változatokra optimalizálni. Hasonló tervezési optimumra törekvés a hagyományos módon, tényleges

Átírás

1 A Mercedes-Benz E-osztály karosszériája A jármû komplex rendszerében a nyers karosszéria kialakítása központi integráló szerepet tölt be. A tervezõk a fejlesztés során az elõzõ modellnél elért eredményeket a szerkezet merevsége, a megfelelõ minõségû hosszú élettartam, a könnyûépítés és nem utolsósorban a biztonság területén intenzíven megnövelték. Az E-osztály új karosszériája ezért a zajés rezgéskomforton kívül megbízható menetstabilitásával, és nagyon jó javíthatósági jellemzõivel tûnik ki a kisebb sérülési és ütközési nyomok megszüntetésében. A jármû egységes biztonsági koncepciójához hozzá tartoznak a továbbfejlesztett visszatartó rendszerek, azaz az övfeszítõk és a légzsákok is. A legújabb karosszériák tervezését nagymértékben segítik a különbözõ programok alapján lefuttatott számítógépes szimulációs kísérletek akár 100-as nagyságrendû változatban is az egyes paraméterek, alkatrészkialakítások, egységek optimalizálása érdekében. A több testes (bábus) szimulálással lehetséges az utasok igénybevételét a különbözõ ütközési változatokra optimalizálni. Hasonló tervezési optimumra törekvés a hagyományos módon, tényleges kísérletekkel elvégezhetõ kísérletsorozat, számos technikai, elsõsorban azonban gazdaságossági akadály miatt, ma már el sem végezhetõ. Kiemelt tervezési célkitûzés volt a stabil, biztonságos utastér kialakítása, az ebbõl következõen az ütközéskor kialakuló jármûlassulással és a visszatartó rendszerekkel együtt. A homlokfal, a fenékvázcsoport, az oldalfalkeret a küszöbbel, az A- oszlopok és a tetõkeret együttesen alkotják a merev, biztonságos utasteret. Mint cikkünkben is látni fogjuk, ezek az alkatrészek, részegységek a korszerû tervezéssel, a rendelkezésre álló fejlesztett anyagválasztékkal és gyártástechnológiai újdonságaikkal a karosszériafejlesztés meghatározó összetevõi. Így sikerült elérni a jármû elsõ részének frontális ütközési energia felvételé- re tervezett kialakításával a jármû kiegyensúlyozott ütközési lassulását, amely alapja a légzsákok és a visszatartó/megtámasztó rendszerek hatékony mûködésének. Oldalütközés (50 km/h) esetére is biztosítandó célkitûzés volt a szerkezeti részek minél kisebb mértékû benyomódása az utastérbe és a bennülõkre ható erõk egyenletes eloszlása. Ezt a célt szolgálja az A- és B-oszlopok, a tetõszerkezet, valamint a küszöbrész megerõsítése, az ülés alatti kereszttartók beépítése. Külön kiemelésre tarthat igényt az ajtók speciális merevítése az ajtó becsuklásának elkerülésére, az egyenletesen eloszló minimális behatolási mélység alacsony értéken tartása érdekében. Hátsó ütközésnél teljesíteni kell az US- FMVSS 301 elõírásait, a 30 mph vagy 48 km/h sebességgel történõ felütközést merev akadályon. A tervezõk már ma gondolnak a 2005-tõl hatályos elõírásra is, amely 70%-os átfedéssel 50 autótechnika 2002/11

