автореферат диссертации по искусствоведению, специальность ВАК РФ 17.00.06
диссертация на тему: Дизайн бамперов легковых автомобилей малого класса с применением полимерных материалов

Полный текст автореферата диссертации по теме "Дизайн бамперов легковых автомобилей малого класса с применением полимерных материалов"

Зайцев Игорь Андреевич

ДИЗАЙН БАМПЕРОВ ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ МАЛОГО КЛАССА С ПРИМЕНЕНИЕМ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 17.00.06 - Техническая эстетика и дизайн (технические науки)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2009

003484200

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете «МАМИ».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Ершов Михаил Юрьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Галанин Сергей Ильич

кандидат технических наук, профессор Степанов Игорь Сергеевич

Ведущая организация: Государственный научный центр РФ Центральный научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт НАМИ, г. Москва.

Защита состоится 26 ноября 2009 года в 12.00 на заседании Диссертационного совета Д 212.119.04 в Московском государственном университете приборостроения и информатики по адресу: 107846, г. Москва, ул. Стромынка, 20, ауд. 360.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного технического университета приборостроения и информатики

Ваши отзывы на автореферат диссертации, заверенные печатью, в двух экземплярах просим направлять по указанному адресу.

Автореферат разослан «26» октября 2009 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета, д.т.н., профессор

Соколова М. Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Автомобиль как средство транспорта обладает не только огромными преимуществами, но и является средством повышенной опасности. Ежегодно на дорогах всех стран мира под колесами автомобилей погибает 1.2 миллиона человек, до 50 миллионов человек получают увечья. Поэтому создание безопасных конструкций автомобиля является актуальной задачей.

В отечественной практике до последнего времени проблеме безопасности конструкции уделялось недостаточно внимания. Внедрение новых компонентов безопасной конструкции, новых материалов и технологий существенно отстает от зарубежных производителей. Применительно к дизайну кузова, наиболее значимыми являются передний и задний бамперы или детали кузова их заменяющие, поскольку они первыми входят в контакт с препятствием или с пешеходом. В исследованиях отечественных и зарубежных авторов бампер рассматривается либо как самостоятельный защитный элемент конструкции вне системы «кузов-автомобиль», либо исследуются отдельные аспекты дизайна вне комплекса функций, материала и технологии. В настоящей работе дизайн, конструкция и функциональные качества бампера исследуются во взаимосвязи с эволюцией конструкции кузова легковых автомобилей, совершенствованием материалов и технологий производства, предлагается метод решения задач практического проектирования. Большой вклад в разработку научно-технической задачи проектирования бамперов внесли Покровский Ю.Ю., Ремнев К.С., Степанов И.С., Ломакин В.В., Долматовский Ю.А., Балабин И.В., Рябчинский А.И., Аппель Н., Крамер Ф., Карунин А.Л., Рабинович Б.А. и др. На необходимость комплексного подхода к решению названной задачи указывает большое разнообразие конструкций и форм бамперов и постоянная эволюция не только дизайна, а также материалов, технологии и функциональных свойств бамперов.

Выявление зависимости функции и дизайна бамперов легковых автомобилей малого класса от материалов и технологий их изготовления является актуальной нучно-технической задачей.

Цель работы -

Разработка системы проектирования бамперов легковых автомобилей малого класса с использованием полимерных материалов, обеспечивающих заданные свойства.

Задачи исследования:

1. Провести анализ дизайна бампера легковых автомобилей малого класса и его элементов на различных исторических этапах развития автомобилестроения.

2. Провести анализ функциональных свойств бамперов в системе «кузов-автомобиль» для легковых автомобилей малого класса.

3. Провести анализ материалов и технологий, применяемых для производства бамперов легковых автомобилей малого класса.

4. Установить взаимосвязи функции и дизайна бамперов с материалами и технологиями их производства.

5. Определить классификационные признаки бамперов и классифицировать бамперы как важный элемент кузова.

6. Разработать системный подход к проектированию бамперов, отвечающих требованиям пассивной безопасности, аэродинамики и дизайна, и применить его на практике для создания бампера с заданными качествами на основе использования полимерных материалов.

Научная новизна:

1. Определены основополагающие параметры проектирования бамперов, обеспечивающие наиболее полную реализацию его функции и дизайн.

2. Определены классификационные признаки бамперов, создана классификация бамперов легковых автомобилей малого класса, характеризующаяся изменением функциональных свойств, материалов и технологий.

3. Установлена хронологическая закономерность эволюции дизайна бамперов легковых автомобилей малого класса в зависимости от изменения функций, материалов и технологий их изготовления, включающая три основных этапа развития дизайна бамперов.

4. Выявлены три группы функциональных задач проектирования бамперов:

- по безопасности конструкции;

- по аэродинамике;

- по проектному решению дизайна бамперов.

Практическая значимость результатов работы.

1. Разработан метод проектирования бамперов легковых автомобилей малого класса, включающий три группы задач, обеспечивающих функциональные свойства бамперов.

2. Метод проектирования применен в разработке дизайн - проектов экспериментальных и серийных автомобилей марки «Москвич» (АЗЛК), «Арбат» (АЗЛК), «Тетра» и «Курара» (СКБ «МАМИ»), ЗАО «СПМОТОРС».

3. Разработанные дизайн - проекты защищены Свидетельствами на промышленные образцы №10632 «Легковой автомобиль», № 13618 «Комплект буферов легкового автомобиля», № 16850 «Комплект пластмассовых буферов для транспортного средства», № 22034 «Комплект пластмассовых буферов для транспортного средства».

Практические достижения отмечены бронзовой ((1984 г.) и серебряной (1988 г.) медалями ВДНХ СССР.

