen

POM polyoxymethylen

PP polypropylen

RČ [mm] poloměr čepu

t [mm] tloušťka stěn

(8)

8

POUŽITÉ ZKRATKY

cca cirka

char. charakteristika

č. číslo

kap. kapitola kt. který/á/é max. maximální mat. materiál mech. mechanické min. minimální obr. obrázek pod. podobně pozn. poznámka resp. respektive sign. signál souč. součinitel str. strana tab. tabulka

tj. to je

tzv. takzvaný

ÚPV úřad patentového vlastnictví

v. vizte

zákl. základní

(9)

9

1. ÚVOD

Pariter ad Innovatio.

Těmito latinskými slovy by se dala shrnout činnost inovačních inženýrů. Znamenají totiž: „Společně k inovaci.“

Ano, vzhledem k poměrům na šachovnici techniky 21. století, není téměř možné, aby zvítězil osamocený jedinec. Je proto kladen velký důraz na týmovou spolupráci, která je dnes s výhodou preferována při řešení úkolů. Nicméně, základními stavebními kameny jsou jednotliví lidé. Naše alma mater TUL nám, studentům, poskytuje vynikající zázemí na světové úrovni. Za ta léta jsme měli možnost připravovat se na tvrdý život konkurenčního prostředí. Finálním produktem našeho úsilí je diplomová práce. Každý student se v ní snaží prokázat své získané vědomosti a dovednosti na co možná nejlepší úrovni. Pojďme se tedy nyní blíže podívat, jak se nám tato činnost daří.

2. HLAVNÍ CÍLE DIPLOMOVÉ PRÁCE

Studie stávajícího stavu techniky v oblasti akceleračních modulů Navržení a konstrukce vhodného akceleračního modulu

Modeling inovované koncepce modulu Pevnostní analýza vybrané části systému Výkresová dokumentace vybraných dílů

(10)

10

3. STUDIE STÁVAJÍCÍHO STAVU TECHNIKY

3.1 OBECNÁ CHARAKTERISTIKA

Na tomto místě je kladen důraz na teoretickou část problematiky týkající se akcelerace a konkrétní popis oblasti elektronicky řízených akceleračních modulů.

3.1.1 AKCELERACE

Těleso setrvává v klidu nebo přímočarém pohybu o konstantní rychlosti, pokud není nuceno tento stav měnit [Newton].

Zrychlení, nebo-li akcelerace (z latinského slova accelerare), je charakteristika pohybu, která popisuje, jakým způsobem se mění rychlost tělesa (hmotného bodu) v čase. Či-li se jedná o časovou změnu rychlosti mechanického pohybu (obecně jakéhokoli pohybu, např. změna rychlosti chemické reakce a pod.).

značka akcelerace a (z anglického acceleration)

jednotka akcelerace m.s^-2 (nebo také matematickou úpravou ₂ s

m )

Druhy akcelerací (zrychlení):

okamžité

Obr. 1 [databáze autora]

Akcelerace k... křivka; t⁰

... jednotkový vektor ve směru tečny Časový okamžik je nekonečně malý, a proto:

dt t vd dt t

t dv dt v a d

0 0

0) .

. (

 

...(3.1) , kde dv je diferenciálem rychlosti a dt diferenciálem času.

(11)

11 průměrné

Průměrné zrychlení se určuje jako podíl změny rychlosti v za daný časový interval t a tohoto časového intervalu:

t

a v ...(3.2)

normálové a tečné

Při rovinném křivočarém pohybu rozkládáme zrychlení do směru pohybu, tzn. do směru tečny k trajektorii a do kolmého směru (do směru normály procházející středem křivosti trajektorie).

Pro vektor zrychlení platí:

n

t a

a a  

...(3.3) A pro velikost zrychlení:

2

2 ( )

) (a_t a_n

a  

...(3.4)

Příklady zrychlení:

Coriolisovo

dostředivé, odstředivé gravitační

úhlové

(12)

12

3.1.2 AKCELERAČNÍ MODUL

Elektronické ovládání plynu (Drive by wire) zajišťuje přesnější, rychlejší a plynulejší ovládání motoru. Systém přenáší pohyb (pokyn) řidiče na servomotor škrtící klapky (u vznětových motorů) nebo na jednotku vstřikování, resp. zapalování (u motorů zážehových). Optimální množství paliva je řízeno dle možností a skutečného stavu jízdních odporů. Akceleračním modulem vybaveným elektronicky řízeným ovládáním plynu se optimalizuje výkon motoru, šetří se pohonné hmoty, snižují emise a také se korigují mnohé nešetrnosti řidiče (které nemusejí vždy býti vyvozeny jízdním stylem řidiče, ale také například nerovností vozovky, povětrnostními vlivy, a pod.).

Schéma1 [CZ 288810 B6]

Schéma akceleračního modulu

1… modul plynového pedálu; 2… přídržná struktura; 3… pedálová páka; 4… třecí ústrojí;

5… čidlo; 6… spínač; 7… mechanika řazení dolů (kick-down); 8… vratné odpružení; 9…

úložné místo; 10… vratná pojistka; 11... vratná pružina; 12... podvozek; 13… ovládání; 14…

poháněcí motor; 15... doraz plného zatížení; 16… klidový doraz; 17... automatický snímač rychlosti; 18… výkyvný čep; 19… vratná pružina; 20… vratná pružina; 21… deska pedálu;

R... klidová poloha; V... poloha plného zatížení

Na Schéma 1 je znázornění modulu 1 plynového pedálu. Ten zde má přídržnou strukturu 2 (rám), dále pedálovou páku 3, třecí ústrojí 4, čidlo 5, spínač 6, mechaniku řazení dolů 7, vratné odpružení 8 a úložné místo 9.

Šrafováním je zde naznačen podvozek 12, ke kterému je upevněna přídržná struktura (fixována přímo v oblasti nohy řidiče motorového vozidla). Prostřednictvím primitivního tyčoví lze také spojit pedálovou páku 3 se samostatným plynovým pedálem.

Proti přídržné struktuře 2 je v úložném místě 9 výkyvně uložena pedálová páka 3.

(13)

13

Prostřednictvím čárkovaně znázorněného elektrické vedení dodává čidlo informaci o snímané poloze pedálové páky 3 do ovládání 14. Pomocí tohoto vedení také spínač 6 dodává signál o poloze pedálové páky 3 do ovládání 14.

Mechanika 7 řazení dolů zabezpečuje skokový nárůst ovládací síly, kt. je nutné působit na ovládací páku 3. Pro spec. případy použití (dle poháněcího motoru) se mechanika 7 řazení dolů upravuje. V některých případech je spínač 6 a mechanika 7 řazení dolů opatřeny aretačním mechanismem. Takovýmto způsobem je možné ze spínače 6 a mechaniky 7 řazení dolů vytvořit pevný doraz. To umožňuje modulu 1 plynového pedálu dosáhnout větší variability a vyhovět tak specifickým požadavkům.