2 és 80 km/h sebességgel végrehajtott felütközésre rugalmasan deformálódó akadályon elõírja az utastér sértetlenségét és a tüzelõanyag-tartály tömítettségének a megmaradását. A jármû felborulására vonatkozó elõírásokat a jármû keresztirányú tengelye körüli bukfenccel 48 km/h, míg a hossztengelye körül végrehajtott csavarszaltó esetén 70 km/h sebesség mellett kell teljesíteni. Az alábbiakban a teljességre törekvés igénye nélkül ismertetett kialakítások jól tükrözik a fentebb vázolt célkitûzések teljesítése érdekében tett lépéseket. A karosszériagyártás új koncepciója és jellegzetes alkatrészei Az új karosszéria kifejlesztésénél figyelembe kellett venni az NCPA elõírásait, vala- 1. ábra: oldalfal kialakítása háromrétegû kivitelben, teljes hosszban megerõsített küszöbbel mint az elõzõ (W210) modellhez képest betervezett 18%-os merevségnövelést, mint tervezési célkitûzést. Az eddig szokásos megoldásokhoz képest végrehajtott szerkezeti változtatások: A komplett oldalfal háromrétegû kialakítása (1. ábra). A küszöb megerõsítése teljes hosszban egy betét alkalmazásával. A két A-oszlop közötti homlokfalba kereszttartó beépítése (2. ábra). Felsõ elhelyezésû, növelt szilárdságú hossztartó elem (piros) elhelyezése a homloklemezen (3. ábra). Kiegyenlítõ tartókeret a hátsófal tartományában (4. ábra). Összességében a vezetõülés alá beépített kereszttartóval, a növelt szilárdságú csõvel szerelt B- oszloppal és a kétrétegû tetõmerevítéssel alakult ki az utasteret körbefogó merevítés (részletesen látható a címképen). A merevség növelését nagyban elõsegítette a közel 30 m hosszú ragasztott kötés nagy szilárdságú ragasztóanyag felhasználásával, melyet sorozatgyártásban a Mercedes-Benznél itt használtak elõször. (Ennek a technológiának az alkalmazásával találkozunk a VW Phaetonnál is.) Számos alkatrészt a nyers karosszériához ún. feszültségmentes fûzéssel, azaz minimális hõ bevitelével rögzítettek, elõsegítve ezáltal a nagyobb méretpontosságot. Az egyes alkatrészek peremrészeit úgy alakították ki, hogy bizonyos méreteltérések már a lemezek egymáshoz illesztésekor kiegyenlíthetõk legyenek, és a karosszériaelemekben az összehegesztést követõen így kisebb feszültségek ébredjenek. A könnyûszerkezetes építés és egységei Az E-osztálynál legfontosabb könnyûszerkezetes anyagokat az alumínium és a növelt szilárdságú acélok jelentik. Alumíniumból készül többek között a motorházfedél, az elsõ sárvédõk, a homlok- és hátmodul, valamint a csomagtartófedél, a belsõ felületeikre erõsített összes elemi alkatrésszel együtt (5. ábra). A növelt szilárdságú lemezalkatrészek részaránya 20%-ról 2. ábra: homlokfalat erõsítõ kereszttartó az A- oszlopok között 37%-ra növekedett. Külön kiemelendõ a DP600-as kétfázisú acél alkalmazása, továbbá a lézerrel összehegesztett platinák alkalmazása a fenéklemez komplettírozásánál, a hátsó tengely feletti kereszttartónál és az oldalfalnál. Elõször használtak a karosszéria építéséhez merevítõként rugalmasan hengerelt acéllemezt a fenéklemez és a küszöb csatlakozásánál. A hengerlés során a platinából folyamatosan, egyenletesen változó vastagságú acéllemezt (6. ábra) hengerelnek, ezáltal elõsegítve az ütközési energia homogén elvezetését. A már más modelleknél alkalmazott modulépítést itt is alkalmazzák az alumíniumból gyártott, a nyers utastérhez csavarral rögzített homlok- és 3. ábra: felsõ tartó a homlokfalon piros színnel autótechnika 2002/11 51