Личный вклад автора состоит в обобщении теоретических и экспериментальных исследований и положенных в основу системы проектирования бамперов, выполненных самостоятельно; практических разработок, выполненных совместно с сотрудниками Центра художественного конструирования АЗЛК. Автор является разработчиком дизайн-концепции и дизайн-проектов новых образцов автомобилей «Москвич», «Арбат», «Тетра», «Кура-

ра», участвовал в аэродинамические исследованиях, в тестировании и испытаниях новых автомобилей и подготовке серийного производства.

Достоверность научных положений и результатов исследования.

Теоретические положения обобщенной оценки функций и дизайна бамперов автомобилей малого класса базируются на современных представлениях о механизме поглощения кинетической энергии удара при дорожно-транспортных происшествиях (ДТП), медицинских данных последствий ДТП для пассажиров автомобиля и пешеходов, на типах получаемых повреждений и взаимосвязью свойств бамперов с физическими свойствами автомобильного кузова. Применены методики экспертной оценки и статистической обработки данных. В работе использованы вычислительные методы и графические программы.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались на научно-технической конференции «Информация и Технология» МГУПИ (Москва, 2009г.), на Международном научном симпозиуме «Автотракторостроение-2009» (Москва, МГТУ «МАМИ», 2009г.). Промышленные изделия, выполненные с использованием материалов диссертации, представлялись на выставках и автосалонах: в Москве, Брно; Лейпциге; Париже; Барселоне; Пекине; Дамаске; Измире; Белграде; Салониках.

Автор является консультантом по вопросам дизайна и постоянным автором в газете «Авторевю».

Публикации

По теме диссертации опубликовано 7 статей, в том числе 2 статьи в реферируемых журналах по перечню ВАК, получено 4 Свидетельства на промышленный образец: №№ 10632, 13618, 16850,22034.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и библиографии из 79 наименований. Объем работы составляет 125 страниц машинописного текста, включая 97 рисунков, ¿таблицы и 7 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражена актуальность темы диссертации, дана оценка проблемы безопасности конструкции и дизайна автомобиля как комплексной задачи. Показан ряд факторов, влияющих на дизайн бампера и его роль в сложной системе, каковой является «автомобиль». Сформулированы: научная идея и цель работы; раскрыты: научная новизна и практическая значимость исследования.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» рассматриваются факторы, влияющие на формообразование автомобильных бамперов, их место в системе «кузов-автомобиль». Наиболее важными факторами являются следующие: компоновка, безопасность конструкции, аэродинамика, новые материалы, потребительские свойства. Установлены взаимосвязи функции и дизайна бамперов с материалами и технологией их изготовления.

На основании изложенного в первой главе, сформулирована цель работы и поставлены задачи исследования.

Во второй главе «Выявление классификационных признаков н создание классификации автомобильных бамперов» рассматривается эволюция дизайна и функции автомобильных бамперов на различных этапах их развития. Выявляются классификационные признаки и проводится классификация бамперов.

Выявлены семь конструктивных типов бамперов. Установлено, что в процессе совершенствования кузовов легковых автомобилей бампер последовательно принимал следующие формы профиля: I - образный, С - образный, Б - образный, П - образный, овальный, «безопасный», форму «интегрального узла». При этом последовательно происходило улучшение аэродинамических свойств бампера, а функция защиты постепенно теряла свою значимость.

Выделены три этапа развития конструкции бамперов:

- на первом этапе (1920-1970) были реализованы I - образный, С- образный, $ - образный и П - образный типы конструкции. При этом бампер рассматривался как самостоятельный элемент, предназначенный для защиты кузова при столкновениях на малых скоростях. На первом этапе развития конструкции бампер играл также важную декоративную роль, в то время как аэродинамические свойства бампера во внимание не принимались;

- на втором этапе (1965-1975) делались попытки создания безопасного бампера, способного поглощать энергию удара в случае ДТП, без потери автомобилем способности самостоятельно двигаться. При этом функции аэродинамики и дизайна отступали на задний план;

- на третьем этапе (1985-н.в.) своего развития бампер сохранил функцию защиты кузова на малых скоростях (до 8 км/час), которой добавлены требования защиты пешехода, обеспечение высоких аэродинамических свойств и оригинального дизайна.

Рис.1. Классификация конструктивных профилей бамперов легковых автомобилей, периодизация профилей, применяемых материалов и технологий.

/

Установлена классификация конструктивных профилей бамперов, периодизация их применения, виды используемых материалов и технологий. Классификация бамперов легковых автомобилей малого класса приведена на рис. 1.

Установлена зависимость формы бамперов (пластика формы, композиционная целостность формы, сложность формы) легковых автомобилей малого класса от технических требований, потребительских свойств и технологических возможностей.

Установлено, что сложность формы и совмещение функций бамперов современных автомобилей порождает необходимость использования для их производства полимерных материалов.

По материалам второй главы установлено, что в процессе эволюции изменялись функции бампера и их значимость. Выявлены пять основных функций бампера: - защита кузова, защита пассажиров, защита пешеходов, функция аэродинамики и функция дизайна.

Также установлено, что в современном автомобиле бампер утратил самостоятельную роль и является элементом «интегрального узла», объединяющего в себе ряд некогда самостоятельных элементов: воздухозаборники, спойлеры, детали облицовки радиатора, места установки осветительных приборов. Форма переднего бампера в составе «интегрального узла» оказывает существенное влияние на:

- величину аэродинамического сопротивления;

- распределение воздушных потоков для охлаждения агрегатов под

капотом и передних тормозов;

- величину прижимной силы на высоких скоростях движения;

- величину защитных качеств относительно пешехода.

В третьей главе «Конструктивные особенности, материалы и технологии изготовления автомобильных бамперов» проводится анализ нормативных и потребительских требований, конструктивных особенностей,

материалов и технологий для изготовления автомобильных бамперов. Рассмотрены основные виды столкновений, их тяжесть для пассажиров и самого автомобиля, систематизированы внешние повреждения кузова. В этой главе также рассматривается механизм деформации и процесс поглощения энергии удара, что принципиально влияет на конструкцию и выбор материала бампера.