Pevným dorazem je např. možno nastavit (resp. omezit) polohu V plného zatížení.

Vratná pružina 11 je u čidla 5 upravena tak, aby zabezpečovala sledování každé polohy pedálové páky 3 pohyblivou částí čidla 5. Z důvodu zlepšení bezpečnosti se do systému čidla 5 přidává vratná pojistka 10, jenž má za úkol, při poruše (výpadku) vratné pružiny 11, unášet pohyblivou část čidla 5 společně s pedálovou pákou 3 do bezpečné polohy (min. výkon poháněcího motoru 14).

Ovládání 13 řídí výkon poháněcího motoru 14 na základě vstupních signálů z čidla 5 a spínače 6.

Doraz 15 plného zatížení a klidový doraz 16 je upraven na přídržné struktuře 2. V poloze na klidovém dorazu 16 se pedálová páka 3 ocitá pomocí vratného odpružení 8, ve chvíli, kdy není řidičem ovládána. Jedná se o klidovou polohu R. V případě, že pedálová páka 3 dosedne na doraz 15 plného zatížení, jedná se o polohu V plného zatížení (na obr. znázorněno čerchovanou čarou).

Na základě podkladů - signálů ze snímače 17 pracuje poháněcí motor 14 v různých režimech. Základním stavem je klidová poloha R, nastavena dorazem 16..., (závislé též na klidové poloze R pedálové páky 3, kdy poháněcí motor 14 pracuje s min.

výkonem).

Výkyvný čep 18 je umístěn v úložném místě 9 a je upraven normálově k rovině obr., osa rotace pedálové páky 3 je právě v jeho středu a může být přestavitelná v rozsahu ovládacího úhlu α (obvykle nabývajícího hodnot 0° 30°).

Vratné pružiny 19 a 20 tvoří vratné odpružení 8.

Z důvodu přehlednosti je třecí ústrojí 4 znázorněno symbolicky. Působí zde mezi pedálovou pákou 3 a přídržnou strukturou 2. Třecí ústrojí 4 zajišťuje vznik potřebné třecí hystereze, kt. má vliv na pohyb pedálové páky 3 z klidové polohy R do polohy plného zatížení V a zpět.

(14)

14

3.2 PATENTY A REŠERŠE

Tento prostor je vyhrazen sledování akceleračních modulů používaných v historii, z nichž ale některé dosud patří mezi aktivní trendy, jenž mají své místo na trhu. To jsou zejména ty, kt. k přenosu signálu používají bezdotykových, či-li bezkontaktních systémů.

Rešerše obecně

Výsledkem vyhledávání informací o určité problematice na základě konkrétního požadavku a jejich soupis je tzv. rešerše.

Je to dokument obsahující soupis nebo souhrn informací vybraných podle věcných a formálních hledisek, odpovídajících rešeršnímu dotazu.

Druhy rešerší:

rešerše textu, které subjektivně sepisují nejdůležitější body a myšlenky textu, čímž se vytváří osnova, sloužící k rychlé orientaci a pochopení tématu (u parafrází a citací musíme porovnáním s výchozím textem dbát na zachování významu rešerše)

retrospektivní- jednorázový pohled zpět průběžné- sledování novinek

Rešerše se upravují dle ČSN 01 0198 a jsou cennými informačními prameny, ze kterých plyne mnoho zajímavých a důležitých poznatků, bez kterých by vznik inovací byl daleko obtížnější.

Patenty a legislativa obecně

Patent= zákonná ochrana vynálezu, kt. zaručuje vlastníkovi patentu výhradní právo k průmyslovému využití vynálezu (ČR se řídí udělováním patentů dle zákonu č.

527/1990 a délka patentové ochrany je 20 let)

(15)

15

Patent je součástí duševního vlastnictví, kt. je majetkem nehmotné povahy, jenž je výsledkem procesu lidského myšlení (souhrn námětů, řešení, návodů a originálních myšlenek).

Hodnota duševního vlastnictví je závislá na možnosti následné využitelnosti a schopnosti vyvolat další tvorbu materiálních i nemateriálních produktů.

Z důvodu konkrétních a pozitivních výsledků, zejména pak v zájmu zvyšování potenciálu naší země je třeba duševní vlastnictví chránit. To lze v České republice náležitě a účinně zákonem č. 14/1993 Sb. (opatření na ochranu průmyslového vlastnictví), již zmiňovaným z. č. 527/1990 Sb. (o vynálezech a zlepšovacích návrzích), z. č. 207/2000 Sb. (ochrana průmyslových vzorů), z. č. 478/1992 Sb. (z. o užitných vzorech) a v neposlední řadě zákonem č. 137/1995 Sb. o ochranných známkách.

Členění duševního vlastnictví:

Autorské právo (copyright) Obchodní tajemství

Objev

Ochranná znánka Patent

Průmyslový vzor Užitný vzor Vynález

(16)

16

3.2.1 AKCELERAČNÍ MODUL ROBERT BOSCH GMBH

Robert Bosch GmbH řeší akcelerační modul jako elektronicky řízený plynový pedál závěsného typu (Obr. 2).

Obr. 2 [CZ 288810 B6]

Závěsný typ elektronicky řízeného plynového pedálu

1... modul plynového pedálu; 2... přídržná struktura; 3... pedálová páka; 5... čidlo; 6... spínač;

7... mechanika řazení dolů; 9... úložné místo; 22... výkyvný čep; 28... deska pedálu;

30... úložný čep; 34... úložná pánev; 35... třecí element; 40... úložné zaoblení

Vlastní funkce:

Ve výše zobrazeném provedení je upraven otvor s úložným zaoblením (40) pro uložení úložného čepu (30), spojené pedálovou pákou (3), přímo v přídržné struktuře (2). U tohoto příkladu provedení je úložná pánev (34) vytvarována na přídržné struktuře (2) jako jeden kus. Úložná pánev (34) je jako konstrukční součást zcela integrována do přídržné struktury (2) a lze ji získat společně se zbývající částí přídržné struktury (2) jako součást z plastické hmoty z jedné jediné společné formy pro vstřikování.

Montáž pedálové páky (3) na přídržnou strukturu (2) lze uskutečnit např.

prostřednictvím bočního pružného odehnutí jedné boční stěny, která unáší úložnou pánev (34) a ve které je upraven otvor pro uložení úložného čepu (30), čímž může úložný čep (30) do tohoto otvoru zaskočit.

Je třeba také poukázat na skutečnost, že modul (1) plynového pedálu může být podle požadavků pozměněn také tak, že úložný čep (30) má po celém obvodu shodný průměr.

(17)

17

Silový rozbor

Obr. 3 [CZ 288810 B6]

Silový rozbor akceleračního modulu

1... modul plynového pedálu; 2... přídržná struktura; 3... pedálová páka; 4... třecí ústrojí; 5...