3 4. ábra: kiegyenlítõ, összekötõ tartókeret a hátlap tartományában hátmodul tartóinál (7. ábra), megkönnyítve ezáltal ezen egységek javítását. Említésre érdemes még az integrált kereszttartó (8. ábra), ahol az egyes alkatrészek a már általunk is jól ismert legkülönbözõbb alakzatok elõállítását lehetõvé tevõ belsõ nagynyomású sajtolási technológiával (IHU) készülnek növelt szilárdságú lemezekbõl, melyeket speciális hegesztéssel egyesítenek. Tömege, az elõdjével azonos merevségi és szilárdsági jellemzõk mellett, 25%-kal kisebb. A könnyûszerkezetek között megemlíthetõ még a mûanyagból készülõ nyeregtank (65, ill. 80 literes) és a pótkeréktartó fazék, valamint a magnéziumból gyártott kereszttartó (9. ábra) a mûszerfalhoz. Korrózióvédelem A 30 éves garanciaígéret, melyet a Mercedes-Benz szerte Európában sok ügyfelének ajánl, a karosszéria igényes korrózióvédelmén alapul. A lemezek 70%-a cinkkel bevont, az igénybevételnek megfelelõen egyik vagy mindkét oldalán, elektrolitikus vagy tûzi technológiával felhordva. Az elektrolitikus úton felvitt cinkrétegre rozsdavédõ pigmenteket tartalmazó organikus lakkot visznek fel. A lakkréteg vastagsága csupán 2 4 mikron, mely sem a sajtolás, sem a ponthegesztés során nem sérül meg. Számos alkatrésznél, pl. az elsõ résznél, a hossztartónál, az ajtók belsõ borításánál a kétoldalú organikus bevonást alkalmazzák, az üregeket pedig speciális gyantával töltik ki. A környezetvédelmi szempontból kritikus PVC-t a fenéklemez védelménél mellõzik. A fenéklemez, valamint a motor, a kerékjáratok, a külsõ lemezek védelmére szálerõsítésû burkolatokat használnak, melyek a korrózióvédelem mellett a kõfelverõdés ellen is hasznosak és könnyen fel-le szerelhetõk. 5. ábra: alumíniumból készült burkolólemezek Az ajtók kialakítása A fejlesztésben kiemelt figyelmet fordítottak az ajtórendszer kialakítására (10. ábra). Az ajtó alkatrészei 97%-ban növelt szilárdságú acélból készülnek. A belsõ rész, a tailord blank lemez helyett, egyetlen azonos vastagságú és minõségû lemezbõl készül, a jelentõsen továbbfejlesztett, növelt szilárdságú IFHR acélból. Ez az anyagminõség tette lehetõvé mélyhúzható, különleges profilkialakítású új ablakkeret-változat elõállítását. Az ajtók forgópántjainak módosított kialakításával 27%-kal sikerült az illesztési hézagot csökkenteni. Tovább mérsékelték az A-oszlop által takart terület nagyságát is. Kötési eljárások Az elõzõ modellekkel szemben itt a hagyományos ívhegesztési varratokat teljesen mellõzték. A ponthegesztés mellett bevezették a nagy sebességû dudorhegesztést, a hegesztési dudorszám szükséglet csökkentése érdekében. Egyre szélesebb körben alkalmazzák a vágószegecses kötést, a hozaganyag hozzáadása nélküli sajtoló kötést mely az összefûzendõ lemezek nyíró sajtolásából, majd hideg tömítésébõl, mintegy szegecsfejkialakításból áll és a peremezést. A belsõ rész és a burkolólemez peremezési helyein szerkezeti ragasztó alkalmazásával növelték az ajtók merevségét. A rezgésviszonyok optimalizálása érdekében pedig, csillapító pasztát vittek fel a burkolat belsõ oldalára. Ezek helyének megállapítása számítógépes szimulálással történt. Az ajtók ütközési szilárdsága Már az elõzõekben is hivatkoztunk néhány merevítésre, például a küszöbnél, mely megnövelte az oldalütközéssel szembeni ellenállást. Az oldalütközéssel szembeni fokozott védelmet szolgálja az ajtóba beszerelt növelt szilárdságú, hidegen alakított acél N/mm 2 -nél nagyobb szakítószilárdsággal, kettõs kalap kialakítású profil- 6. ábra: egyenletesen változó vastagságúra hengerelt betétidom 52 autótechnika 2002/11

