Technická univerzita v Liberci Fakulta strojní
Diplomová práce
Inovace závěsu zadních dveří automobilu
2013 Bc. Petr Kulhavý
Technická univerzita v Liberci Fakulta strojní
Studijní program: N2301 – Strojní inženýrství
Obor: Inovační inženýrství Zaměření: Inovace výrobků Katedra částí a mechanismů strojů
Inovace závěsu zadních dveří automobilu
Jméno autora: Bc. Petr Kulhavý
Vedoucí diplomové práce: Ing. Jan Petřík, Ph.D., TU v Liberci
Konzultant diplomové práce: Ing. Radek Bulíček , SWELL, spol. s r.o., Hořice
Počet stran: 72 Počet příloh: 12 Počet obrázků: 56 Počet tabulek: 6
V Liberci 2013
TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta strojní
______________________________________________________________
Katedra částí a mechanismů strojů Studijní rok: 2012/2013
ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE
Jméno a příjmení Bc. Petr Kulhavý
Studijní program: N2301 – Strojní inženýrství Obor 3909T010 - Inovační inženýrství
Zaměření Inovace výrobků
Ve smyslu zákona č. 111/1998 Sb. o vysokých školách se Vám určuje diplomová práce na téma:
Inovace závěsu zadních dveří automobilu
Zásady pro vypracování:
Proveďte inovaci závěsu zadních bočních dveří automobilu pro platformu bez „B“
sloupku. Řešení navrhněte pro malý sportovní automobil. Vyjděte ze základní geometrie platformy firmy SWELL. Mechanismus by měl zajistit bezpečné uložení dveří, svojí konstrukcí zlepšit celkovou tuhost karoserie a umožnit opačné otevírání zadních dveří. Mechanismus musí mít implementovanou funkci omezovače.
1. Představení úkolu - seznámení se stávajícím řešením otevírání zadních bočních dveří osobního automobilu.
2. Analýza současných trendů vývoje v dané oblasti, popis jednotlivých řešení a jejich porovnání. Patentový průzkum známých řešení.
3. Návrh možných řešení, zhodnocení jednotlivých konceptů a výběr nejlepší varianty. Pro celý proces návrhu řešení využít metody inovačního inženýrství.
Vybraný koncept rozpracovat a optimalizovat z předvýrobního hlediska.
4. Výpočty - Základní ověření nejvíce namáhaných součástí, optimalizace jejich tvaru a rozměrů. Návrh nejvhodnějších materiálů.
5. Výkresová dokumentace sestavy a vybraných součástí.
6. Závěrečné zhodnocení
Forma zpracování diplomové práce:
- průvodní zpráva: cca 50 stran textu včetně obrázků
- grafické práce: množství nezbytné pro snadné pochopení látky čtenářem výkresová dokumentace
Seznam literatury:
1) Mašín, I. – Ševčík, L.: Metody inovačního inženýrství. IPI 2006
2) Machan, J.: Aplikace metod kvality ve fázi vývoje výrobku : příklady užití v automobilovém průmyslu, Praha, ČVUT 2008, ISBN 978-80-01-04057-7
3) Pešík, L.: Části strojů. 1. díl. Liberec, TU 2005. ISBN 80-7083-938-4 4) Pešík, L.: Části strojů. 2. díl. Liberec, TU 2005. ISBN 80-7083-939-2
5) Tickoo, S.: CATIA : kompletní průvodce. Brno, Computer Press 2012, ISBN 978-80- 251-3527-3
6) Leinveber, J. – Vávra, P.: Strojnické tabulky. Albra, Úvaly 2005. ISBN 80-736-01-6
7) Zdeněk, J.: Výkladový automobilový slovník. Brno, Computer Press 2011, ISBN 978-80-251-3725-3
8) Veřejně dostupné materiály firem Opel, Toyota, Ford a Volvo.
Vedoucí diplomové práce: Ing. Jan Petřík, Ph.D., TU v Liberci
Konzultant diplomové práce: Ing. Radek Bulíček , SWELL, spol. s r.o., Hořice
L.S.
prof. Ing. Ladislav Ševčík, CSc. Doc. Ing.Miroslav Malý, CSc.
vedoucí katedry děkan
V Liberci dne 9.1.2013
Platnost zadání diplomové práce je 15 měsíců od výše uvedeného data (v uvedené lhůtě je třeba podat přihlášku ke SZZ). Termíny odevzdání diplomové práce jsou určeny pro každý studijní rok a jsou uvedeny v harmonogramu výuky.
Prohlášení
Byl jsem seznámen s tím, že na mou diplomovou práci se plně vztahuje zákon č. 121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.
Beru na vědomí, že TUL má právo na uzavření licenční smlouvy o užití mé DP a prohlašuji, že souhlasím s případným užitím mé diplomové práce ( prodej, zapůjčení apod.).
Jsem si vědom toho, že užít své diplomové práce či poskytnut 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.
V Liberci 20.5.2013 ...
Petr Kulhavý
Místopřísežné prohlášení
Místopřísežně prohlašuji, že jsem diplomovou práci vypracoval samostatně s použitím uvedené literatury, na základě konzultací s vedoucím diplomové práce a konzultantem.
V Liberci 20.5.2013 ...
Petr Kulhavý
Diplomová práce TÉMA: Inovace závěsu zadních dveří automobilu
ANOTACE:
Diplomová práce se zabývá inovovaným řešením otevírání zadních dveří automobilu. Řešení je navrženo pro menší sportovní automobil, v jehož konceptu se uvažuje hybridní pohon. Jedná se o platformu bez „B“ sloupku a s opačným otevíráním dveří. Inovace byla provedena s cílem nového, moderního řešení, které zajišťuje primární funkce bezpečného i spolehlivého otevírání dveří a současně upoutá zákazníka zajímavým designem. Před návrhem konceptů byl proveden průzkum nejnovějších světových patentů a použito metod inovačního inženýrství. Z navržených konceptů je vybrána nejvhodnější varianta, která je dále optimalizovaná s využitím moderních CAD systémů, DFM metody a pevnostní ověření pomocí FEM analýzy.
Klíčová slova: inovace, zadní dveře, opačné otevírání, FMEA, MKP
Diploma project
THEME: Innovation of the rear car door hinge
ANNOTATION:
This diploma thesis focuses on an innovative solution of an opening of a car rear door. The solution is designed for small sport cars whose concept is taking in account a hybrid drive, platform without the "B" pillar and with a reversed door opening. The innovationwas aimed to invent a new, modern solution which would primarily provide the function of safety and the reliability of the door opening, and which would also catch the customer’s attention by an interesting design. Before the concepts were design, research of the newest worldwide hinges patents had been carried out and the methods of innovative engenineering were used. From the proposed concepts, the most suitable option was selected. This version was further optimised by using contemporary CAD systems, DFM methods and solidity of verification using FEM analyses.
Key words: Innovation, Rear door, Reversed opening, FMEA, MKP
Poděkování:
Je mou velmi milou povinností poděkovat panu Ing. Janu Petříkovi, Ph.D.
za odborné vedení a pomoc při tvorbě diplomové práce.
Dále mé velké díky patří panu Ing. Radkovi Bulíčkovi ze společnosti Swell, za poskytnutou technickou podporu, cenné připomínky a věnovaný čas.
V neposlední řadě děkuji mé rodině a drahé polovičce za podporu a strpení během studia.