čidlo; 8... vratné odpružení; 9... úložné místo; 18... výkyvný čep; 19... vratná pružina; 20...

vratná pružina; 21... deska pedálu; 22... úložný čep; 23... úložná pánev; 24... úložné zaoblení Působí zde síly na pedálovou páku (3), označeny písmeny F, a kroutící momenty, označeny písmeny M.

Na úložný čep (22) (s velkým poloměrem, označovaným jako úložné zaoblení 24), kt.

je rotačně uložen v úložné pánvi (23), působí vratná třecí síla F1. Pedálová vratná síla F2 je tvořena akční silou řidiče, jenž působí na desku (21) pedálu a přestavuje tak pedálovou páku (3). Vlivem vratného odpružení (8) (sestávající z vratné pružiny 19 a 20) vzniká vratná síla F3 a dále v systému modulu (1) plynového pedálu působí reakční síla F4.

Hysterezi (omezující výkyvný pohyb pedálové páky 3) vytváří třecí kroutící moment M1, směřující proti výkyvnému pohybu a vznikající od působení třecí vratné síly F1.

Ve smyslu pohybu hodinových ručiček je pedálovou vratnou sílou F2 vytvářen ovládací moment M2, jenž působí kolem výkyvného čepu 18. Vratný moment M3 vzniká působením vratné síly F3 vratného odpružení 8 a jeho smysl je proti pohybu hodinových ručiček.

(18)

18

3.2.2 AKCELERAČNÍ MODUL CTS CORPORATION

Americká společnost s patentovou přihláškou vztahující se k pedálovým sestavám do nichž je integrován snímač polohy.

Vlastní funkce a schéma:

Obr. 4 a) zachycuje frontální pohled s částečným řezem pedálovou skříní a snímačem. Na Obr. 4 b) je možno vidět boční částečný řez pedálového modulu s integrovaným senzorem. Akcelerační modul je sestaven z několika částí, kontaktní části (112), páky (114) a nástavce (115). Vratné odpružení (150) je zapřeno právě o tento nástavec (115) a je navinuto okolo bubnu (117). Druhý konec vratného odpružení je fixován o rameno pedálu (160). Součástí pedálové páky (114) je drážka (119) pomocí níž je dána výchozí (klidová) poloha pedálu. Rotace pedálu je určena osou otáčení (130), jenž prochází otočným čepem (120).

Skříň snímače polohy je nehybná. Silová hystereze je aplikována působením třecího kotouče (180), kt. se nachází mezi pedálem a skříní (260) a pružnou podložkou (170). Třecí kotouč (180) a pružná podložka (170) vytvářejí vzájemně třecí sílu. Tím je zajištěn rotační pohyb rotoru (240), kt. se tak pohybuje společně s pedálem. Tento pohyb je realizován drážkovým nebo ozubeným hřídelem. Charakteristiku silové hystereze zásadně ovlivňují vlastnosti pružné podložky (170) a třecího kotouče (180).

a) b)

Obr. 4 [BRANO archiv]

112... kontaktní část; 114... páka; 115... nástavec; 117...buben; 119... drážka; 120... otočný čep; 130... osa otáčení; 160... rameno pedálu; 170... pružná podložka; 180... třecí kotouč;

240... rotor

(19)

19

3.2.3 AKCELERAČNÍ MODUL HELLA KG HUECK

Společnost Hella KG Hueck & Co. provedla výzkum a vývoj v oblasti akceleračních modulů s velkým úspěchem. Do jejich portfolia patří několik systémů z nichž jedno zde důkladně vysvětlíme.

Akcelerační modul společnosti Hella sestává z poměrně malého počtu dílů, což má za následek nepříliš nákladnou výrobu a tím je z konkurenčního hlediska, obrazně řečeno velmi nebezpečný. Modul dosahuje menších rozměrů a není tedy náročný na zástavbu a integraci do vozidla. Z výhodou je zde použito soustavy dvou předepjatých - vratných pružin, které i po prasknutí přemístí pedál do výchozí, či-li klidové polohy. Pružiny jsou uspořádány koaxiálně. Tímto redundantním opatřením se zajišťuje správný chod modulu a zvyšuje se bezpečnost. K vytvoření silové hystereze, vedoucí k pozitivnímu ovládání a zvýšení komfortu, se v tomto případě využívá právě těchto pružin, které vytváří společně s vratným momentem i reakční sílu působící na třecí člen a stěnu skříně. Tuto silovou hysterezi lze ovlivnit charakteristikou třecího elementu a vhodným tvarem třecí plochy a zároveň i silou vratného odpružení. .

Závěsný typ elektronicky řízeného plynového pedálu 1... deska pedálu; 2... skříň; 4… činná tyč;

6… páka; 7... hřídel; 9... vybrání; 9a... vnější plocha; 10... element třecího ústrojí;

10a... klínovitá plocha; 12... třecí plocha

(20)

20

Vlastní funkce a schéma (v. Obr. 5):

Působením desky pedálu (1) přenáší činná tyč (4) pohyb na páku (6) uvnitř skříně (2), zde dochází k rotaci hřídele (7) ve smyslu ručiček hodinových. Tento pohyb snímá bezkontaktní snímač polohy (senzor není vyobrazen) a předává svůj signál řídící jednotce. Vratný pohyb (tzv. zpětný tah) zajišťuje soustava vratného odpružení (11). Systém je definován tak, aby zároveň s účinným kroutícím momentem vyvozovala soustava vratného odpružení (11) reakční sílu na element třecího ústrojí (10) a bylo tak dosaženo pozitivní silové hystereze. Element třecího ústrojí (10) se pohybuje svou vnější klínovitou plochou (10a) a posouvá se tak po šikmé vnější ploše (9a) vybrání (9). Otočným pohybem páky (6) vzniká radiální síla a třecí element (10) je přitlačován na vnitřní plochu skříně (2) vybavenou podložkou s třecí plochou (12). Při zpětném pohybu pedálu do klidové polohy je silová hystereze vyvolána stejným systémem.

3.2.4 AKCELERAČNÍ MODUL TELEFLEX INCORPOR.

Akcelerační modul je realizován elektronicky řízeným plynovým pedálem. Jedná se o závěsný modul, jehož pedálová páka je pomocí výkyvného čepu výkyvně uložena.

Pro zpětný tah je použito vratného odpružení, skládající se z válcově zkrutných pružin. V systému je integrován bezkontaktní snímač polohy zajišťující předání signálu řídící jednotce.

12... deska pedálu; 14… pedálová páka; 16… modulová skříň; 24... zkrutná pružina;

26... rameno; 30... válcový otvor; 32... drážka; 38... palec

(21)

21

Vlastní funkce a schéma (v. obr. 6):

Modul sestává opět z několika málo komponentů. Z pedálové páky (14) s deskou pedálu (12) zakončenou výkyvným ramenem (26) a modulové skříně (16). Výkyvné rameno (26) je zakončeno minimálně jedním palcem (38), kt. je realizován převod síly od pedálové páky (14) na vratné odpružení (24). Toto odpružení (24), jenž je charakterizováno válcovými šroubovitě vinutými zkrutnými pružinami, vyvozuje zpětný tah, či-li vratnou sílu. Pro uchycení a fixaci zkrutných pružin je v modulové skříni (16) přichystán válcový otvor (30). Pozitivní silová hystereze vzniká působením ramene (26) na zkrutnou pružinu. Poloha zkrutné pružiny (24) je vymezena již zmíněným palcem (38) a drážkou (32).