4 7. ábra: szerelhetõ kivitelû homlok- és hátfalmodulok alumíniumból jával, enyhén megemelt magasságával. A tervezõk minden finomságra kiterjedõ alaposságát mutatja, hogy ezt a merevítõt kissé magasabban helyezték el. Kedvezõbbé vált ezáltal az alsó küszöbrészben és ajtórészben az ütközési energia leépülése, de egyúttal csökkentette az ajtó benyomódását (utastérbe hatolását) az ajtó A- és B-oszlopokra történõ feltámaszkodásával. A hátsó ajtókat egy átlós elhelyezésû betétlemezzel erõsítették meg, amely a B-oszlopokra és a kerékházon átvezetve a hossztartóra támaszkodik fel, illetve építi le a bevezetett ütközési energiát. Az ajtók tömítése és akusztikája A próbautakon, az akusztikai laboratóriumban és a szélcsatornában folytatott vizsgálatok alapján kialakított tömítési rendszer a menetszélzajokat szinte teljesen kiszûri. Már az elõzõ modelleknél is alkalmazott a réstömítésbõl, a fõtömítésbõl és az élvédelembõl álló háromszoros tömítést kiegészítették a sárvédõk felcsapódó víz elleni védelmével is. Az ajtók alsó éleit pedig még be is burkolták. Biztonság a legmagasabb fokon Az új E-osztály biztonsági kialakításának az alapja a nagyon stabil, biztonsági dobozként létrehozott utastér, valamint a továbbfejlesztett visszatartó rendszer. Az utastér nagy stabilitásához a sokoldalú baleseti igénybevételek a frontális, az oldal- és a hátsó részhez ütközés, valamint a felborulás kivédéséhez hatékony konstrukciós és anyagminõségi változtatások járultak hozzá, melyeket az elõzõ fejezetben ismertettünk. Az elsõ és a hátsó rész célzott kialakítása gyûrõdési zónaként A frontális ütközéskor az energiaelnyelés növelése érdekében a deformálódó zónákat következetesen megnövelték, 8. ábra: az IHU-eljárással sajtolt és speciális eljárással hegesztett integrált kereszttartó változatlan szilárdság mellett 25%-kal könnyebb és az erõfolyam útját optimalizálták. Ez eredményezte többek között a lényegesen homogénebb jármûlefékezõdést frontális ütközés esetén. Az ennek érdekében tett intézkedésekhez tartoztak például: A célzottan programozott gyûrõdési zónák a hossztartó alsó részében. A két darab felsõ hossztartó elem. A homlokfal megerõsítése a kereszttartóval és erõsítések, az A-oszlo- pon fellépõ erõknek az utastérbe történõ optimális bevezetése és a homlokfal benyomódásának csökkentése érdekében. Több lengõkaros elsõ tengely a háromszög kialakítású helyett, megnövelve ezzel az alakváltozás útját, valamint az acélból kialakított integrált tartó az elsõ tengelyen (11. ábra). A hossztartót a hátsó tartományban zárt derékszögû keresztmetszettel alakították ki, a nagyobb energiaelnyelés érdekében. A tüzelõanyag-tartályt védett területen a hátsó tengely elõtt, az ülés alatt helyezték el. Ezzel sikerült teljesíteni egy rövidesen hatályba lépõ amerikai elõírást a tartály tömítettségére vonatkozóan (FMVSS 301). Mint már említettük, a tömítettségi vizsgálatot 80 km/h sebességgel hátsó felütköztetéssel kell elvégezni, garantálva a sérülésmentességet és a tömítettséget. Intelligens érzékelõk és támasztórendszerek A támasztórendszerek az érzékelõkkel együttmûködve döntõ szerepet játszanak az utasok védelmében (12. ábra). Az övfeszítõ ereje a bennülõk terhelésének csökkentése érdekében korlátozható. A frontális ütközéskor bekövetkezõ övfeszítés után, a bennülõk elõre billenése miatt egy meghatározott értékig tovább növekszik az övfeszítõ erõ. A bennülõ még jobban belehajlik a légzsákba, de az övfeszítõ ekkor már utánaenged. A mellterhelés lehetséges alacsony értéken tartása érdekében súlyos balesetnél egy meghatározott idõ után, miután az utas már mélyen 9. ábra: egyenes kereszttartó a mûszerfalhoz magnéziumból 54 autótechnika 2002/11