Рассматриваются конструктивные материалы, в первую очередь полимеры, и технологии изготовления бамперов современных легковых автомобилей. Определены три периода материало-технологических особенностей конструкции автомобильных бамперов:

- холодная обработка стального проката и тонколистовой стали (19201970гг.);

- прессованный профиль из алюминия (1965-1995гг.);

- литье термопластов и композитных материалов (1980- н.в.).

С точки зрения дизайна в безопасном «интегральном узле» выделяются три основные зоны:

- выступающая «контактная» часть с дополнительными накладками из эластичного материала;

- нижняя часть, отвечающая за аэродинамику;

- верхняя часть, объединяющая облицовку радиатора и панель передка.

Таким образом, в главе три установлено, что выполнение ГОСТов, международных Правил и требований существенно влияет на дизайн бамперов, в то же время, позволяет значительно повысить защитные функции бамперов. Однако отдельно взятый бампер не способен обеспечить оптимальные условия поглощения кинетической энергии в случае удара. Для обеспечения приемлемого с позиций выживания замедления при столкновении бампер и кузов автомобиля должны совместно гасить энергию удара на определенном пути деформации и за возможно большее время.

В четвертой главе «Функции и дизайн бамперов. Экспертная оценка значимости функций и дизайна бамперов» приведена методика и ре-

зультаты экспертной оценки значимости различных функций и дизайна бамперов легковых автомобилей малого класс. В целях объективной оценки значимости отдельных функций бамперов на различных этапах их эволюции была проведена экспертная оценка этих функций среди научно-технической общественности.

Для проведения экспертной оценки был разработан опросный лист и составлен список экспертов. Опросный лист содержит семь типов конструктивных профилей бамперов, пять функций бамперов, периодизацию каждого типа профилей и схематические изображения бамперов, соответствующие определенному типу профиля. Оценка значимости функций каждого типа профиля проводилась по 10-ти бальной шкале и исходила из принципа признания экспертами предложенной классификации. В оценке приняли участие 12 экспертов из МГТУ «МАМИ» (кафедра «Автомобили», кафедра «Дизайн»), Музея экипажей и автомобилей (Москва), редакции газеты «Авторевю».

Результаты опроса обрабатывались в компьютерной программе Excel. Результаты математической обработки экспертных оценок представлены на рис.2 ирис. 3.

Рис.2. Изменение значимости защитных функций бамперов легковых автомобилей (1- защита пешехода; 2- защита пассажира; 3- защита кузова)

Из рисунка 2 видно, что функции бамперов по защите кузова и пассажиров возрастали в период с 50-х по конец 70-х и к началу 80-х достигли своего максимума. В то же время защита пешеходов, возраставшая вместе с другими защитными функциями, с середины 80-х получает приоритетное развитие и к концу XX века становится доминирующей защитной функцией переднего бампера.

ю

э

8

7

§ 6

а

о

а 5

к

х

® л я- 4

О

3 2 1

-.............» у ;

ч

// /

Г- -нк.^/

У> / - ^ /

л--* У /

г-- с«-»'' /

О 1920

1

2

1940

1980

2000

1960 Годы.

Рис. 3. Изменение значимости функций аэродинамики и дизайна бамперов легковых автомобилей (1 - функция дизайна; 2 - функция аэродинамики)

На рис.3 видно, что с конца 70-х значимость дизайна и аэродинамики сближается и к началу XXI века они становятся доминирующими функциями бамперов легковых автомобилей.

Из результатов экспертной оценки следует, что функциональное назначение бампера менялось вследствие развития конструкции автомобиля и технологических возможностей производства. В процессе эволюции бампер из защитного устройства превратился в элемент дизайна кузова, так называемый «интегральный узел», и выполняет декоративно - вспомогательную роль, совмещая функции защиты, аэродинамики и дизайна.

Целью дальнейшего исследования является определение конструкции бамперов автомобиля малого класса, обеспечивающей выполнение комплекса требований пассивной безопасности, аэродинамики, технологичности производства, экономической целесообразности и свободы дизайнерского решения.

В пятой главе «Метод системного проектирования бамперов легковых автомобилей» описывается метод проектирования бамперов легковых автомобилей, разработанный в связи с закономерной необходимостью усложнения формы и функции бампера.

Разработанный метод проектирования бамперов легковых автомобилей, включает три группы задач, решение которых обеспечивает функциональные свойства бамперов:

Первая группа задач обеспечения защитных свойств включает в себя общую компоновку, нормативные требования, ГОСТы и Правила, требования по материалам и технологиям и т.п.;

Вторая группа задач обеспечения дизайнерских качеств и аэродинамических свойств в виде дизайн - концепции общей формы автомобиля, субъективных экспертных рекомендаций по охлаждению агрегатов и аэродинамике, рекомендаций по материалам и т.д.;

Третья группа задач проектного решения дизайна бампера, с учетом всего комплекса требований и ограничений включает в себя определение основных размеров, граничных параметров, размещения и размеров отверстий

для охлаждения, точек крепления, соответствия бамперов дизайну кузова, выполнение макетов и опытных образцов и т.д..

В соответствии с названными задачами разработан алгоритм системного проектирования бамперов, представленный на рис. 4.

Объективные ограничения

Ограничения опытного пр-ва Эксперимент ал ьный цех

ч

Техрегламенты серийного пр-ва

---! \

Функция дизайна

^ Г& Предварительная компоновка бампера Ь [___иэстиэироваииа __" '. Г

19. СоггасовзююдюаА« бампера с

Текшее©!®» ?

I 11. Проведен« испвгга»*« опытных 4 образцов__

! 12.Корректировка по результатам ,

"¡испытаний и разработка техдокументации

Субъективные ограничения

отдел общей компоновку! | Гпаань:й компоновщик !