Závěrečné shrnutí

Cílem průzkumu patentových rešerší bylo porozumění mechanickému uspořádání akceleračních modulů, zejména elektronicky řízeným plynovým systémům.

Na základě získaného poznání bude výzkum a vývoj patentově nezávislé modulové konstrukce.

Patentová rešerše byla provedena s důkladnou pečlivostí za přispění oficiální patentové kanceláře pomocí patentových materiálů Úřadu pro patentové vlastnictví v Praze. Z neméně dvaceti položek byly vybrány výše uvedené patentové přihlášky, neboť byly svým obsahem klasifikovány jako nejvhodnější.

Problematika akceleračních modulů a zejména vytváření silové hystereze je velmi komplexní a obsáhlá, nicméně, i za těchto předpokladů je možno nalézt odpovídající nové funkční řešení.

(22)

22

4. PLÁNOVÁNÍ INOVACE VÝROBKU

Základem každého inovačního cyklu je dobře rozvržený sled činností. Inovace lze systematicky plánovat a řídit. Pro zrychlení a zefektivnění této fáze s výhodou využíváme metodické postupy. Jsou to zejména kvantitativní a kvalitativní marketingové výzkumy.

4.1 INOVAČNÍ PŘÍLEŽITOSTI

Následující seznam je souhrnem inovačních příležitostí v oblasti akceleračního modulu automobilu:

o akcelerační modul má nízkou hmotnost při zachování požadovaných pevnostních vlastností

o celkové rozměry dosahují standardních hodnot

o je možno použít systému jak v osobních tak v nákladních vozidlech o modul lze snadno implementovat do vozidla

o ovládací systém je spolehlivý a bezpečný s vysokou životností o při ovládání je navozován pocit komfortu

o svou konstrukcí částečně koriguje chyby řidiče o téměř bezúdržbový

o uživatel má možnost měnit design bez náročného zásahu do modulu

o viditelná struktura v interiéru vozu je omyvatelná běžnými mycími prostředky o výrobek je ekologický a po ukončení životnosti recyklovatelný

o výstup pro spojení s externí řídící jednotkou je standardizován

o zařízení je napájeno dle normalizovaných kritérií automobilového průmyslu o z logistického hlediska je skladný, dobře balitelný a nenáročný při transportu

4.2 ALOKACE ZDROJŮ

Inovační projekt je třeba již v prvopočátcích svého vzniku dobře nastavit vzhledem k dostupnosti zdrojů pro jednotlivé činnosti. V této fázi je nutno pečlivě naplánovat tyto zdroje, aby bylo možno části inovačního procesu včas a kvalitně realizovat.

(23)

23

Odhadovaný čas lze výhodně navrhovat podle následujícího vzorce:

6

4 _ODHADOVANY _PESIMISTIC_KY

KY OPTIMISTIC REAL

T T

T T ...(4.1)

, kde

TOPTIMISTICKY je čas, kterého je zapotřebí, pokud nedojde k žádnému zdržení TODHADOVANY je doba odhadovaného času (ze zkušeností, daných podmínek, ...) TPESIMISTICKY je čas, který by se spotřeboval v případě komplikací

Tab. 1- Alokace zdrojů [databáze autora]

4.3 HARMONOGRAM ČINNOSTÍ

Zde je chronologicky zaznamenán průběh prací. Využíváme úsečkového grafu (Ganttův diagram).

Diagram 1 [databáze autora]

Harmonogram činností

(24)

24

4.4 INOVAČNÍ PROHLÁŠENÍ

Tabulka je přeformulováním inovačního návrhu s obsahem směrů, které budou ve fázi vývoje produktu sledovány.

Tab. 2- Inovační prohlášení

5. TVORBA KONCEPTU A VÝBĚR VARIANTY

Proces tvorby konceptu je další fází inovačního procesu. Nyní musíme zákazníkovy potřeby a požadavky důsledně rozlišovat, stejně tak jako i charakteristiky výrobku.

Jak by měl vypadat správně navržený proces vytváření konceptu je vidno z následujícího obrázku.

Obr. 7 [7]

Proces vytváření konceptu

(25)

25

5.1 IDENTIFIKACE ZÁKAZNICKÝCH POŽADAVKŮ

Pro správnou identifikaci je důležité zákazníkům naslouchat. Touto metodou je např.

dotazníková metoda. Tu znázorňuje následující obrázek, který nám ukazuje jednu z možných forem dotazníku.

Dotazník pro získání zákaznických potřeb

(26)

26 Dalším krokem je výběr základních formulací.

Tab. 3- Základní formulace

Výběr:

Tab. 4- Výběr konkrétních formulací

(27)

27

Vybrané formulace je třeba interpretovat a určit jim jejich významnost.

Tab. 5- Interpretace + významností

Nejvíce interesantní požadavky:

Graf 1 [databáze autora]

Nejvíce interesantní požadavky

(28)

28

Zákaznické požadavky je nutno logicky roztřídit do jednotlivých podskupin. K tomu nám poslouží tzv. afinní diagram.

Diagram 2 [databáze autora]

Afinní diagram zákaznických potřeb

5.2 METODA QFD

Ve fázi plánování a návrhu výrobku je nutno zahrnout zákaznické požadavky pomocí důkladné analýzy. Touto analýzou se od 70. let minulého století zabývá metoda QFD (Quality Function Deployment). Jedná se o nástroj, který konvertuje zákazníkovi požadavky na opatření a aktivity, které jsou mnohdy využívány napříč celou organizační strukturou.

I zde při řešení akceleračního modulu automobilu jí bylo s úspěchem používáno, jak naznačuje následující obrázek č.9 str.29.

(29)

29

Metoda QFD

5.3 VARIANTY

V této podkapitole jsou znázorněny varianty jednotlivých řešení, v závěru je pak dle kritérií vybrána jedna varianta, která je dále detailně zpracována.

(30)

30

5.3.1 SPECIFIKACE KONSTRUKČNÍCH VARIANT Varianta I

Modul s integrovaným kontaktním snímačem polohy (Obr. 10).

Obr. 10 [2D CAD]

Závěsný typ elektronicky řízeného plynového pedálu 2... přídržná struktura; 3… pedálová páka; 4… třecí ústrojí;

8… vratné odpružení; 9... úložné místo; F... ovládací síla

Zde se jedná o kategorii tzv. závěsných modulů. Tyto závěsné moduly se montují na stěnu vozidla pod volantem, kde mají i svůj osu otáčení. Nároky na zástavbu jsou minimální (kompaktní design), tento předpoklad pozitivně působí v celé koncepci systému. Toto pozitivum se projevuje zejména nízkou hmotností, což dodává akceleračnímu modulu atraktivní sportovní i ekonomický ráz. Nicméně, pedálová páka dosahuje větších rozměrů v poměru se srdcem modulu.