Obsah
1. Úvod ... 10
1.1. Cíl práce ... 11
1.2. Představení společnosti Swell s.r.o... 13
2. Představení současného stavu výrobku ... 14
2.1. Koncept vozidla ... 17
2.2. Použité konstrukční materiály ... 17
2.3. Hlavní nedostatky ... 19
2.4. Hledání inspirace metodikou TRIZ ... 20
2.5. Inovační příležitosti ... 21
3. Úkol: Inovace závěsu zadních bočních dveří ... 22
3.1. Inovační záměr : ... 22
4. Průzkum trhu: ... 23
4.1. Historie ... 23
4.2. Současné trendy: ... 24
4.3. Patentový průzkum ... 27
5. Navrhované koncepty řešení: ... 30
5.1. Koncept č.1 ... 30
5.2. Koncept č.2 ... 31
5.3. Koncept č.3 ... 33
5.4. Koncept č.4 ... 34
5.5. Koncept č.5 ... 35
5.6. Výběr konceptu ... 36
5.6.1. Srovnávací kritéria: ... 37
5.7. Hrubé roztřídění konceptů ... 39
5.7.1. Přiřazení relativních hodnot k dílčím vlastnostem: ... 40
5.8. Podrobný výběr konceptu ... 42
5.9. Finální výběr konceptu: ... 42
6. Konstrukce vybraného konceptu ... 43
6.1. Definice parametrů závěsu zadních dveří ... 44
6.2. Volba konstrukčních materiálů ... 44
6.2.1.Únavové namáhání materiálů ... 45
6.3. Zatížení jednotlivých částí ... 48
6.3.1. Napětí v ohybu ... 49
6.3.2. Napětí v krutu ... 49
6.3.3. Průřezové charakteristiky závěsu ... 50
6.3.4. Kombinované namáhání ... 51
6.4. Optimalizace profilu otočného ramene... 52
6.4.1. Návrh ideálního tvaru průřezu ramene ... 52
6.4.2. FEM - zjednodušený model ... 54
6.5. Základní návrh ramene ... 56
6.6. Návrh ramene dle DFM ... 57
6.6.1. Pevnostní analýza odlitého ramene ... 59
6.6.2. Celkové prověšení dveří ... 60
6.6.3. Šroubový spoj ramene ... 61
6.7. Konzole k připevnění ke karoserii ... 62
6.8. Omezovač ... 63
6.9. Sestava ... 63
7. Přezkoumání konstrukčního návrhu ... 64
7.1. Porovnání současného a inovovaného stavu ... 65
7.2. FMEA-D ... 65
8. Technická dokumentace ... 67
9. Závěrečné zhodnocení: ... 67
Seznam použité literatury: ... 70
Seznam příloh:
Příloha 1... Plán projektu - Ganttův diagram Příloha 2... Plynové pružiny
Příloha 3... Technický datový list - Hliníkové desky EN AW 7075 Příloha 4... MBW borové oceli
Příloha 5... Mechanické vlastnosti EN AC-Al Cu4MgTi Příloha 6... Normování a popis Al a jeho slitin
Příloha 7... Skupiny a příklady typických použití předních slitin hliníku Příloha 8... Technický datový list EN AW-7075 T6 (AlZnMgCu1,5) Příloha 9... Vysoce pevné hliníkové slitiny - slévání
Příloha 10...Mechanické vlastnosti AlZn7Mg7Cu1Ni2,5Si3 Příloha 11... Deformace ramene
Příloha 12... FMEA-D
Seznam použitých zkratek a cizojazyčných označení.
BESIP - (zkr. Bezpečnost Silničního Provozu) Útvar zabývající se dopravní výchovou dětí ve školách a preventivními dopravně-bezpečnostními kampaněmi zaměřenými na všechny kategorie účastníků provozu na pozemních komunikacích.
Displacement - posunutí, ve výpočtech udává velikost deformace daného bodu či uzlu.
Euro NCAP - (angl. European New Car Assessment Programme) - nezávislé konsorcium, které provádí nárazové zkoušky automobilů (tzv. crashtesty).
Testovaným vozům pak vydává Euro NCAP hodnocení bezpečnosti v podobě udělení hvězdiček.
TRIZ - Tvorba a Řešení Inovačních (až invenčních) Zadání
FIA - Mezinárodní automobilová federace (francouzsky Fédération Internationale de l'Automobile) je mezinárodní organizace, která sdružuje jednotlivé národní automobilové organizace.
ADAC - (z německého Allgemeiner Deutscher Automobil Club) označuje prestižní německý autoklub.
AIT - (Alliance Internacionale do Tourismu) Mezinárodní turistické sdružení
HMH - Hypotéza řešení víceosích napjatostí dle Huber, Von Mises, Hencky
FEM - (finite element method) numerická metoda sloužící k simulaci průběhu fyzikálních dějů na vytvořeném virtuálním modelu.
GSA - (Generative structural analysis) modul pro výpočty metodou konečných prvků využívaný systémem Catia.
Stress - Napětí či namáhání vztažené na jednotku plochy materiálu.
Strain - Změna tvaru objektu v reakci na vnější zatížení, nebo vnitřní pnutí. (L / Lo)
Singularita - (z lat. singularis, jedinečný) označuje výjimečný bod v jinak spojitém průběhu děje či funkce. V matematice znamená singularita zpravidla výjimečný bod, v němž funkce není definována nebo nemá řešení, derivaci apod.
DFX - (Design For X ) metodika pro konstrukce součásti s ohledem, na specifické vlastnosti výrobku - vyrobitelnost, recyklace, montáž, údržba atd..
DFM - (Design For Manufacturability) metoda návrhu s ohledem na co nejmenší náročnost jeho výroby
FMEA - (Failure Mode and Effects Analysis) Analýza možností vzniku vad a jejich následků
Seznam použitých symbolů
J [ mm4 ] Polární moment průřezu
W [ mm3 ] Modul průřezu
σmax [ MPa ] Maximální napětí při namáhání v ohybu Mo [ Nm ] Ohybový moment působící na těleso
max [ Pa ] Maximální napětí při namáhání v krutu Mk [ Nm ] Kroutící moment působící na těleso F [ N = kgms-2 ] Sílam [ kg ] Hmotnost
Re [ MPa ] Mez kluzu
Rm [ MPa ] Mez pevnosti
σred [ MPa ] Napětí redukované
σs [ MPa ] Napětí srovnávací
σe [ MPa ] Napětí ekvivalentní
σc [ MPa ] Napětí časové - mez únavy
δ [ mm ] Celková deformace
δp [ mm ] Stlačení spojovaných součástí
S [ mm2 ] Obsah plochy
δs [ mm ] Prodloužení šroubu
z´ [ ° ] Třecí úhel závitu [ ° ] Úhel stoupání závitu
10
1. Úvod
V úvodu ke své práci bych rád nastínil dnešní pohled na osobní motorová vozidla z hlediska zákazníka, což je ne jen jako na pouhý nástroj k přepravě, ale i životní či módní doplněk. Současně bych také rád uvážil a nastínil důvody, proč se automobilky a
velká část konstrukčních kanceláří, věnují pasivní i aktivní bezpečnosti automobilů, jejích testování a simulacím reálných dějů na silnicích a v neposlední řadě i prevenci.
Od osobního automobilu již dávno neočekáváme pouze jeho primární funkci přemístění z jednoho bodu do druhého, ani není výběr založen na zdánlivě jednoduchém poměru investice ku přínosu (v tomto případě konkrétněji např. spotřeba paliva ku výkonu motoru). Vozidlo se dnes v častých případech stalo stylingovým doplňkem svého majitele, nástrojem k prezentaci jeho osobnosti, životního stylu či společenského postavení. V některých, většinou manažerských postech, je dokonce stejně nutné a společensky žádané obdobně jako společenský oblek, luxusní hodinky a kožené boty.
Většina výrobců v daných cenových třídách vozidel nabízí vesměs podobné modely a zákazník se mezi nimi nerozhoduje podle nejnovější použité technologie výroby, či optimalizovaným konstrukčním řešením, které on sám víceméně ani nepozná. Důležité je dnes zákazníka oslovit na úrovni emoční, tzn. nabídnout mimo zcela samozřejmých jízdních, ekonomických a bezpečnostních vlastností i maximální uživatelský komfort a především design. Design si v dnešní době, kdy automobilky spolupracují v koncernech a vozidla jsou na podobných platformách, dovolím označit za jedno z nejdůležitějších kritérií prodejnosti či metody k oslovení nových zákazníků. To se samozřejmě netýká jenom odvětví automotive, ale jedná se o celosvětový trend jdoucí všemi odvětvími.