Г~&кслертные рекомендации <

1 Кб двигателей, КБ шаоои

у Экспертные рекомендации

о аэроД!^амикв ! КБ аэрсданамт*

ГЗксперти^рё^ёнздаци* ]

¡о материалам и 4 твхнолосш

! Твхнолог^есков управление

ДИМЙИ-КОЩ904ИЯ

. аьтоыобсля

Главный дшз*'«ер

Конструкторская документация Отдел кузовов

Рис.4. Алгоритм системного проектирования бамперов легковых автомобилей

Метод системного проектирования обеспечивает наиболее полную реализацию функций защиты, аэродинамики и дизайна бамперов с учетом структурных связей и противоречий, объективно существующие в условиях реального производства. Метод применен на АЗЛК, в СКВ «МАМИ», ЗАО «СПМОТОРС».

Шестая глава «Разработка дизайна бамперов из полимерных материалов для экспериментальных и серийных автомобилей» посвящена практическому применению разработанного метода проектирования бамперов при создании экспериментальных и серийных автомобилей марки «Москвич» (АЗЛК), «Тетра», «Курара», АСМП «Спринте-324» и др. В этих дизайн-проектах (рис.5 и 6) основными достижениями явились:

- значительное повышение аэродинамических качеств автомобиля благодаря оригинальной форме нижней части бампера;

- высокие дизайнерские качества за счет интеграции приборов освещения в тело переднего бампера;

- повышение безопасности бампера для пешеходов благодаря интеграции бампера в форму кузова как части общей поверхности;

- повышение эстетических и эксплуатационных качества бамперов благодаря применению для изготовления бамперов поликарбоната взамен полипропилена.

Рис. 5. Дизайн-проект комплекта пластмассовых бамперов легкового автомобиля «Москвич 2141»

Повышена безопасность бампера для пешехода благодаря интеграции бампера в форму кузова как части общей поверхности

Повышение эстетических и эксплуатационных качеств бампера благодаря применению для изготовления бамперов поликарбоната взамен полипропилена

Современные аналоги

Форд

Фиеста

2007

Совершенствуемая функция

Достигнуто значительное повышение

аэродинамических качеств благодаря оригинальной форме нижней части бампера

Достигнуты высокие дизайнерские качества путем интеграции приборов освещения в тело переднего бампера

Рис.6. Характерные особенности дизайна бамперов автомобиля «Москвич 2141» и их современные аналоги

Разработанные дизайн - проекты защищены четырьмя Свидетельствами на промышленные образцы.

Общие выводы 1. Выявлена совокупность наиболее значимых функций бампера легковых автомобилей: защита кузова, защита пассажиров, защита пешеходов, функция аэродинамики и функция дизайна. Для данной совокупности функций установлена закономерность эволюции профилей бамперов: I - образный, С - образный, Б - образный, П - образный, овальный, «безопасный», «интегральный», на основании которой создана классификация видов бамперов, содержащая три этапа развития бамперов с учёном материала и технологии.

2. Установлено три важнейших этапа эволюции бампера. Показано, что первый этап (1920 - 1970) характеризуется применением катаной и тонколистовой стали с использованием технологий гибки и холодной штамповки, сварки составных элементов и накладных деталей; второй этап (1965 - 1995) - применением прессованных алюминиевых профилей, которые могли оснащаться различными накладками и молдингами из пластмассы; третий этап (1980 - н.в.) - применением литых и формованных пластмасс и композитных материалов, обеспечивающих выполнение в единой детали сложных форм при значительных габаритах.

3. Установлено, что в процессе эволюции функциональные свойства бамперов изменялись следующим образом:

- на первом этапе бампер обеспечивал защиту кузова на малых скоростях и композиционную завершенность;

- на втором этапе «безопасный» бампер, способный защитить кузов от повреждений, утратил функции аэродинамики и дизайна, стал сложен конструктивно, имеет значительный вес и выступает за габариты кузова на 200-300 мм, что существенно ухудшает управляемость и комфортабельность автомобиля;

- на третьем этапе функция защиты пассажира передана кузову, способному поглощать передней и задней частями кузова кинетическую энергию удара в случае столкновения автомобиля с препятствием, в то же время функция защиты пешехода неуклонно возрастала и в настоящее время существенно влияет на дизайн бампера,

4. В современном автомобиле бампер утратил самостоятельную роль и является элементом «интегрального узла», объединяющего в себе ряд некогда самостоятельных элементов.

5. Установлено, что бампер современного автомобиля малого класса является элементом дизайна - декоративным «чехлом», продолжающим поверхности кузова, воспринимающим и гасящим энергию удара на малых скоростях, обеспечивающим высокие аэродинамические качества автомобиля.

6. Разработана система проектирования бамперов, примененная в разработке опытных и серийных автомобилей семейства «Москвич» (АЗЛК), «Тетра» и «Курара» (СКБ «МАМИ»), АСМП «Спринтер - 324» и др. (ЗАО «СПМОТОРС»),

7. Разработанные дизайн - проекты защищены четырьмя Свидетельствами на промышленные образцы : №10632 «Легковой автомобиль», № 13618 «Комплект буферов легкового автомобиля», № 16850 «Комплект пластмассовых буферов для транспортного средства», № 22034 «Комплект пластмассовых буферов для транспортного средства».

Публикации по теме диссертации Статьи, опубликованные в журналах, рекомендованных ВАК:

1. Зайцев И.А., Ершов М.Ю., Автомобильный бампер - дизайн и функция [Текст, ил.] / И.А.Зайцев, М.Ю.Ершов // Научный журнал «Дизайн. Материалы. Технологии» № 3(10) 2009 г., - С.-Пб.: Изд-во СПГТУТД - стр. 55-58

2.Зайцев H.A., Малышенко Б.П., Ракша A.A. и др., Машинное проектирование автомобильных кузовов [ Текст, ил.] / И.А.Зайцев, Б.П.Малышенко, А. А.Ракша, В.И.Тараторин// «Автомобильная промышленность», 1977г., №6 - стр .25-26.