Varianta II

Závěsný modul s bezkontaktním snímačem polohy (Obr. 11).

Obr. 11 [2D CAD]

8… vratné odpružení; 9... úložné místo; F... ovládací síla

Kategorie závěsných modulů. Osa rotace je opět umístěna ve stěně vozidla cca v 1/2 výšky měřené od hladiny podlahy k volantu. Snímání polohy pedálu zajišťuje integrovaný bezkontaktní senzor, pracující na bázi systému HALL.

(31)

31

Varianta III

Závěsný modul s bezkontaktním snímačem polohy (Obr. 12).

Obr. 12 [2D CAD]

8… vratné odpružení; F... ovládací síla

Tato varianta je modifikací předchozích dvou modulů, nicméně, s výhodou využívá příznivého tření v okolí závitu třecího ústrojí 4. Systém je speciální vlastní aplikovatelnou možností nastavení velikosti silové hystereze (šroubový spoj) a tím pozitivně přispívá k zvlášť komfortnímu ovládání pedálové páky 3. Vratná síla je vytvářena vratným odpružením 8, jenž je realizováno dvěma pružinami. Akcelerační modul je fixován pomocí přídržné struktury 2.

Varianta IV

Závěsný akcelerační modul s bezkontaktním snímačem polohy (Obr. 13).

Obr. 13 [2D CAD]

Kategorie závěsných akceleračních modulů. Informace o poloze pedálu je předávána integrovaným bezkontaktním snímačem polohy do elektronické řídící jednotky.

(32)

32

Varianta V

Podlahový akcelerační modul s bezkontaktním snímačem polohy (Obr. 14).

Obr. 14 [2D CAD]

Podlahový akcelerační modul

2... přídržná struktura; 3… pedálová páka; 8… vratné odpružení; F... ovládací síla Varianta patří do kategorie tzv. podlahových akceleračních modulů. Osa rotace je umístěna přímo v hladině podlahy. Nad touto hladinou je umístěno také vratné odpružení, jenž je fixováno modulem k přídržné struktuře.

Tyto akcelerační moduly mohou mít dvojí charakter:

s funkčními prvky ovládanými přímo řidičem

jsou vybaveny přídavnými mechanickými prostředky, kt. pomocí ramen spojují samostatný plynový pedál nebo obslužnou páku s pedálovou pákou modulu

Varianta VI

Podlahový modul s bezkontaktním snímačem polohy (Obr. 15).

Obr. 15 [2D CAD]

Podlahový akcelerační modul

2... přídržná struktura; 3… pedálová páka; 8… vratné odpružení; F... ovládací síla Varianta je z koncepce podlahových akceleračních modulů. Osa rotace je umístěna přímo v hladině podlahy. Vratné odpružení 8 integrováno pod úrovní podlahy. To utváří modul kompaktnějším. Hlavní úsporu zde využíváme ke snížení hmotnosti a tím se tak kladně přispívá k enviromentálním zásadám konstrukce.

(33)

33

Varianta VII

Pístový akcelerační modul s integrovaným kontaktním snímačem polohy.

Obr. 16 [2D CAD]

Pístový akcelerační modul 3… pedálový píst; 4… třecí ústrojí;

Varianta řešení akceleračního modulu. Pedálová páka je nahrazena pedálovým pístem. Aby bylo možno zajistit kontakt s obuví nebo chodidlem, je tento píst ergonomicky tvarován a jeho umístění musí být vhodně zvoleno. Nejpříhodnější fixace modulu se ukazuje v cca 1/5 výšky na kolmé spojnici hladiny podlahy a volantu.

Příznivé tření vzniká třením pístu a kladně ovlivňuje silovou hysterezi.

Varianta VIII

Pístový akcelerační modul s bezkontaktním snímačem polohy (Obr. 17).

Obr. 17 [2D CAD]

Pístový akcelerační modul 3… pedálový píst; 4… třecí ústrojí;

Pístová varianta řešení akceleračního modulu. Ovládacím prvkem jest pedálový píst.

Vratný pohyb je realizován vratným odpružením 8, kt. sestává ze soustavy magnetů.

Tyto magnety jsou vzájemně koordinovány tak, aby se navzájem odpuzovaly.

Současně je využito pohybujícího se magnetu pro zachycení signálu o poloze pedálového pístu.

(34)

34

Varianta IX

Boční akcelerační modul s bezkontaktním snímačem polohy (Obr. 18).

Obr. 18 [2D CAD]

Boční akcelerační modul

2... přídržná struktura; 3… pedálová posuvná páka; 4… třecí ústrojí;

8… vratné odpružení; F... ovládací síla; FP... fóliový potenciometr

Pístová Revoluční řešení akceleračního modulu. Tento systém je ovládaný boční silou F a do klidové polohy je přestavován pomoví systému vratného odpružení 8, jenž je fixováno v přídržné struktuře 2. Vhodným navržením posuvného třecího ústrojí se dosahuje pozitivního účinku pro vyvození silové hystereze.

Signál o poloze posuvné pedálové páky je přenášen pomocí lineárního fóliového potenciometru.

.

5.3.2 VÝBĚR KONSTRUKČNÍHO CELKU

Na tomto místě je nutné vybrat příslušnou variantu a rozhodnout tak, který systém bude dále rozvinut v konstrukční celek.

Nabízí se zde metoda výběru dle důležitosti kritérií z co možná nejširšího spektra.

Systém výběru

Každé kritérium má svoji váhu. Této váze je přiřazeno, tzv. hmotnostní číslo "w".

Samotné kritérium je hodnoceno body "c". A to stupněm 1 (akceptovatelný), 2 (průměrný) nebo 3 (bezvadný).

Výsledný výpočet je aplikací vzorce pro výpočet váženého průměru (rovnice 5.1):

i i i

m c E m.

...(5.1)

(35)

35

Výběr

Hodnoty pro výběr konkrétní varianty řešení, která bude dále zpracována, datuje následující tabulka (v. Tab. 6).