Další z hlavních kritérií dnešních automobilů je bezpochyby jejich bezpečnost. Před návrhem jakékoliv konstrukce pro automobil, je nutné odhalit místa vzniku nejzávažnějších problémů. Nejdůležitější jsou z tohoto pohledu statistiky nehod nejtragičtějších, tj. smrtelných či s těžce zraněnými. Dle statistik Policie České Republiky a BESIP plyne skutečnost, že nejčastější příčinou takovýchto dopravních nehod je nesprávný způsob jízdy. Nepřiměřená rychlost je při dopravních nehodách nejčastější příčinou smrtelného (40 %) a těžkého zranění (39,3 %).
11
Vlastní průběh nehod je v naprosté většině případů způsoben jízdou po nesprávné straně vozovky (mikrospánek, vjetí do protisměru či neopatrné předjíždění), nedání přednosti v jízdě či neopatrné vjíždění na krajnici. Z rozboru statistických dat vyjde, že tento nepříznivý vývoj je třeba přičíst na vrub následkům nehod především na silnicích v extravilánu (mimo obec), což bezprostředně souvisí s vyššími rychlostmi na těchto komunikacích.
I přes nesporné kvality moderních automobilů nelze v těchto případech žádným způsobem zabránit vzniku nehod. Světoví výrobci jsou si tohoto trendu vážně vědomi a z toho důvodu se hlavní deformační zóny vozidel umísťují především do přední části vozidla pro minimalizaci účinku čelního a bočního nárazu. Tyto situace jsou dnes již standardně simulovány, matematicky modelovány a prováděny jako crash testy.
Všechny tyto metody sdružuje v Evropě systém hodnocení Euro NCAP. Na jeho podpoře se podílejí vlády vyspělých zemí, které nejvíce pociťují následky dopravních nehod. Následky na životech, zdraví a s tím související finanční ztráty a náklady na léčení lze jistým tlakem na výrobce vozidel výrazně snížit. Mezi partnery projektu Euro NCAP patří Mezinárodní automobilová federace FIA, Evropská hospodářská komise, Německý autoklub (ADAC) a mezinárodní organizace sdružující turistické kluby na celém světě (AIT).
1.1. Cíl práce
Cílem práce je pro vyvíjený koncept vozidla konstrukční společnosti Swell s.r.o., navrhnout inovované řešení otevírání zadních dveří. Původním záměrem bylo nahrazení klasických dvou kovaných závěsů umístěných na B sloupku jedním širokým závěsem s implementovanou funkcí omezovače. Vzhledem k vývoji trendů na současném evropském automobilovém trhu a uvážení studie koncepce vozu s využitím hybridního pohonu bylo rozhodnuto, věnovat se řešení pro platformu bez středového „B“
sloupku. Zadní dveře budou tedy otevírány opačně, tzn. zrcadlově k dveřím předním.
Mechanismus by měl zajistit bezpečné uložení dveří a zajistit též funkci omezovače.
Vzhledem k velikému konkurenčnímu prostředí na poli výrobců automobilů je u vývoje vozu, kromě nesporných a samozřejmých špičkových technických parametrů, v dnešní době nutnost vsadit především na poutavý a netradiční design.
12
Cílem práce tedy nebude najít pouze optimalizovanou variantu současného stavu s primárním cílem úspory ceny, snížením hmotnosti či technologicky nejsprávnějším řešením. Řešení jenž je skryté pod lemem dveří, o kterém nebude uživatel automobilu vědět nebo jakkoliv přemýšlet. Cílem bude naopak řešení, kterého si každý všimne a vždy si ho podvědomě s daným vozidlem spojí. Řešení, které osloví novým nápadem, netradičním vzhledem a absolutní jednoduchostí použití.
Konstrukční řešení mechanismu bude v největší možné míře navrženo s ohledem na stávající poskytnutý koncept vozidla. Přijatým rozhodnutím o změně konstrukce vozu na provedení bez B sloupku budou ovšem nutné změny především v oblasti boků, dveří a A, C sloupků. Poskytnutý koncept tedy není nedotknutelným dogmatem. Naopak podoba a návrh mechanismu nyní výrazně ovlivní parametry pro budoucí konstrukci karoserie.
Práce bude řešena formou projektu a pomocí metod inovačního inženýrství. Bude sestaven plán dílčích částí projektu pomocí Ganttova diagramu. Pro tvorbu konceptů vyjdeme z průzkumu známých řešení ostatních výrobců a hledáním v databázi patentů.
Následný průzkum trhu definuje hlavní požadavky, na které je třeba se zaměřit. Pomocí metody TRIZ následné stanovení požadavků na funkci, nalezení fyzikálních rozporů a hledání možných směrů řešení, jenž by mohly být vhodné pro naše inovační zadání.
Návrh bude obsahovat 5 základních konceptů a z nich výběr toho nejvhodnějšího. Pro vybrané řešení bude požadován kompletní kinematicky funkční 3D model v software Catia_V5. Návrh vhodného materiálu, použité technologie a jeho posouzení z hlediska mechanických namáhání pomocí kontrolních výpočtů a metody FEM. Výpočty zahrnou i kontrolní statické zátěžové stavy závěsu dveří, dle normy Škoda a.s. Jelikož jsou dveře vozidla často otevírány a vystaveny neustálým vibracím, bude nutné současně uvažovat mechanickou únavu celé soustavy.
Práce by především v úvodu měla poukázat na základní pohled do světa automotive s jeho hlavními požadavky a cíli. V praktické části potom mimo samotného řešení úkolu bude každá kapitola či řešený problém vhodně doplněn příslušnou teorií, nezbytnou pro jasné pochopení. Závěr práce bude obsahovat konstrukční dokumentaci včetně příloh s technologickými či mechanickými vlastnostmi použitých materiálů, získaných z mezinárodních databází a komerčních katalogů výrobců.
13 1.2. Představení společnosti Swell s.r.o.
Dodavatel vývojových služeb pro automobilový průmysl
Kontaktní osoba / zadavatel
Ing. Radek BULÍČEK | vedoucí útvaru CAD konstrukce
SWELL, spol. s r.o.,
nám. Jiřího z Poděbrad 236, 508 01 Hořice, Czech Republic
Obr. 1 Úvodní obrázek webu společnosti s oficiálním logem Swell ®
Společnost SWELL je předním dodavatelem vývojových služeb do automobilového průmyslu v České republice.
Zabývá se vývojem dílů a sestav od návrhů až po přípravu částí vozu pro sériovou výrobu.
Zkoušky, stavba prototypů a lisovacích nástrojů, konstrukce, numerické simulace.
Prototypové plechové výlisky a svařené sestavy | vysokorychlostní frézování pohledových a zkušebních modelů | digitalizace
NÁSTROJE |simulace lisování plechových dílů | transferové a postupové lisovací nástroje | kontrolní, měřicí a svařovací přípravky
ZKOUŠKY | vývojové zkoušky | komplexní zkoušky životnosti | frekvenční a modální analýzy | funkční zkoušky mechanických sestav | mechanické testy
CAE | tvorba FE-modelů | statická a dynamická tuhost | frekvenční analýzy | crash analýzy | ochrana chodců | dynamika celého vozu | optimalizace
CAD | tvorba designových návrhů | zpracování scanů, tvorba konceptu, předvývoj, podpora designu | vývoj plechových a plastových dílů a sestav | kinematické mechanismy
14
2. Představení současného stavu výrobku
Klasický osobní automobil dnešní doby má celkem čtyři boční a jedny zadní dveře.
Přední dveře (označovány angl. "front door"), zadní ("rear door"), pravé, levé boční dveře a víko zadní, hovorově známé jako tzv. "páté" označuje dveře od zavazadlového prostoru. Dveře jsou samostatnými montážními celky, tzn. že se při montáži upevňují do karoserie plně osazené všemi komponenty, jenž do nich v hotovém vozidle mají být namontovány. Dveře jsou složeny ze dvou vylisovaných profilů, vnějšího, vnitřního a několika dalších výztuh. Vnější a vnitřní profil je po obvodu spojován zalemováním s použitím lepicího tmelu. Ostatní díly dveří, jsou přivařeny nebo spojeny kombinací sváru a lepení. Konstrukčně navržené prolisy a různé pevnostní výztuhy dávají dveřím značnou pevnost, a to jak proti bočnímu, tak i čelnímu nárazu. Do předních dveří bývá, z předního monobloku pod A sloupkem a do zadních dveří z B sloupku, plastovou ochranou bužírkou veden svazek kabeláže, zajišťující dodávku elektrické energie pro zámek, pro motor a spínač stahování oken a poslední pár k zapojení reproduktoru.