Статьи, опубликованные в сборниках научных трудов:

3. Зайцев И.А., Дизайн бамперов легковых автомобилей малого класса с использованием полимерных материалов [ Текст, ил.] / И.А.Зайцев // Материалы Международного научного симпозиума «Автотракторостроение -2009», 2009 г. - Москва: Изд-во МГТУ «МАМИ» - стр. 150-158

4. Ершов М.Ю., Зайцев И.А.,. Конструктивные особенности, материалы и технологии изготовления автомобильных бамперов [ Текст, ил.] / М.Ю.Ершов, И.А.Зайцев // Материалы Международного научного симпозиума «Автотракторостроение - 2009»,

2009 г. - Москва: Изд-во МГТУ «МАМИ» - стр. 141-149

5. Зайцев И.А., Малышенко Б.П., Ракша A.A., Применение электронных устройств в художественном конструировании автомобильных кузовов [ Текст, ил.] / И.А.Зайцев, Б.П.Малышенко, А.А.Ракша, В.И.Тараторин // Техническая эстетика, 1977г., №8

6. Зайцев И.А., Факторы, определяющие основные направления в дизайне автомобилей [ Текст, ил.] / И.А.Зайцев // Техническая эстетика, 1979г., №8 - №11 — стр. 1-8.

7. Зайцев И.А., Проблемы автомобильного дизайна [ Текст, ил.] / И.А.Зайцев II Техническая эстетика, 1987г.,№7- стр. 3-4.

Охранные документы

По теме диссертации получены Свидетельства на промышленные образцы : №10632 «Легковой автомобиль», № 13618 «Комплект буферов легкового автомобиля», № 16850 «Комплект пластмассовых буферов для транспортного средства», № 22034 «Комплект пластмассовых буферов для транспортного средства».

Зайцев Игорь Андреевич

«Дизайн бамперов легковых автомобилей малого класса с применением полимерных материалов». Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва. МАМИ, 2009.20с.

Подписано в печать Заказ Тираж 100.

Усл. п. л. 0.9 Уч.-изд. л. 1,2

Бумага типогравская Формат 60x60/16

МГТУ «МАМИ», Москва, 107023, Б.Семеновская ул. 38.

Оглавление научной работы автор диссертации — кандидата технических наук Зайцев, Игорь Андреевич

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИС- 9 СЛЕДОВАНИЯ

1.1. Анализ дизайна бамперов легковых автомобилей малого класса на различных исторических этапах развития автомобилестроения

1.2. Установление взаимосвязи функции и дизайна бамперов с материалами и технологией их изготовления.

1.3. Цель работы и постановка задачи исследования

2. ВЫЯВЛЕНИЕ КЛАССИФИКАЦИОННЫХ ПРИЗНАКОВ И СОЗДАНИЕ КЛАССИФИКАЦИИ АВТОМОБИЛЬНЫХ БАМПЕРОВ

2.1. Конструктивные типы бамперов

2.2. Бампер как защитное устройство

2.3. Бампер как аэродинамический элемент кузова

2.4. Бампер как «интегрированный узел» автомобильного кузова

2.5. Создание классификации бамперов легковых автомобилей малого класса

2.6. Выводы по главе 2.

3. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ, МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ БАМПЕРОВ

3.1. Критерии, определяющие конструкцию бампера

3.2. Нормативные и потребительские требования к конструкции автомобильного бампера

3.3. Материалы и технологии для производства автомобильных бамперов

3.4. Выводы по главе

4. ЭКСПЕРТНАЯ ОЦЕНКА ЗНАЧИМОСТИ ФУНКЦИЙ И ДИЗАЙНА БАМПЕРОВ

4.1. Подготовка материалов для экспертной оценки

4.2. Обработка результатов экспертной оценки

4.3. Выводы по главе

5. МЕТОД СИСТЕМНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ БАМПЕРОВ ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ

5.1. Формулирование задач и определение алгоритма проектирования бампера.

5.2. Применение метода системного проектирования на практике

5.3. Выводы по главе

6. РАЗРАБОТКА ДИЗАЙНА БАМПЕРОВ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И СЕРИЙНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ «МОСКВИЧ»

6.1 Проектирование бамперов из полимерных материалов для автомобилей марки «Москвич» (АЗЛК)

6.2 Испытания опытных образцов автомобиля «Москвич-2141» на удар

6.3. Разработка аэродинамических элементов автомобиля «Москвич-2141»

6.4. Практические результата применения метода системного проектирования

6.5. Выводы по главе

Введение диссертации2009 год, автореферат по искусствоведению, Зайцев, Игорь Андреевич

В настоящее время в мире выпускается более 76 миллионов автомобилей в год. Переоценить роль автомобиля в экономике, транспортной структуре государств и жизни отдельных граждан невозможно. Автомобиль кардинально изменил жизнь людей, открыл огромные возможности в транспортировке различных видов продукции, товаров, сырья «от двери до двери». Он дал возможность мобильного перемещения людей на значительные расстояния, стимулировал строительство дорог, развитие мировой экономики в целом. Не является исключением и российская автомобильная промышленность, которая по праву считается локомотивом экономики страны: объем ее продукции составляет более 250 млрд. рублей в год. [15].

В то же время одной из острейших проблем стала проблема обеспечения безопасности для пассажиров и пешеходов, поскольку автомобиль как средство повышенной опасности приносит не только пользу, но подчас несет смерть, горе, беду. В 2005 г. на Президиуме Госсовета РФ была рассмотрена обстановка, сложившаяся на российских дорогах. Было отмечено, что «масштабы травматизма в результате дорожно-транспортных происшествий приобретает характер угрозы национальной безопасности»[52]. Аварийность на дорогах стала чудовищной. Ежегодно на дорогах всех стран мира под колесами машин погибает 1.2 миллиона человек, до 50 миллионов человек получают увечья. По данным Росстата в 2006 г. на дорогах России произошло 229140 дорожно-транспортных происшествий (далее ДТП), погибло 32724 человека, 285362 человека пострадало. Поэтому создание безопасных конструкций автомобиля является актуальной государственной задачей.