Tab. 6- Výběrové hodnoty

KRITÉRIUM VARIANTY

I II III IV V VI VII VIII IX w

BALENÍ 2 2 2 2 2 2 3 3 2 1

BEZPEČNOST 8 8 8 8 8 8 8 12 8 4

CENA 8 8 8 8 8 8 8 4 4 4

COME IN FUTURE 6 6 9 6 6 6 6 9 9 3

DEMONTÁŽ 4 4 4 4 4 4 6 6 4 2

HLUČNOST 6 6 6 6 6 6 6 9 6 3

HMOTNOST 8 8 8 8 8 8 8 4 8 4

INOVACE 4 8 12 12 8 8 12 12 12 4

JEDNODUCHOST 3 6 6 6 6 6 6 9 6 3

KOMFORT/HYSTEREZE 8 8 12 8 8 8 8 8 12 4

MONTÁŽ 4 4 4 4 4 4 6 6 4 2

ROZMĚRY/ZÁSTAVBA 4 4 4 4 4 4 6 6 2 2

STANDARDIZACE 4 4 4 4 4 4 2 2 2 2

TĚSNOST 6 6 9 6 6 6 3 3 3 3

VYROBITELNOST 12 8 8 8 8 8 12 4 4 4

VARIANTY 87 90 104 94 90 90 100 97 86

E (VÁŽENÝ PRŮMĚR) 1,93 2 2,31 2,09 2 2 2,22 2,16 1,91

Kritéria vlastního výběru:

Balení= 2 b.

Toto kritérium nepatří mezi nejvýznamnější vzhledem k vlastní konstrukci akceleračního modulu, nicméně, zcela jistě úzce souvisí s logistikou, na kterou se v každém ohledu musí brát zřetel.

Bezpečnost= 2 b.

Riziko poruchy je zde minimální a v praxi by nemělo k poruše docházet vůbec, systém je navržen s bezpečnostní pružinou vkládanou koaxiálně, která v případě porušení "hlavní" pružiny má za úkol plnit její funkci a dopravit pedál do výchozí, či-li klidové polohy.

Cena= 2 b.

Navržená varianta modulu bude z hlediska ceny průměrná, což znamená její finanční zákazníkovu dostupnost.

Come in future= 3 b.

Toto kritérium je myšleno z hlediska výhledu do budoucnosti. Zahrnuje jistou dávku inovace i nového pohledu na řešení problematiky akcelerace.

(36)

36 Demontáž= 2b.

Jedná se o kritérium, které v sobě zahrnuje např. možnosti servisních oprav. Při vzniklé nefunkčnosti systému se však ve většině případů akcelerační moduly vyměňují jako celky.

Hlučnost= 2 b.

Lze říci, že hlučnost je důležitá vzhledem ke komfortu ovládání. Měří se v dB. Při provozu akceleračních modulů nejsou přípustné žádné zvukově rušivé elementy.

Hmotnost= 2 b.

V automobilovém průmyslu je hmotnost jako jedna z nejdůležitějších charakteristik.

Zejména to platí u sportovních tříd vozidel, kde každé snížení celkové hmotnosti automobilových součástí a celků znamená prioritu při výběru dodavatele komponent.

Hmotnost je také důležitá z environmentálního hlediska, neboť jejím snižováním se zásadním způsobem snižují emise (CO2).

Modul je v této kategorii srovnatelný s ostatními variantami. Nedá se říci, že by nějak tato varianta excelovala, nicméně, na žádný modul také nic neztrácí.

Inovace= 3 b.

Plný počet bodů za inovaci. Ano, tato varianta přináší nový prostor pro akcelerační moduly. Využití pro prodejní síť fyzických celků, ale také naděje duševního vlastnictví a z toho plynoucích výhod.

Jednoduchost= 2b.

V tomto případě se jedná o středně složité zařízení. K celkovému zjednodušení však výraznou formou přispívá bezkontaktní přenos signálu zaznamenávaný v pohybovém senzoru.

Komfort/hystereze= 3 b.

Max. počet bodů pro z pohledu komfortu. Je zde existence předpokladu dosáhnutí příjemného a zároveň funkčního ovládání akcelerace. Zároveň je tato varianta vzhledem k pozitivní hysterezi nastavitelná (pomocí šroubového spoje).

Montáž= 2 b.

Vybrané montážní kritérium velmi úzce souvisí s integrování jednotlivých částí vlastního akceleračního systému, nicméně, je v něm zahrnuta i konečná integrace do silničního vozidla. Např. kotevní šrouby sloužící k finální fixaci musí být zpřístupněny tak, aby nedocházelo k zbytečným montážním prodlevám a šetřil se celkový montážní čas.

(37)

37 Rozměry/zástavba= 2b.

Hledisko, které je důležité zejména z pohledu implementace do mnohdy velmi omezeného zástavbového prostoru automobilu. Platí ta zásada, že je lépe obsazovat menší objem, či-li minimalizovat rozměry akceleračních modulů.

Standardizace= 2b.

V navrhovaném akceleračním modulu jsou použity mnohdy standardizované díly, jako jsou např. spojovací součásti, elektronika pro přenos signálu o poloze a v neposlední v řadě pružiny, pomocí nichž je realizován vratný pohyb. Toto kritérium má velký vliv na cenu modulu a tím i na dostupnost a žádanost na trhu.

Těsnost= 2b.

Důležitá vlastnost z hlediska provozuschopnosti. Centrum akceleračních modulů musí být uchráněno prosti vnikání nečistot a vlhkosti. Obojí má velký vliv na bezpečnost a funkci zařízení.

Vyrobitelnost= 2 b.

Varianta je co do nákladů i z hlediska vyrobitelnosti na středním místě.

Nepředpokládá se zde náročná a obtížná vyrobitelnost dílů a konstrukčních uzlů.

Nejdůležitější kritéria, či-li kritéria s nejvyšší váhou:

Bezpečnost (pozn.: jedná se o bezpečnost provozu, např. o zajištění vratného pohybu)

Cena (pozn.: dnes jedno z nejsledovanějších kritérií v praxi pro konkurenceschopnost)

Hmotnost (pozn.: velmi důležitý znak, zejména pak u sportovních druhů vozidel)

Inovace (pozn.: kladen velký důraz z důvodu udržitelného know-how a prodejnosti celku i využití duševního vlastnictví)

Komfort/hystereze (pozn.: eliminace chyb při dodávání paliva vzniklých např.

nerovností terénu; zajištění dobrého pocitu z jízdy a zvýšení kupní síly)

Vyrobitelnost (pozn.: velmi silný faktor, z kterého se odvíjí realizovatelnost projektu a v neposlední řadě náklady)

Další kritéria nesou pak váhu nižší, některé z nich jsou méně podstatné, jiné jsou pro výběr podstatnější, nicméně, nejdůležitějšími faktory jsou však již výše zmíněné.

 na základě výběrové analýzy (pomocí hodnotících kritérií, jejich důležitosti a váženého průměru) byla k dalšímu zkoumání a vývoji vybrána: VARIANTA III

(38)

38

6. KONSTRUKČNÍ ZPRACOVÁNÍ NAVRŽENÉHO ŘEŠENÍ

Tato kapitola se zabývá detailním zpracováním návrhu a jeho konstrukcí. Používá se hned několika metod přispívajících ke konstruování na systémové úrovni.

6.1 ARCHITEKTURA VÝROBKU

Zde je použito definování výrobku tím, že se jednotlivým konstrukčním blokům přiřadí funkce a vazby mezi nimi. Vytvoří se tak smysluplná architektura inovovaného produktu. Charakteristika jednotlivých částí a jejich propojení lze snadno rozpoznat na následujícím obrázku.