Dveře se klasicky zavěšují do svařené karoserie tzv. "klobouku", na B sloupek dvěma pevnými závěsy, pomocí šroubů umožňujícími snadnou montáž, seřízení dveří a nakonec i možnost následné demontáže dveří bez porušení slícování. Závěsy jsou obvykle složeny ze dvou tvářených částí. Jedna část bývá přišroubována či přivařena k B sloupku, druhá strana závěsu potom přišroubována ke dveřím. Dalším spojujícím prvkem, je omezovač, jenž umožňuje aretaci dveří v polootevřené a otevřené poloze. U běžných osobních automobilů se úhel otevřených dveří pohybuje okolo 67°. Jako materiál karoserie na místech s největším zatížením, u nejvíce namáhaných prvků v okolí dveří, na A, B a C sloupek, vzpěry střechy, příčníky a rámy dveří, se v současné době používají plechy s Re> 300 - 500 MPa i vyšší, tvářené za tepla. Tato technologie tváření za tepla se v poslední době stále více využívá, nové vozidla Škoda mají u nových modelů až 25% za tepla tvářených dílů karoserie a vozidla značky Volvo dokonce až 45%. Pro tyto díly se jako povrchová úprava před finálním metalickým lakováním dodává AlSi povrch, případně elektrolytické pozinkování. Materiál použitý na B sloupek je MBW 1900. Dále jsou použity vysoko pevnostní BTR, CPW a RAK výztuhy.
15 Závěs dveří
Středem závěsu prochází válcový čep, z jedné strany osazen válcovou hlavou a z druhé strany zajištěn proti vysunutí obvykle pomocí pojistného kroužku. Kluzně uložený čep rotačně spojuje obě části závěsu a tím umožňuje vlastní primární funkci otevírání dveří. Závěs se standardně vyrábí jako výlisek, nebo kovaná součást.
Obr. 2 Závěs dveří, zdroj: Materiály Škoda a.s. - Roomster
Původní koncept řešení
Původním konstrukčním zámeřem, bylo nahrazení dvou menších závěsů jedním širokým s lokálním vnitřním vyztužením B sloupku a klasického zásuvného omezovače.
Obr. 3 Původní návrh upevnění k B sloupku, zdroj: Vlastní tvorba Catia
16 Omezovač dveří
Omezovač je složen ze tří částí, jedna je podobně jako u závěsu nehybně přidělána k B sloupku. Druhá část, rotačně připojená k závěsu je zásuvné táhlo obdélníkového průřezu s proměnnou šíří profilu, jenž zajíždí do vnitřku dveří. Lokálně proměnou šíří zásuvného profilu, je docíleno dílčích kroků tj. částečná blokace v poloze polootevřeno a koncovým dorazem se vymezuje celkové maximální otevření dveří. Třetí částí je
"tělo" omezovače, přišroubované ke dveřím bez umožnění jakéhokoliv pohybu.
Středem těla omezovače vede otvor jenž odpovídá tvaru průřezu zásuvného mechanismu v jeho nejsilnějším místě. Zde je ukryt drobný mechanismus, který ze dvou stran pomocí tlačné pružiny či elastomeru vyvíjí tlak a přes lineárně posuvné části dochází k jejich kontaktu se zásuvným jezdcem.
Obr. 4 Závěs dveří, zdroj: Materiály Škoda a.s. - Roomster
Na závěsné prvky dveří, jsou potom kladeny především požadavky na:
Odolnost proti působení svislé a příčné síly Nesmí hrozit poškození okolních dílů
Bezúdržbová konstrukce dílů a kluzných míst
Zkoušky použitých materiálů a jejich odolnost vůči klimatickým změnám Odolnost proti korozi
Nesmí se používat ekologicky škodlivé či nebezpečné materiály Odolnost součástí proti vibracím a nárazům
Tepelná odolnost závěsů
Závěsy nesmí přenášet či dokonce vytvářet žádné rušivé hluky
17 2.1. Koncept vozidla
Poskytnutá konstrukční data a provedený render z Catia modelu:
Designový návrh vnějšího tvaru automobilu (obr. 5, obr. 7) Plošně vymodelovaná konstrukce rámu (obr. 6)
Obr. 5 Koncept vozidla, zdroj: Render sw Catia
Typově se jedná o menší dvouprostorový automobil nižší třídy A 3.1. Primárně určený pro mladší cílovou skupinu zákazníků. Základem je podvozek konstruovaný pro sportovní styl jízdy, pětidvéřové provedení a menší zavazadlový protor. Na konceptu vozidla jsou ověřovány a testovány nové návrhy a studie, jako např. hybridní provedení.
[25]
2.2. Použité konstrukční materiály
Vybrané a zmíněné především díly jenž budou v přímé interakci s konstrukčním řešením závěsu, nebo jichž se návrh přímo dotkne. [10] [11] [12]
Monoblok (Obr. 6,poz. 1) Použitý materiál je Organoplech
Tento, dle názvu nepříliš známý materiál, nachází své zastoupení ve velkém množství oborů. Můžeme se s ním setkat ve sportovních doplňcích jako přilby, lyžařské i SNB vázání, specielní obuv jako kopačky, lyžařské boty, atd. Své největší uplatnění však v
18
současnosti nachází u automobilů. Používá se na stále větší množství částí karoserie, dokonce i dílů, kde je požadována vyšší mechanická pevnost. Například čelní maska, do které se upevňuje chladič a další periferie, ovládací pedály a různé výztuhy.
U organoplechů se jedná o skleněnými vlákny vyztužené termoplasty (Polykaprolaktam - polyamid 6). Výrobcem organoplechu je společnost Bond Laminates GmbH, pod obchodním označení TEPEX® dynalite. Oproti slitinám hliníku se u tohoto materiálu dosahuje zhruba o 10% úspory na hmotnosti. Díky své vysoké pevnosti a odolnosti při nižší tloušťce je skvělým konstrukčním materiálem. Tváření probíhá tak, že nejdříve se organoplech ohřeje, vytvaruje a ořezává a následně se vloží do vstřikovacího nástroje, kde je doplněn o výztuhy a žebra z polyamidu. Jako hlavní nevýhoda těchto materiálu je především hledisko složité recyklace. Náročnost technologie určuje jeho použití především pro velkosériovou výrobu.
Obr. 6 Koncept karoserie vozidla, zdroj: Render sw Catia
C sloupek (poz. 2)
Jedná se o hliníkový obdélníkový profil. C sloupek slouží především jako výztuha pro ukotvení tlumiče a celkové zvýšení tuhosti zadní části vozu. Díl je navržený z materiálu EN AW 6082 T651. Tento materiál je obecně odolný proti korozi, středně pevný.
Využíván je ve strojírenství a přesném obrábění. Především tam, kde se vyžaduje vyšší pevnost než u klasických hliníkových materiálů.
19 Držák tlumiče (poz. 3)
Držák tlumiče je hliníkový odlitek, jenž zajišťuje uchycení tlumiče od nápravy a současně funguje jako propojení profilu C sloupku. Všechny spojení s ostatními díly jsou svařované. Spojka je navržena jako hliníkový odlitek. Minimální tloušťka stěny jsou 2 mm. Tato spojka umožňuje spojení dvou profilů. Profil C sloupku je do spojky vsazen a přivařen a poté je spojka přiložena k zadnímu profilu a převařená.
Použitý materiál je EN AW 5754. Jedná se o materiál středně pevný, nevytvrzovatelný, velmi dobře odolný ke korozi, je pro něj charakteristická velmi dobrá chemická odolnost. Velmi dobře svařitelný. Svařené spoje jsou korozně odolné, téměř stejně jako základní materiál.
Používá se na středně namáhané konstrukce, svařované součásti a konstrukce, které mají odolávat korozi. Nádoby ze žíhaného a deformací zpevněného materiálu mohou být vystaveny tlaku až 1,6 MP a při teplotách od -196 do +150 °C.