По данным Женевского каталога 2008 года, в мире выпускается свыше 400 моделей легковых автомобилей 60 марок. Это модели различных классов и стоимости, разной компоновки и разного внешнего вида. Форма и отделка автомобилей отражают не только особенности функционального назначения, стоимости, но и черты фирменного стиля, национального характера. В эпоху глобализации эти отличия все более размываются. Поэтому наиболее характерными остаются различия между классами автомобилей и, соответственно, их стоимостью. Самым многочисленным является малый класс автомобилей (по отечественной классификации), объединяющий легковые автомобили, общая длина которых не превышает 4200 мм. В Европе в этот класс попадают автомобили групп «А», «В» и «С».

К началу 70-х годов XX века перед автомобильной промышленностью встали две основные проблемы: безопасность конструкции и сокращение энергетических затрат. Это заставило создателей автомобилей пересмотреть подход ко многим традиционным решениям, и, в частности, пересмотреть цели и методы дизайн-проектирования. Сегодня автомобильный дизайн руководствуется четко сформулированными требованиями, правилами и рекомендациями по безопасности конструкции, оборудованию интерьера, применяемым материалам, эргономике, трудоемкости и т.д.

Проблема безопасности конструкции имеет две составляющих:

- активная безопасность;

- пассивная безопасность.

Под активной безопасностью подразумевается комплекс конструктивных решений и наличие технических и электронных устройств, обеспечивающих возможность оптимального вождения автомобиля, позволяющий избежать ДТП. Активную безопасность обеспечивают различные системы, узлы и механизмы автомобиля, которые в данной работе не рассматриваются.

Пассивная безопасность в большей степени относится к конструкции кузова и подразумевает такие конструктивные решения, которые максимально снижают последствия ДТП. Уровень пассивной безопасности автомобиля определяется: прочностью пассажирского салона, способностью кузова поглощать энергию удара, надежностью фиксации водителя и пассажиров на сиденьях, наличием средств дополнительной защиты и т.п. Особое внимание уделяется конструкции передней и задней частей кузова, которые должны сминаясь, максимально рассеять высвободившуюся энергию удара. Центральная часть кузова (салон) должна максимально сохранять свои размеры, предоставляя как можно большее пространство для выживания пассажиров. [24].

Опыт конструирования автомобилей, накопленный за последние 30-40 лет, позволил сформулировать важнейшие требования безопасности к различным узлам и деталям автомобиля, в том числе и к бамперам. Эти требования отражены в соответствующих государственных стандартах и Правилах ЕЭК ООН. Необходимость соблюдения соответствующих требований существенно ограничивает свободу формообразования автомобильного кузова и его фрагментов, в частности, бамперов [32]. Конструктивные решения различны и в большой степени зависят от типа несущей системы кузова, массы автомобиля, используемых материалов и технологий. Различают три основных типа конструкции кузова: каркасную, скелетную и оболочковую [5]. В большинстве современных массовых автомобилей применяется цельностальной оболочковый тип несущей системы или комбинированный с использованием стальных и алюминиевых деталей. В качестве наружных панелей могут использоваться штамповки из стального или алюминиевого листа толщиной 0.6-0.9 мм или детали из полимерных материалов.

В отечественной практике до последнего времени проблеме безопасности конструкции уделялось недостаточно внимания. Внедрение новых компонентов безопасной конструкции, новых материалов и технологий существенно отстает от зарубежных производителей. Применительно к дизайну кузова, наиболее значимыми являются передний и задний бамперы или детали кузова их заменяющие, поскольку они первыми входят в контакт с препятствием или с пешеходом. Однако функция защиты для бампера не является единственной.

В исследованиях отечественных и зарубежных авторов бампер рассматривается либо как самостоятельный защитный элемент конструкции вне системы «кузов-автомобиль», либо исследуются отдельные аспекты дизайна вне комплекса функций, материала и технологии. Значительный вклад в разработку научно-технической задачи проектирования бамперов внесли Покровский Ю.Ю., Ремнев К.С., Степанов И.С., Ломакин В.В., Долматовский Ю.А., Балабин И.В., Рябчинский А.И., Аппель Н., Крамер Ф., Карунин А.Л., Рабинович Б.А. и др. Большое разнообразие конструкций и форм бамперов и постоянная эволюция их дизайна и функциональных свойств указывает на необходимость комплексного подхода к решению названной задач.

Необходимо учитывать, что при всем многообразии форм автомобилей существуют закономерности построения поверхностей автомобильных кузовов и их соответствие определенным конструктивным, технологическим требованиям и потребительским качествам, которые в сочетании с требованиями пассивной безопасности существенно ограничивают реализацию дизайнерского замысла. Одним из важных и эффективных способов решения этих проблем является все более расширяющееся применение в кузовостроении полимерных материалов с заданными свойствами.

В настоящей работе рассматривается дизайн таких важных элементов кузова современного автомобиля, как передний и задний бамперы, история их развития и их роль в решении актуальных задач конструкции автомобиля.

Исследование функции и дизайна бамперов в совокупности с материалами и технологиями их изготовления позволяет создать метод проектирования автомобильных бамперов, обеспечивающий сбалансированный выбор конструкции и дизайна бампера, отвечающих функциональным требованиям, что является актуальной нучно-технической задачей.