Charakteristika propojení částí

Takto vyspecifikované skupiny se spojí závislými vazbami, tak jak je vidět na obrázku níže.

Schéma 2 [databáze autora]

Charakteristika propojení částí

(39)

39

Pro finální tvorbu architektury výrobku je také nezbytné vypracovat schéma modulu s primárními interakcemi, jak naznačuje toto schéma:

Schéma modulu s primárními interakcemi

6.2 REVERSE ENGINEERING

Reverzní inženýrství je proces jehož cílem je studie fungování zkoumaného předmětu. Vlastní podstatou je získání vzorků a tyto pak převést např. do elektronické podoby 3D CAD modelu. Využívá se zde mnoha metod, z nichž dnes nejpřednější je 3D scanování objektů. Úspěchu lze také dosáhnout metodami více konzervativními. To jest kupříkladu nákup určitého celku a jeho proměření klasickými dílenskými měřidly a postupné sestavování modelů či výkresové dokumentace.

Podstatnou částí je také analýza materiálů použitých při konstrukci daného konstrukčního celku. U metod reverzního inženýringu je třeba dbát na právní systém dané země, aby nedocházelo k průmyslovým špionážím nebo k porušování práv duševního vlastnictví.

Při zpracovávání řešení tohoto akceleračního modulu bylo získáno mnoho podkladů.

Reverse engineering

(40)

40

6.3 9-OBRAZOVÝ POHLED

Ke správnému zpracování konstrukčního celku patří široký rozhled v technickém spektru akceleračních modulů. Je ale také nutné povědomí, co všechno se vyskytuje v okolí používaného modulu a co je jho součástí. A to jak z hlediska současného, tak z historického i času budoucího. Komplexně se touto problematikou zabývá metoda 9-obrazového pohledu.

9-obrazový pohled

6.4 VEKTOR INOVAČNÍCH MOŽNOSTÍ

Tato metoda zachycuje inovační směry a cesty, po kterých je možno se v budoucnu vydat. Je to nástroj, jenž pomáhá konstruktérovi s jeho rozhledem, aby se neopomněla žádná z možností, které by bylo možno využít k vytvoření smysluplného celku.

Vektor inovačních možností

(41)

41

6.5 TRIZ (TVORBA A ŘEŠENÍ INOVAČNÍCH ZADÁNÍ)

Jedná se pokročilou metodu systematické kreativity pomáhající při tvorbě a řešení inovačních zadání. Tato metoda vznikla studiem patentů a úspěšných postupů řešení, které byly zobecňovány. Silná invenční řešení jsou dosahována malým počtem objektivně používaných řešitelských postupů. Poznání těchto postupů zdokonaluje techniku v praxi i efektivitu studia techniky samotné. Při řešení inovace akceleračního modulu bylo nástrojů této metody použito a to zejména u problematiky zmenšení počtu dílů sestavy.

Nejprve je potřeba seznámit se s konstrukčním celkem, k tomu poslouží rozpad sestavy se seznamem jednotlivých dílů.

Rozpad celku původní sestavy se seznamem dílů

Dále je nutno vypracovat model komponent vyplývající z původní sestavy elektronického pedálu s integrovaným snímačem polohy. Zahrnujeme zde části (prvky) systému v jejich hierarchickém uspořádání- podsystém, systém a nadsystém.

Jednotlivé prvky komponent mají své vlastní grafické vyjádření.

Model komponent

(42)

42

Po té přejdeme k modelu struktury, kdy jednotlivé díly logicky propojíme.

Vyjasňujeme zde vzájemné působení a vazby mezi komponenty.

Model struktury

Tato propojení můžeme shrnout do následující tabulky.

Tab. 7- Tabulka vazeb

(43)

43

Dalším krokem je zachycení chování systému pomocí vykonávaných funkcí. Vazby a působení systému se v rámci modelu struktury převedou na funkce. Přehledně pak vidíme, jak jeden prvek systému působí na druhý. Pomáhají nám v tom orientované vazby se šipkami. Tento tzv. model funkcí je znázorněn na obrázku níže.

Model funkcí před zjednodušením a eliminací technického rozporu

Postup používání metody TRIZ nám nyní dovolí použít jednoho z nástrojů, kterému je označován názvem trimming. Jedná se o zjednodušování struktury technického systému. Prvek je možno z technického systému (dále jen TS) odstranit a tím zjednodušit celkovou sestavu pokud:

o neexistuje objekt odstraňovaného prvku

o funkci odstraňovaného prvku plní sám objekt funkce vůči sobě

o funkci odstraňovaného prvku plní zbývající prvky TS nebo nadsystému

Podmínky trimmingu/svinování/zjednodušování TS

V případě tohoto řešení zadání však bylo použito ještě dalšího nástroje. Ten se zabývá eliminací technických rozporů. Vychází z tabulky materiálních objektů,jenž je třeba nejčastěji změnit při zdokonalování objektů.

(44)

44

Tyto parametry vznikly z velmi rozsáhlé analýzy velkého množství patentů provedených G. S. Altšullerem. Jsou provázány se 40 invenčními (heuristickými) principy překonávání technických rozporu. Principy představují ideje nebo koncepty, které můžeme aplikovat na řešení dané situace. Používají se buď individuálně nebo v rámci systému vyhledávání ukazatelů (parametrů) pro výběr principu. Schéma této aktivity je uvedeno zde:

Propojení technických parametrů s invenčními principy překonání technických rozporů

(45)

45

Pro komplexní shrnutí uvedeme ještě následující schéma činností.

Schéma provedených činností metody TRIZ

A závěrem této metody je finální podoba uvažovaného celku.

Model funkcí po zjednodušení a eliminaci technického rozporu

(46)

46

6.6 METODY DFX

Jednou z významných možností, jak včas kladně ovlivnit náklady, je využití metod Design for X. Schéma naznačuje posloupnost činností od konceptu výrobku až po jeho výrobu.

Schéma 8 [7]

Schéma činností DFX

Pro úplnost jsou uvedeny následující vybrané metody, které byly použity při zpracování této práce.

DFMA – Design For Manufacture and Assembly (Boothroyd-Dewhurst)

Komplexní metodologie vycházející z prací G.Boothroyda a P. Dewhursta z University of Massachusetts, zaměřených na technologičnost jednotlivých strojírenských technologií. Pro vyhodnocení efektivity montáže se používá následujícího vzorce.

CMN NM E_m 3s.( )

...(6.1) , kde NM je teoreticky nejmenší počet dílů

a CMN je celkový čas montáže návrhu

(47)

47

Tabulka naznačuje zlepšení nového návrhu o proti původnímu.