Materiál nachází široké použití v potravinářském a chemickém průmyslu, při stavbě vozidel a plavidel, nosné konstrukce, ochranné kryty, součásti zemědělských, textilních, zpracovatelských strojů a čističek.
2.3. Hlavní nedostatky
Stávající řešení je nevyhovující především z pohledu velkého počtu konstrukčních dílů, množství montovaných spojů a velké komplexitě dílů. Je zapotřebí občasné čištění či mazání kontaktních ploch čepů a omezovače, dále pak zadírání omezovače.
Působením vibrací vozidla a rázů při otevírání dveří dochází k uvolňování upevňovacích šroubů a je nutné jejich dotahování. Celkem 4 samostatné prvky spojují dveře a automobil, (dva závěsy, jeden omezovač a jeden svazek elektro kabelů vedených v ochranné objímce, zajišťující dodávku proudu pro centrální odemykání, stahování oken a reproduktor).
Uvážíme-li celkový vývoj a modernizaci prvků automobilu, zjistíme, že závěs dveří prošel, vzhledem k ostatním dílům a současným technologiím, inovací zcela minimálně.
Změnily se materiály a modernizoval způsob výroby, avšak vlastní konstrukční řešení se moc neliší od mechanismu, jenž by jsme si bez problému mohli dát i na vrata od garáže,
20
což je vzhledem k technickému pokroku vozidel ne zrovna idealizovaný stav. Tento stav je zapříčiněn především požadavkem absolutní minimalizace ceny.
Z celkového pohledu na automobil je nezanedbatelné omezení vstupního prostoru.
Omezení je způsobené otevíráním dveří, kdy tím že se otevírají sousledně za sebou dochází k omezení celkového možného prostoru na méně než polovinu místa. Máme-li např. vzadu dítě v sedačce, či odloženou bundu, musíme nejprve nepřirozeně obejít zadní dveře. Vystouplá západka zámku nad zadním blatníkem lehce překáží a hrozí zachycení či znečištění oděvu pasažéra při nastupování.
Z hlediska komfortu nastupování se stále častěji poukazuje na snahu redukce či úplného odstranění B sloupku, ovšem toto řešení je sporné vzhledem k celkové tuhosti a bezpečnost karoserie automobilu.
2.4. Hledání inspirace metodikou TRIZ
Metoda TRIZ je určena pro techniky, inženýry a všechny ostatní, kteří hledají tvůrčí řešení technických problémů. Vznikala přibližně od poloviny 20. století studiem ohromného množství patentům a následným zobecněním řešitelských postupů, které vedly k úspěšnému a patentovanému technickému řešení.
Metodika TRIZ v poslední době zaujímá mezi ostatními metodami podpory technické tvůrčí práce ( brainstorming,…) rovnocenné postavení, protože respektuje jak potřebný systémový přístup ve fázi rozboru řešeného problému. Vyžaduje jasně zformulovat inovační zadání (Co, Proč řešit) a podněcuje potřebnou kreativitu (tvořivost) řešitele ve hledání možných směrů řešení a to doporučeními získanými studiem patentů. [14] [15]
Dle hlavních nalezených nedostatků pomocí databáze metody TRIZ nalezeno několik principů, jenž budou aplikovány do návrhu konceptů řešení. Jako určující parametry vyhledán objem, plocha a složitost pohyblivého objektu.
7. Princip jeden v druhém
Jeden objekt má v sobě umístěn druhý, jež má v sobě třetí atd.
Jeden objekt prochází otvorem ve druhém objektu.
21 17. Princip přechodu na jiný rozměr Využí obrácenou stranu dané plochy.
Změna trajektorie pohybu tělesa.
3. Princip místní kvality
Přechod od stejnorodé struktury objektu, ke struktuře nestejnorodé.
2.5. Inovační příležitosti
Změna principu mechanismu a snížení komplexity stávajícího mechanismu.
Snížení celkového počtu prvků propojujících dveře a automobil.
Zvětšení nástupního prostoru pro cestující.
Zlepšení komfortu pohybu pasažérů při (na)vystupování z automobilu.
Umožnění přepravy objemnějších zavazadel, jenž by se v současné době do vnitřního prostoru vozidla sice vešla, ale dveřmi omezenými sloupky s malým úhlem rozevření ani víkem od zavazadlového prostoru by se je do kufru naložit nepovedlo. Přidat cílové skupině zákazníků možnost přepravy např. jízdního kola, dětského kočárku.
Zjednodušení přístupu k zadním sedadlům z předních míst (dítě na sedačce, kufřík, bunda).
Vhodnější umístění zámku ve dveřích a západky na rámu.
Zatraktivnění "klasického mechanismu" řešením jenž zákazníka zaujme tzn.
důraz především na design.
Minimalizace potřeb na údržbu.
Zvýšit úhel o který bude možné dveře otevřít.
22
3. Úkol: Inovace závěsu zadních bočních dveří
Obr. 7 Designový pohled na koncept vozidla, zdroj: Catia render
Pro vyvíjený prototyp vozidla, je třeba navrhnout inovaci závěsu zadních bočních dveří. Práce by měla obsahovat analýzu současných řešení a trendů, výběr a návrh řešení vhodného pro použití v daném prototypu, kompletní konstrukční zpracování a základní výpočtové ověření. Zohlednit možnost nejnovějších trendů jako je opačné otevírání dveří, vypuštění B sloupku a možnosti jeho konstrukčního nahrazení z hlediska pevnosti a navrhnout pozici zámku.
3.1. Inovační záměr :
Cílem práce bude nahrazení současného mechanismu komplexnějším a především modernějším řešením.
Posouzení současných trendů, jako např. řešení otevírání zadních dveří opačně (zrcadlově) vzhledem k předním dveřím.
Uvážení možnosti vypuštění B sloupku automobilu a jeho zakomponování do dveří.
Umístění zámku a západky.
Řešení musí být pozitivně vnímáno a především zaregistrováno koncovým uživatelem, tj. zákazníkem. Musí umět oslovit nové zákazníky.
23
4. Průzkum trhu:
"Suicide door" je anglické označení pro dveře s panty vzadu. Toto konstrukční řešení dveří automobilu se prvně objevilo v meziválečném období, ale postupně bylo opuštěno.
Hlavní vadou byla nedostatečná bezpečnost - z toho důvodu vznikl i anglický název.
V případě pootevření dveří za jízdy docházelo k úplnému otevření dveří vlivem proudícího vzduchu. V moderních automobilech je riziko uvolnění dveří potlačeno vyšší tuhostí karoserie, zámky dveří a využívají se systémy znemožňující otevření dveří za jízdy, či nutnost otevřít nejdříve dveře přední. [1] [6]
4.1. Historie
Škoda MB: Automobilka Škoda vyráběla v letech 1964 – 69 dnes legendární embéčko v karosářské verzi bez b-sloupku. Tento typ nesl označení MBX, do výbavy dostal litrový motor s výkonem 52 koní a maximální dosažitelnou rychlostí 130 kilometrů za hodinu. Bránu automobilky jich opustilo dva a půl tisíce. Mnoho jich ale nezbylo, v
současné době již nepotkáme více než padesát pojízdných kusů.
Nissan Prairie z roku 1981.
Předchůdce, jímž se dali inspirovat výrobci Fordu B-Max. Tento vůz však ve své době nevydržel bez B-sloupku dlouho a v dalším modelu už byl B- sloupek opět přidán, systém otevírání dveří zasunutím dozadu však zůstal.
Obr. 9 Nisan Prairie [1]
Obr. 8 Škoda MBX [1]
24 4.2. Současné trendy:
FORD B-MAX. V roce 2012 představila automobilka Ford nový model nazvaný B-MAX. Vývojářům se totiž podařilo dovést do sériové výroby myšlenku absence B-sloupku.
B-sloupek má v konstrukci karoserie zásadní vliv nejen na torzní tuhost karoserie, ale i na bezpečnost vozidla a zejména na boční náraz. [1][3]
Schéma mechanismu:
TA - trajektorie bodu A, odpovídá jezdci ve středové části dveří, vedoucímu až k zadnímu panelu světel.