5 benyomult a légzsákba, az övfeszítõ alacsonyabb szintre kapcsol. Ezek a mûveletek az öv feltekerésével, illetve letekerésével adott parancsra pirotechnikailag játszódnak le. Az utas elõre billenésével a teleszkópos kormányoszlop maga is összenyomódik, csökkentve egyúttal az utas mellének a terhelését. Egy számított erõszint felett pedig a kormányoszlop el is hajlik. Az oldalütközés esetén az információk idõben történõ továbbítása érdekében az ülés kereszttartóján szatellit érzékelõket helyeztek el. Ezzel lehetõség nyílik az elülsõ ülésbe integrált 9 literes oldallégzsák és a kb. 12 literes ablaklégzsák koraibb kioldásának biztosítására. Világújdonság a felborulásérzékelõ, amelynek információi alapján bizonyos helyzetekben a központi vezérlõkészülék értékeli a kapott, elsõsorban a keresztirányú mozgással összefüggõ adatokat és kioldja, mûködésbe hozza az övfeszítõt és az ablaklégzsá- 10. ábra: az ajtó kialakítása kot, hogy a bennülõket az ülésen tartsa. Célszerû még megemlíteni, hogy súlyos esetekben az ajtók automatikusan kireteszelõdnek, a vezeték lezárásával a tüzelõanyaghozzáfolyás megszûnik, és a vészvillogó bekapcsol. Külön tartozékként automatikus segélyhívó készülék változatok is beépíthetõk. Javítási elõnyök 15 km/h sebességgel, merev akadályba ütközve mely az Allianz-Zentrum 1 homlokérzékelõk 6 oldallégzsák az elsõ ülésekhez 2 kétfokozatú utaslégzsák 7 övfeszítõ, adaptív erõkorlátozóval 3 mûködtetõ egység borulásérzékelõvel 8 ablaklégzsák 4 utasfelismerõ tömegosztályozással, 9 oldallégzsák hátul egyúttal automatikus gyerekülés-felismeréssel 10 övfeszítõ erõ korlátozóval hátul 5 kiegészítõ érzékelõ az oldallégzsákhoz 11 a vezetõi légzsák kétfokozatú 12. ábra: intelligens érzékelõk és visszatartó rendszerek 11. ábra: az új E-osztály elsõ tengelye elõírt igénye a nyers karosszéria sértetlen marad. Hála a csavarozható elsõ és hátsó moduloknak, elmaradhat az idõigényes egyengetés és hegesztés. A rögzítés és felfogás optimalizálása révén az elsõ sárvédõk, a hûtõ- és a klímakondenzátor ilyen felütközésnél ugyancsak sértetlen marad. Végkövetkeztetések A Mercedes-Benz E-osztály karosszériáján végrehajtott fejlesztések bemutatásával reméljük, sikerült rávilágítani azokra a legújabb megoldásokra, melyek más gyártók új fejlesztésû modelljeinél hasonlóan fellelhetõk. Néhány a trendbõl, a valóságból: A számítógépes szimulálással a legkedvezõbb konstrukció kialakítása válik lehetõvé a sok-sok változat elemzése alapján. Tovább hódít a könnyûszerkezetes építési mód a növelt szilárdságú vékonyabb lemezek alkalmazásával, az egyéb területen jelentkezõ többlet tömegigény ellensúlyozása érdekében. Növekszik az IHU-eljárással gyártható alkatrészek köre. Teljesen háttérbe szorulnak a nagyobb hõbevitellel járó hegesztési eljárások. Bõvül a ragasztásos kötések köre, mellyel növelhetõ a szerkezet szilárdsága és csökken a rezgési hajlama. Az utascella sértetlenül maradása az elõírt ütközési sebességek esetén egyre inkább teljes védelmet nyújt a fizikailag elfogadható ütközési fajtákon belül. Dr. Pordán Mihály autótechnika 2002/11 55