Заключение научной работыдиссертация на тему "Дизайн бамперов легковых автомобилей малого класса с применением полимерных материалов"

Общие выводы

1. Выявлена совокупность наиболее значимых функций бампера легковых автомобилей: защита кузова, защита пассажиров, защита пешеходов, функция аэродинамики и функция дизайна. Для данной совокупности функций установлена закономерность эволюции профилей бамперов: I - образный, С - образный, S - образный, П - образный, овальный, «безопасный», «интегральный», на основании которой создана классификация видов бамперов, содержащая три этапа развития бамперов с учётом материала и технологии.

2. Установлено три важнейших этапа эволюции бампера. Показано, что первый этап (1920 - 1970) характеризуется применением катаной и тонколистовой стали с использованием технологий гибки и холодной штамповки, сварки составных элементов и накладных деталей; второй этап (1965 - 1995) - применением прессованных алюминиевых профилей, которые могли оснащаться различными накладками и молдингами из пластмассы; третий этап (1980 - н.в.) - применением литых и формованных пластмасс и композитных материалов, обеспечивающих выполнение в единой детали сложных форм при значительных габаритах.

3. Установлено, что в процессе эволюции функциональные свойства бамперов изменялись следующим образом:

- на первом этапе бампер обеспечивал защиту кузова на малых скоростях и композиционную завершенность;

- на втором этапе «безопасный» бампер, способный защитить кузов от повреждений, утратил функции аэродинамики и дизайна, стал сложен конструктивно, имеет значительный вес и выступает за габариты кузова на 200-300 мм, что существенно ухудшает управляемость и комфортабельность автомобиля;

- на третьем этапе функция защиты пассажира передана кузову, способному поглощать передней и задней частями кузова кинетическую энергию удара в случае столкновения автомобиля с препятствием, в то же время значение функции защиты пешехода неуклонно возрастала и в настоящее время существенно влияет на дизайн бампера.

4. В современном автомобиле бампер утратил самостоятельную роль и является элементом «интегрального узла», объединяющего в себе ряд некогда самостоятельных элементов.

5. Установлено, что бампер современного автомобиля малого класса является элементом дизайна, продолжением поверхности кузова и декоративным «чехлом», закрывает детали кузова, воспринимающих и гасящих энергию удара, обеспечивает высокие аэродинамические качества автомобиля.

6. Разработан метод системного проектирования бампера, обеспечивающий его защитные, аэродинамические и дизайнерские качества, который применен в разработке опытных и серийных автомобилей семейства «Москвич» (АЗЛК), «Тетра» и «Курара» (СКБ «МАМИ»), АСМП «Спринте-324» и др.(ЗАО «СПМОТОРС»).

7. Разработанные дизайн — проекты защищены четырьмя Свидетельствами на промышленные образцы №10632 «Легковой автомобиль», № 13618 «Комплект буферов легкового автомобиля», № 16850 «Комплект пластмассовых буферов для транспортного средства», № 22034 «Комплект пластмассовых буферов для транспортного средства».

Список научной литературыЗайцев, Игорь Андреевич, диссертация по теме "Техническая эстетика и дизайн"

1. Захаров А.Н., Рисунки автомобилей Текст, ил. /А.Н. Захаров // -М.: «ЦДТС», 2003,-216 е., ил.

2. MnellerMike, American Cars of the *50s, text, ill. /Mike Mueller //Crestline, 2003. 287 S. Ш

3. Долматовский Ю.А., Автомобиль в движении / Ю.А. Долматовский //М.: «Транспорт», 1998. 157 е., ил.

4. Долматовский Ю.А., Основы конструирования автомобильных кузовов /Ю.А. ДолматовскийII-М.: «МАШГИЗ», 1962. -319с., ил.

5. Родионов В.Ф, Фиттерман Б.М., Легковые автомобили / В.Ф.Родионов, Б.М.Фиттерман//М.: «Машиностроение», 1971. 506 е., ил.

6. Халъфан Ю.А., Мероприятия, повышающие безопасность конструкции легкового автомобиля / Ю.А. Хальфан // М.: НИИНавтопрома, 1967, (Серия «Автомобилестроение»).

7. Энциклопедия автомобилей. М.: ОАО «За рулем», 1998. - 576 е., ил.

8. SAE Technical Reports Referenced in Federal Motor Vehicle Safety Stan-darts. Handbook Supplement 19. 1967, March.

9. Розанов H.E., Безопасные автомобили / H.E. Розанов //- M. «Автомобили» , 1998, ноябрь.

10. Официальный сайт Госавтоинспекции МВД России. http://www.gibdd.ru/news.

11. ГОСТ 1902 74 «Буферы легковых автомобилей. Размеры».

12. ГОСТ Р 50577 93 «Знаки государственной регистрации транспортных средств. Типы и основные размеры. Технические требования».

13. Титов Н.Н., Частный архив работ ХКБ УКЭР АЗЛК/ Н.Н. Титов // 1976-1995 гг.

14. Штробелъ В., Современные автомобильные кузова / В. Штробель // М.-«Машиностроение», 1984 -264с., ил.

15. Профессиональный Интернет ресурс cardesign.ru.

16. Профессиональный Интернет — ресурс cardesignnews.com.

17. Материалы П Международной научно-практической конференции «Материалы в автомобилестроении». Тольятти, июнь 2003.

18. Новые материалы для LAD A PRIORA / «Волжский Автостроитель», 26.12.2007

19. Интернет-проект «Краш-тест»

20. Кобец Л.П., Композиционные материалы / Л.П. Кобец II- М.: ВИНИТИ, 1984

21. Рябчипский А.И., Пассивная безопасность автомобилей //А.И. Рябчин-ский//-М.:«Машиностроение», 1983- 144 е., ил.

22. Пассивная безопасность автомобилей: история, современный уровень, перспективы Текст. / А.И. Рябчинский // «Автомобильная промышленность» 1995 - №2.

23. Новые международные требования по пассивной безопасности АТС / Сальников В.И., Лыюров М.В., Мельников О.В. // «Автомобильная промышленность» 1998 - №1.