TB - trajektorie bodu B , odpovídá jezdci v drážce horní a spodní části dveří.
Přední dveře jsou ukotveny v monobloku předního blatníku pod A sloupkem pomocí dvou klasických otočných závěsů s kulovým čepem. Výrobce rozšířil otevírací úhel na zhruba 80°, to je asi o 15° více než u klasických řešení.
Dveře zadní jsou ukotveny celkem na 3 místech, pomocí "T" drážek v karoserii vozidla a posuvných jezdců na dveřích:
1) V nejvyšší bodě spojení je drážka až v úrovni střechy a jezdec v rámu dveří nad oknem.
2) Prostřední drážka vede střední částí vozidla, zadním monoblokem karoserie až k zadnímu panelu světel.
3) Spodní drážka se nachází v prahu dveřní části karoserie a jezdec na spodní části dveří.
Obr. 11 Schéma otevírání, zdroj: Vlastní tvorba Auto CAD
Obr. 10 Ford B-max, zdroj web výrobce
25 Nový Opel Meriva se začal v česku prodávat koncem roku 2010. Vůz, měl od začátku o publicitu postaráno díky netradičnímu otvírání dveří zrcadlově od sebe a prosklenému prostoru střechy.
Toto řešení od Opelu je ovšem kompenzováno extrémně silnými bočními sloupky, které si nová konstrukce vyžádala. [5]
Dveře se na obou stranách otevírají téměř do úhlu 90˚, což nástup a výstup velmi usnadňuje. Po různých experimentech, nakonec Opel představil tuto variantu s B sloupkem, kdy jsou oboje dveře upevněny pomocí dvou otočných závěsů a otevírají se po kruhové trajektorii upevněny k zadnímu monobloku v dveřní části. Řešení neobsahuje klasický zásuvný, ale rotační krokový omezovač.
Obr. 12,13,14 (od shora) Opel Meriva, zdroj web výrobce, Schéma otevírání, zdroj: vlastní tvorba
26 Mazda RX8 Sportovní auto vyráběné Mazda Motor Corporation. Poprvé se objevilo v roce 2001. Jako první z moderních a sériově vyráběných vozidel, zvolila Mazda opačné otevírání dveří a absenci B sloupku, zadní dveře jsou však o něco menší v poměru k předním a je možno je otevřít i zavřít pouze po otevření předních dveří. [2]
Jako patrně první sériově vyráběný automobil využil jako řešení samotné vysuté rotačně uložené rameno křivočaře otevírající dveře, což je velmi zajímavé. Nevýhodou je však nevzhledný, snad až nebezpečný otvor v okolí
zasouvaného ramena závěsu, viz obrázek vpravo.
Přední dveře jsou na klasickém otočném závěsu s výsuvným omezovačem.
Dveře zadní vykonávají křivočarý pohyb na masivním plném rameni, uloženém mimo prostor dveří.
Křivočarý pohyb bodu A po trajektorii TA, je znázorněn na obrázku schématu vlevo, mezi krajními polohami A1 a A2, jenž odpovídají pozici otevřeno a zavřeno. Pro porovnání, je zeleně zobrazena ideální kruhová trajektorie, při které by nevznikl nevzhledný a nebezpečný otvor. Do dveří není vedena žádná kabeláž.
Obr. 15,16 Mazda RX8, zdroj web výrobce. Obr. 17 Schéma otevírání. Vlastní tvorba.
27 4.3. Patentový průzkum
Jako inspirace k navrhovaným konceptům proveden průzkum patentových databází serverů google patents a espace.net. Na toto téma byli nalezeny desítky možná i stovky rozličných řešení. Dveře otočné, křivočaře vyklápějící, otevírající se vzhůru, zasouvající dozadu a spousta variant řešení závěsu a omezovače. Vybrány a představeny jsou dva zajímavé patenty jenž poslouží jako inspirace: Patent na opačné otevírání dveří a patent na funkci aretačního krokového omezovače.
"Door hinge aseembly - sestava dveřního závěsu"
Unites states patent Number 5 926 917
Sestava závěsu s implementovaným krokovým aretačním omezovačem, ke dveřím motorového vozidla.
Tento vynález se obecně týká inovovaného způsobu závěsu dveří a montáže členu pro zajištění otočného prvku v několika přednastavených krocích - aretace, pro otočně zajištění dveře motorového vozidla. Závěs má tělo, popruh, horní a spodní přírubu.
Na horní přírubu je připojen externí profil s několika zarážkami jenž vymezují jednotlivé polohy omezovače, přesnou polohu aretačních poloh omezovače vzhledem k závěsu lze nastavit šroubem ustavujícím jejich vzájemnou pozici. Lineárně posuvný otočný profil tvaru válečku je při pohybu je přitlačován tlačnou pružinou. Horní příruba je šrouby přimontována k B sloupku a spodní příruba ke dveřím. Příruby jsou spolu vzájemně rotačně spojeny dvěma souosými čepy.
Obr. 18 Závěs s omezovačem zdroj: google patents.
28
Patent automobilky Mazda-Hiroshima, na opačné otevírání dveří bez středového B sloupku s pojistným mechanismem proti otevření zadních dveří.
Unites states patent Number 6 694 676
Centrálně uzavíratelné dvojité zrcadlově otočné dveře montované na boční otvor vozidla opačně z každé strany. Karoserie se skládá z předních otočných dveří a zrcadlově otočných zadních dveří. Zamykající / odemykající mechanismus zajišťuje, aby se zabránilo otevření zadních dveří před dveřmi předními. Avšak, jak je vidět na schématu mechanismu západky připojené k tlačné pružině, je současně umožněno zavření dveří zadních nehledě na zavřených či otevřených dveřích předních.
Obr. 19 Patent Mazda, zdroj: Google patents
Inovovaným řešením jsou opačně otevírané zadní dveře, které se tedy otevírají proti směru jízdy. Toto uspořádání dveří výrazně ulehčuje přístup do zadní části vozu a nabídne celý prostor dveřního rámu např. k uložení balíku, jízdního kola či dětského kočárku, jejichž přeprava by v při klasickém otevírání dveří možná nebyla, nebo jen stěží. Jako první použil v dnešní moderní době zadní protisměrně se otvírající dveře výrobce automobilů Opel, výrobní označení tohoto řešení nazval FlexDoors.
U této konstrukce se dají dveře FlexDoors pro přístup do interiéru otevřít ve velkém úhlu až 84 stupňů, což je mnohem více, než obvyklých 67 stupňů u dveří konvenčních.
Toto řešení je zvlášť pohodlné i pro rodiče, kteří se potřebují nahnout do kabiny při uchycování dětské sedačky nebo při zapínání dětí do sedačky.
29
Když jsou současně otevřené přední i zadní dveře, vytváří se jakási přirozená chráněná zóna – otevřené zadní dveře už neoddělují dítě od rodiče jako doposud. Díky tomu mají rodiče neustále přehled o svých dětech, což je důležité např. při vystupovaní z vozu. I pro řidiče a spolujezdce vpředu je otvírání zadních dveří mnohem přirozenější a pohodlnější, když si například chtějí odložit oděv, tašku nebo deštník na zadní sedadlo.
Znovuzrozená "Nová éra" otevírání dveří a přístupu do kabiny?
Opačné - zrcadlové otevírání dveří umožňuje novou dimenzi přístupu k zadním sedadlům. Asi největší problémy u tohoto řešení, se nenachází ve složitostech konstrukce nýbrž se týkají především bezpečnosti:
Zabezpečit zadní dveře proti možnosti otevření za jízdy. Z důvodu proudícího vzduchu podél automobilu, by i sebemenší pootevření za jízdy způsobilo ve vyšších rychlostech jejich prudké otevření, možnost zničení či poškození dveří, závěsů, omezovače či karoserie automobilu. Při prvních pokusech o toto konstrukční řešení v poválečném období, bylo od tohoto nakonec upuštěno z důvodu vytažení pasažéra , jenž se např. držel vnitřního madla dveří, ven z vozidla. V dnešní době se nabízejí dvě možné řešení. 1. Aktivní např.
elektromagnetická aretace zámku, jenž neumožní dveře otevřít při pohybu vozidla. 2. Prosté mechanické zamezení otevření zadních dveří, jsou-li zavřené dveře přední ovšem současně možnost jejich zavření nehledě na stav dveří předních.