Tab. 8- Analýza výrobku pomocí metody DFMA [7]

DFA Lucas

Tuto metodu vyvinula společnost Lucas Corporation a University of Hull. Je založena na využití stupnic pro různé hodnocení aspektů složitosti montáže. Postupně provádíme tři dílčí analýzy:

o funkční analýzu

o analýzu manipulace se součástmi

o analýzu, jenž bere v úvahu způsoby vkládání součástí

Výpočet indexu efektivnosti konstrukce:

% 100 B. A

E_K A ...(6.2) , kde A je počet dílů zajišťující vykonání funkce

a B jsou součásti, jejichž účel není kritický pro funkci výrobku

Pohleďme nyní na výsledky provedení analýzy konstrukčního řešení podle metodiky Lucas s pomocí diagramů ASF, Assembly Flowchart.

(48)

48

Analýza DFA pomocí metody Lucas (původní řešení)

Analýza DFA pomocí metody Lucas (inovované řešení)

Jak vidno došlo ke zvýšení efektivnosti návrhu a snížení montážního času (v tomto případě o 17%).

(49)

49

DFA Obecně

V této části se zaměříme na obecné zásady pro konstrukci dílů vzhledem k jejich následné montáži.

Zástřiky= zkrácení montážních časů

Spojení plastových dílů s kovovými lze provést pomocí zastříknutí kovového prvku přímo do plastu.

.

Zástřik Kroužku do plastové pedálové páky

Polohovací žebra= přesné a stabilní uložení

S úspěchem bylo využito polohovacího žebrování, která má, mimo jiné, pozitivní vliv na stabilitu čepu třecího ústrojí.

Polohovací žebrování

Klipy= rychlá montáž

Možností, jak spojovat prvky systému, je použití zácvaků, tzv. klipů s náběžnou hranou, pro rychlejší spojení.

Spojení sensoru s bočním krytem

(50)

50

Využití tvarovatelnosti plastů= snadná montáž

Tvarové vybrání zajišťuje, že vratné odpružení bude včas na svém místě.

Vybrání pro umístění vratného odpružení

Použití ocelových prvků= jistota bezpečného ukotvení

Pro montáž do vozidla byly použita ocelová pouzdra, která zabezpečují přídržnou strukturu a brání otlačení otvorů.

Vložení ocelových pouzder

Standardizace koncovky= záruka spojení s řídící jednotkou

Při finální montáži do vozidla pomáhá standardizovaný tvar koncovky, kvalitnímu spojení pro přenos informace do externí řídící jednotky.

Standardizace koncovky

(51)

51

DFM

Další z řady metod DFX je metoda, zabývající se výrobou jednotlivých dílů.

Jednotná tloušťka stěn= rovnoměrné rozmístění plastu

V případě, že jsou tloušťky stěn jednotné, dochází k rovnoměrnému „zatékávání“

plastu ve formě. Zkracuje se tím, také doba chlazení.

Jednotná tloušťka stěn

Úkosy= dobré vyjmutí z formy

Minimální úkosy min 0,5° až 1° zaručují kvalitní vyjmutí z formy. Zde také záleží na tvaru žeber nebo stěn.

Úkosy na stěnách plastových dílů

Volnější tolerance= levnější výroba

Pokud to situace umožňuje, je výhodné pracovat s volnějšími rozměry (tolerancemi).

Snižují se tak náklady na výrobu. Např. u již zmiňovaných pouzder není nutno dodržovat příliš přesné tolerance tvaru nebo polohy. Tento fakt působí velmi pozitivně na cenu dílu.

Pouzdro

(52)

52

DFD

Hlediska + principy:

o snadno oddělit díly bez jejich zničení, které lze repasovat, opravit a nebo dále použít

o snadno díly vyčistit bez negativního vlivu čistidla na životní prostředí o snadná repase doplněním opotřebeného materiálu

o snadné testování repasovaných dílů

o snadná zpětná montáž repasovaných dílů do sestavy o používat v konstrukci díly, které lze snadno recyklovat

o konstruovat tak, aby bylo možné třídění kovů do skupin zvyšující cenu odpadu

o snadno oddělit díly z plastických hmot, které je možno renovovat nebo recyklovat

o díly vyrobené z nebezpečných materiálů pro životní prostředí musí být snadno oddělitelné a reprodukovatelné

Šrouby s křížovou drážkou= rychlejší demontáž

Použití šroubů s křížovou drážkou působí příznivě na dobu demontáže a přispívá k rychlejší rozebiratelnosti sestavy.

Šroub s křížovou drážkou

Demontovatelné klipy= snadná demontáž

Ke zjednodušení demontáže přispívají rozebiratelné zácvaky, resp. k tomuto účelu sloužící otvory. Po vtlačení cizího tělesa dojde k uvolnění spojů.

Demontovatelné klipy

(53)

53

6.7 DETAILNÍ KONSTRUOVÁNÍ

Tato část diplomové práce popisuje nejzajímavější prvky daných konstrukčních uzlů.

Těsnění a labyrinty= záruka čistého pracovního prostředí

Použití těsnění zabraňuje vstupu nečistot a tím zvyšuje spolehlivost celého modulu.

Těsnění

S výhodou bylo použito vhodné umístění labyrintů a štěrbin pro ochranu funkce.

Zejména pak mezi pedálem a přídržnou strukturou, kde v minulosti mohlo docházet ke vstupu cizích těles nebo nečistot.

Štěrbina

Fixace čepu třecího ústrojí= vhodné hysterezní vlastnosti

Výběrem vhodné varianty zafixování čepu třecího ústrojí, došlo k zabezpečení polohy a zlepšení funkce z hlediska vytvoření vhodného tření.

Oboustranná fixace čepu třecího ústrojí

(54)

54

Vhodné kotvení= bezpečnost

Po prostudování problematiky uchycení akceleračních modulů do vozidla, bylo preferováno uložení na třech místech, což je z hlediska bezpečnosti a optimalizace soustavy možné a došlo tím i ke snížení počtu potřebných dílů.

Ukotvení do vozidla

Žebrování= zpevnění a odlehčení konstrukce

Plastové díly jsou, z důvodu zpevnění a stability, vybaveny žebrováním.

Žebrování

Poka-yoke= přesné vychystávání magnetu

Byl vytvořen poka-yoke systém, který napomáhá orientaci diametrálního magnetu a následnému zalisování do fixačního a ochranného kroužku.

Poka-yoke pro vychystávání magnetu

(55)

55

Silová hystereze= komfortnější ovládání

Dalším z požadavků zákazníků je komfortní a přesné ovládání, eliminující případné chyby řidiče nebo např. nerovnosti vozovky.

K tomuto účelu bylo vytvořeno několik prototypů a provedena řada zkoušek, testů a měření, z kterých vyplynuly vlastnosti daných materiálů a zejména pak konstrukční uzpůsobení. V tomto případě bylo nutno velmi důsledně dbát patentových ochran.

Prototypy pro výzkum tření

Výsledkem bylo zjištění přítomnosti příznivého tření, což dokazuje následující graf.

Graf 2 [BRANO archiv]

Průběh hysterezní křivky