24. Богданов В.В., Оценка энергопоглощающих свойств и разработка уда-розащитной конструкции легковых автомобилей. / В.В. Богданов // Диссертация, -М.: МАМИ 2001 - 139 е., ил.

25. Применение композитных материалов в автомобилестроении. Отчет по научно-методической работе. / Г.М. Волков //- М.: МАМИ, 1990 21с., ил.

26. Покровский Ю.Ю., Ремнев К.С., Степанов И.С., Современные системы конструктивной безопасности автомобилей / Ю.Ю. Покровский, К.С.Ремнев, И.С. Степанов, В.В. Ломакин //- Тула: ТулГУ 2007, 163 е., ил.

27. Бампер защита для автомобиля или элемент его дизайна. / И.В. Балабин, В.В. Богданов //- «Автомобильная промышленность» - 1998-№12.

28. Интернет-ресурс www.zr.ru/articles/40861

29. Газета «Авторевю» 2006 - №5, С.8030. www.composite.rii31. www, auto gazeta. com/news

30. Современные композиционные материалы / под ред. П.Крока и

31. JI. Броутмана, пер. с англ.// М., 1970

32. Сауидерс Дэю. X., Фриш К,К., Химия полиуретанов / Дж. Х.Саундерс,

33. К,К.Фриш, пер. с англ., М.,1968.

34. Факторы, определяющие основные направления в дизайне автомобиля. /Зайцев И.А.// -М.: ВНИИТЭ, «Техническая эстетика» 1979-№11.

35. Директива 2003/10 ЕС «Требования по защите пешеходов».

36. ОСТ 37.001.210 (Россия) /«Безопасность конструкции автомобилей.// Наружные выступы автомобилей» (Правило ЕЭК №26).

37. Основы эргономики и дизайна автомобилей и тракторов Текст, ил. / И.С.Степанов, А.Н.Евграфов, A.JI. Карунин и др. //- М.: Издательский центр «Академия» 2005 - 256 е., ил.

38. Безопасность конструкции автомобиля Текст, ил. /М.А.Андронов, Ф.Е.Межевич, Ю.М.Немцов, Е.С.Савушкин // — М.: «Машиностроение» 1985 - 273с., ил.

39. Пассивная безопасность автомобилей. / Иванов В.Н., Лямин В.А. // -М.: «Транспорт» 1979 - 304с.

40. Нургалиев Р.Г., Доклад. «2-й Международный конгресс «Безопасность на дорогах ради безопасности жизни» / Р.Г.Нургалиев //С-Петербург. 17-19.09.08. www.gibdd.ru

41. Степанов И.С. Конструкция автомобилей. Том III. Кузова и кабины / И.С. Степанов // М.: Горячая линия-Телеком, 2008. - 464 е., ил.

42. Нормативные предписания по вопросам пассивной безопасности (ГОСТы,ОСТы, РТМ, Правила и проекты правил ЕЭК ООН,стандарты отдельных стран), изданные в период 1968-2000 г.

43. Безопасность автомобиля, анализ концепции / Рабинович Б.А.// «Журнал ААИ» -2009- №1.

44. Appel Н., Granzeier W. Fahrzeuge Konzepte fur den Individualverkehr von

45. Morgen / H.Appel, W. Granzeier // VDI Berichte NR. 968, 1992 59Appel H., Deter Г., Grenzen der Passiven Sicherheit von leichten Fahrzeugen / H. Appel, T. Deter // VDI Berichte NR. 1134, 1994.

46. Kramer Florian, Passive Sicherheit von Krafitfahrzeugen. / Florian Kramer // Vieweg, 1998.

47. Балабин И.В., Богданов, B.B. Защитная функция бамперов легковых автомобилей при фронтальном ударе / И.В. Балабин, В.В. Богданов // Тезисы доклада VII международного научно-технического совещания по динамике и прочности автомобиля М., 1997.

48. Рябчинский А.И., Бидинский K.JI., Безопасность при фронтальных столкновениях Правило №94 // А.И.Рябчинский, К.Л.Бидинский - «Автомобильная промышленность» -1988 - №3.63 .Krisch Н., Fachtagung Entwicklung im Karosseribau / H. Krisch I IAMK Berlin 1987.

49. Ulrich Seiffert. Moeglichkeiten und Grenzen der neuen Frontal- und Geset-geung. Automobiltechnische Zaitschrifit- 1997- №9, s 494-503.

50. F. Walz, P. Frei, R. Kaeser, M. Muser, P. Niederer, В/ Gerster. Sicherheit von Leichtfahrzeugen. Verkehrsunfall und Fahrzeugtechnik 1997-№10, s 268-271.66. 100 Jalire Automobil. Sonderschau. AMK Berlin 1986.

51. K.Rompe, G.Heuser. Stand und Perspektiven der Sicherheitsbewertung von PKW. Verkehrsunfall und Fahrzeugtechnik Teil I - 1997 - №4 - s.l 17-122; Teil П - 1997 - №6 - s. 173-177.

52. Технические и информационные материалы компании FIAT. 2007 .

53. Технические и информационные материалы компании Volvo. 19752008 .

54. Газета «Авторевю» 2008 - №18 - С.36,42

55. Газета «Авторевю» 2005 - №18 - С.43-47

56. Архив ХКБ УКЭР АЗЛК, М. 1975-2000

57. Свидетельство на промышленный образец №10532 «Легковой автомобиль», М., 1980.

58. Свидетельство на промышленный образец № 13618 «Комплект буферов легкового автомобиля», М., 1982.

59. Свидетельство на промышленный образец № 22034 «Комплект пластмассовых буферов для транспортного средства», М., 1987.

60. Свидетельство на промышленный образец № 16850 «Комплект пластмассовых буферов для транспортного средства», М., 1984.

61. Технические и информационные материалы компании Pininfarina 19751980 .