Nezanedbatelným prvkem ve vztahu k bezpečnosti je vliv vypuštění B sloupku, na celkovou tuhost karoserie automobilu. Dle průzkumu zveřejněných konstrukčních dat automobilky Ford, má absence B sloupku vliv na snížení celkové tuhosti karoserie až o 15%. Řešení je nutno kompenzovat zesílením A a C sloupků, zpevněním karoserie rámu a vlastní funkci sloupku převezmou samy dveře. Ke konstrukci je vzhledem k zachování uspořené hmotnosti třeba použití vysoko pevnostních materiálů.
30
Nabízí se možné ohrožení pasažéra vystupujícího z vozidla vlevo po směru jízdy přijíždějícím vozidlem zezadu, jenž by po střetu s dveřmi skončilo v lepším případě přibouchnutím a vážným zraněním končetin pasažéra. Tato hrozba je však v obdobné míře i u klasického typu otevírání a opačné otevírání dveří, nebezpečí nijak nezvyšuje. Potřebná změna např. aktivní elektromechanické aretace, je vzhledem k uvážení celkové složitosti a četnosti tohoto jevu vesměs zbytečná. Dle statistického průzkumu nehod v české republice, zmíněného v úvodu práce, žádná takováto vážná nehoda nebyla zaznamenána.
5. Navrhované koncepty řešení:
5.1. Koncept č.1
Dva závěsy a klasický vysouvající omezovač
Stávající řešení bude nahrazeno řešením principielně podobným, ovšem dveře budou otevírány opačně. Závěsné prvky budou tedy z druhé strany a současně nebude použito B sloupku, jeho funkci převezmou samotné dveře. Bude použit mechanismus složený ze dvou tvářených částí, první (obr.21,poz.2) pevně přidělaná k C sloupku a podpěrné konzoli (poz.1) a druhá část (poz.4) je přišroubována do boční části dveří. Obě části jsou vzájemně rotačně spojeny válcovým čepem.
Z oblasti uložení závěsů, bylo nutné zesílit spojku tlumiče (č.5) a pro statické zajištění a současně spojovací - výztužný prvek použita tvářená plechová konzole (č.1) připevněné k C sloupku. K této pomocné konzoli jsou potom přivařeny či přišroubovány oba závěsy a jedna strana omezovače (č.3). Řešení si vyžádá i drobnou změnu konstrukce C monobloku.
Obr. 20 Model konceptu 1. vnější pohled, zdroj vlastní tvorba SW Catia
31
Závěsy jsou výlisky z vysoce pevného materiálu. Spojný a současně rotační prvek, je válcový čep s hlavou na straně jedné a z druhé strany zajištěný proti vysunutí, vyrobený z rázově houževnatého materiálu vysoce odolného na střih.
Obr. 21,22 Model konceptu 1, zdroj vlastní tvorba SW Catia
Dále, u všech navrhovovaných konceptů s opačným otevíráním, bude z důvodu absence B sloupku nutná změna konstrukce dveří. Designový návrh v současné době plánoval dveře, jenž budou na horní straně mít pouze sklo, jehož podepření - utěsnění nebude do rámu sloupku dveří, ale přímo o střešní konstrukci. Dveře bude tedy nutné zesílit jak ze strany klasického upevnění (od B sloupku) tak přibude i konstrukce rámu dveří, jenž obepne celý prostor okénka. Tento problém, se bude týkat všech navržených konceptů.
5.2. Koncept č.2
Vyklápěcí dveře, dva závěsy v horní části dveří a plynová pružina.
Komplexní mechanismus s opačným otevíráním dveří, jejichž pohyb není pouze v rovině paralelní se zemí, ale dveře se vyklápějí lehce šikmo vzhůru. Pro ulehčení manipulace při otevírání dveří, bude konstrukce doplněna plynovou pružinou. Pružina ulehčí otevírání dveří, v otevřené poloze nahradí funkci omezovače a při zavírání, dveře zbrzdí čímž se zamezí možnému nekontrolovanému pádu dveří či přibouchnutí pasažéra. V tomto konceptu, tedy nebude využit klasický omezovač. Bude nutnost konstrukční změny a použití pevnějšího materiálu na C sloupek, oproti stávajícímu hliníkovému.
32
Obr. 23 Koncept 2, Dveře pohled - výklopné otevírání, zdroj: Vlastní tvorba render
Budou použity dva závěsy. Jejich jedna část (obr.25 poz.1) bude přivařena k C sloupku (poz.3). Současně byla konsrukčně zesílena spojka (poz.5). Jedná se o díl, jenž spojuje celkem 3 výztužné sloupky a zachycuje tlumič od kola. Byla zesílena a prodloužena příruba připojující C sloupek. Poslední konstrukční úpravou, bylo do spojky přidání montážího prvku - příruby, do které je přimontována rotačně uložená plynová pružina (poz.4). Závěsy budou pomocí válcových čepů připojeny ke druhé části závěsu (č.2). Ty budou přišroubovány v horní části nově zesíleného rámu dveří, v úrovni vedle okénka.
Obr. 24,25 Koncept 2, Pohled na závěsy - vyklápející otevírání, zdroj: Vlastní tvorba
33 5.3. Koncept č.3
Nahrazení jedním širokým závěsem s opačným otevíráním dveří.
Původní dva závěsy umístěné s rozestupem nad sebou, byly nahrazeny jedním širokým. Konstrukce je klasického provedení, složena ze dvou dvou pevných částí a čepu. Část první (obr.26 poz.2) je pomocí podpěrné konzole přivařená k rámu karoserie, druhá část (poz.4) je přišroubována ke dveřím. Obě části jsou potom spojeny válcovým čepem, zajiětěným proti vysunutí. Závěs je pomocí podpěrné lisované konzole přesně usazen a přivařen k C sloupku a C vzpěře (poz.1).
Bylo nutné zesílit a prodloužit výstupní části spojky (poz.5), jenž je připevněna k horní části tlumiče a spojuje jednotlivé C výztuhy. Pohyb dveří bude probíhat v rovině paralelní se zemí, proto bude použit výsuvný omezovač, klasického provedení (poz.3).
Při výběru této varianty, by bylo třeba spočítat celkové síly přenášené na hliníkové C vzpěry a případně je nahradit pevnějšími materiály. Jednak z důvodu působení sil a momentu od závěsu a jednak vzhledem k nárůstu požadavku na celkovou tuhost karoserie, při odstranění B sloupku.
Obr. 26,27 Koncept 3, Široký závěs, zdroj: Vlastní tvorba
34 5.4. Koncept č.4
Nahrazení stávajícího závěsu otočným mechanismem s velkým vetknutým ramenem a opačným otevíráním dveří.
Otočné rameno se bude pohybovat ve volném prostoru dveří. Bude použito rameno z plného materiálu. Nahrazení stávajícího řešení závěsem s integrovanou funkcí omezovače, kdy současně bude použito opačné otevírání dveří. Dveře při tomto řešení budou ukotveny ke vzpěrám, procházejícím v zadním monobloku vozidla.
Jedná se o myšlenku, přesunout a ukrýt střed rotace otočné části mimo prostor dveří a dveře ukotvit na "výsuvné rameno". Inspirováno dle vozidla Mazda RX (str.24), kde ovšem vzhledem k zakřivení ramena vzniká v karoserii dosti velký a nevzhledný otvor. Z toho důvodu u tohoto konceptu nebude rameno neschováno do monobloku, ale
oddělena bude pouze část, kde je uložen čep a zakrytován bude od boční plastové části zadní sedačky. Pro vlastní konstrukční řešení bude tedy lehce upraven stávající monoblok. Bude oříznutý v rohové části jenž zasahuje do dveřního prostoru, odkud bude vyjíždět rameno závěsu.
Obr. 28,29,30 Koncept 4. tvářené ploché rameno, zdroj: Vlastní tvorba
35
Dalším důležitým konstrukčním prvkem bude omezovač. Pro návrh uváženo inspirované patentovým průzkumem, kdy je využit rotační tvarový prvek, kde do
"oblých zoubků" jenž jsou rozmístěny po obvodové hraně, přesně dle budoucích požadovaných pozic dveří v jednotlivých krocích a do zoubků bude zapadat lineárně posuvný jezdec, patrně kluzně uložený kalený váleček, tlačený pružinou či elastomerem.
5.5. Koncept č.5
Nahrazení zásuvným mechanismem s kruhovým ramenem
Nahrazení stávajícího řešení vetknutým "zásuvným" závěsem s integrovanou funkcí omezovače. Dveře při tomto řešení budou zásuvným mechanismem ukotveny za zadním blatníkem ke spojce C podpěr s vrchní částí tlumiče.
Obr. 31 Schéma pohybu ramene závěsu - Mazda (vlevo) Po kružnici (vpravo)
Idea řešení otevírání je v základě podobná jako v předchozím konceptu č.4 ("Mazda"), ovšem hlavním rozdílem je umístění (přivaření) tvarového ramene na další rameno, jenž zajistí celému pohybu trajektorii po kružnici. Tato podmínka je zajištěna usazením ramene na rotačního čepu ve středu křivosti ramene. Díky tomuto řešení, bude možné schovat celé "výsuvné rameno" do otvoru v monobloku. Mechanismus tedy bude vyvolávat dojem, jako by se pouze vysouval a rameno viselo vetknuté v díře. Hlavním přínosem je zmenšení nutného otvoru v karoserii pouze na rozměr odpovídající průřezu ramene. Otvor bude utěsněn kompozitním plastovým profilem.
36
Absencí B sloupku, jak již bylo zmíněno výše, klesne celková tuhost karoserie zhruba o 15%. Bude nutný zásah především do A i C sloupku, zadního monobloku, profilů a vzpěr střechy a rámů kolem dveří. Bude požadavek použití vysokopevnostních materiálů.
Obr. 32,33 Koncept 5, pohled na vnější a vnitřní část závěsu, zdroj: Vlastní tvorba
5.6. Výběr konceptu
Z navržených konceptů je třeba vytřídit zhruba polovinu k detailnějšímu rozboru.
Výběr vítězného konceptu inovovaného výrobku je komplexní proces, kdy se porovnávají a bodují jednotlivé navržené koncepty a vybere ten nejvhodnější pro podrobnější zpracování a další kroky. Pro výběr se nejčastěji využívají rozhodovací tabulky, kdy je analyzovaný systém rozložen na množství dílčích kritérií, jenž lze hodnotit. Na základě např. marketingového průzkumu, týmové diskuze a podobně, se jednotlivým kritériím přiřadí významnosti (váhy), suma všech významností v desetinném či procentuálním tvaru musí v součtu zajistit číslo 1, v případě procent tedy 100%. V tomto případě, bylo schválení finálního výběru též předáno k posouzení konstrukci a projektovému týmu společnosti Swell, jelikož je nutné zachovat plánovanou koncepci a myšlenku automobilu.
Dalším důvodem k využití hodnotících tabulek bude posouzení vlivu jednotlivých parametrů z hlediska požadavků přínosu pro zákazníka. Příkladem tohoto střetnutí inovace konstrukce jednoho prvku a celkového pohledu na řešení celého systému je i tento řešený případ otevírání.
37
Byl zpracován a pomocí internetu a sociálních sítí rozšířen jednoduchý převážně grafický dotazník, ze kterého vyplynul jasný požadavek na nutnost změny celého systému.
Původní myšlenka byla na bázi zdokonaleného a komplexního mechanismu zadních dveří ukotvených na B sloupku (či zrcadlově) se systémem otevírání tak, jak je v současné době znám. Z hlediska inovačního vývoje, je však jasná tendence na změnu nikoliv jen prvku, ale celého systému. Korespondentům se jednoznačně více líbila a zaujala varianta s jakýmkoliv jiným způsobem možností otevření dveří, nad dalším propracováváním stávající koncepce.
Určitě se však nejedná o převratné zjištění. Tuto možnost a současný trend na moderní lákavě vypadající řešení si již dříve uvědomilo a do budoucna plánuje zavést mnoho automobilek a můžeme jednoznačně čekat vývoj tohoto nového trendu výrazně kupředu. [23] [24]
5.6.1. Srovnávací kritéria:
Složitost mechanismu - celkový počet dílů a komplexita součástí nutných k sestavení mechanismu.
Funkčnost pro zákazníka - bezpodmínečné zajištění primární funkce pro zákazníka, za použití co nejmenšího úsilí a jakýchkoliv omezení. ( z tohoto důvodu nebyly vůbec řešeny módní koncepty jako např. zvedání dveří vzhůru atd.)
Vnímání změny zákazníkem - Z marketingového průzkumu jasně vyplynulo, že řešení především musí zaujmout svojí inovativností, nápadem na řešení.
Klasický způsob byť sebepropracovanější dnešního zákazníka nijak nezaujme, nového neosloví.
Modernost řešení - řešení inspirováno nejnovějšími trendy posledních let, což je změna způsobu otevírání, opačné otevírání či řešení bez B sloupku.
Spolehlivost mechanismu - Nehrozí uvolnění, zadření, ohnutí.
38
Požadavky na údržbu, seřizování - Potřeba např. dotahování seřizovacího šroubu, mazání lubrikantem, ochrana proti korozi.
Požadavky na čištění - Při vykonávání své funkce se prvek kontinuálně špiní a je potřeba jeho čištění.
Změna principu dosavadního řešení - Změna do dnes používaného principu.
Nebezpečí při používání (skřípnutí, zachycení) - hrozba zachycení např.
kabátu, dětských prstů, bezpečnostního pásu do mechanismu.
Uživatelská nastavitelnost - Sám uživatel má možnost nastavit dle svých potřeb např. doraz omezovače, plynulost otevírání.
Prostor pro nastupování - Z pozice cestujícího bude vnímána změna komfortu - prostoru , kterým nastupuje - vystupuje z vozidla.
Možnost přepravy větších objektů - možnost umístit do vozu rozměrný objekt, jenž se do prostoru bez problému vejde, ale z důvodu malého úhlu otevření dveří není možné dostat zavazadlo dovnitř (jízdní kolo, krabice, kočárek).
Přibližná cena - Odhad celkových nákladů na materiál a výrobu mechanismu.
Složitost výroby - Požadavky na výrobu zařízení.
Složitost sestavení - Náročnost při zabudování mechanismu do automobilu.
Implementace kabeláže - Možnost vedení a ochrany kabeláže samotným mechanismem.
Počet prvků propojení dveře + karoserie - V současném řešení jsou z auta do dveří vedeny celkem 4 součásti (2x mechanismus, 1x omezovač, 1x krytý kabelový svazek ).
39 5.7. Hrubé roztřídění konceptů
Kritérium Koncepty
1 2 3 4 5
Složitost mechanismu 0 0 0 - -
Funkčnost pro zákazníka 0 + 0 0 0
Vnímání změny zákazníkem 0 + + + +
Modernost řešení 0 + + - +
Spolehlivost mechanismu 0 - 0 + +
Požadavky na údržbu, seřizování 0 - 0 + +
Požadavky na čištění 0 - 0 + +
Změna principu dosavadního řešení - 0 0 + +
Nebezpečí - skřípnutí, zachycení + - + - +
Uživatelská nastavitelnost - 0 - 0 0
Prostor pro nastupování - - + - +
Možnost přepravy větších objektů + + + + +
Přibližná cena 0 - + - -
Složitost výroby 0 0 0 + -
Složitost sestavení 0 0 0 0 0
Implementace kabeláže 0 0 0 0 +
Počet prvků propojení dveře - karoserie - - + + +
Další potenciál pro vylepšení - + - + +
Optimalizace použitím lepších materiálů 0 0 + 0 +
Celkem " + " 2 5 8 9 13
Celkem " 0 " 12 7 9 5 3
Celkem " - " 5 7 2 5 3
Skóre celkem -3 -2 6 4 10
Pořadí 2 3 1
Další postup Ano Ano Ano
Tab. 1 Roztřídění konceptů
