Karoserie & podvozek – Dlouhá cesta

Jedna ze dvou základních koncepcí tvoří každý automobil, buď jde o podvozek schopný samostatného pohybu, na nějž se staví karoserie, anebo o samonosnou konstrukci...

První automobily byly postaveny na odděleném podvozku, většinou obdélníkového půdorysu, vytvořeného ze dvou ocelových podélných nosníků a většího množství příček. Tato koncepce byla odvozena z konstrukce koněm tažených povozů, přestože u lehkých kočárů už šlo o jakousi primitivní samonosnou stavbu, kde rám tvořil rovnou podlahu karoserie. Využívalo se především dřeva a plátna na potahy karoserií, tato bezmotorová vozidla ovšem vznikala většinou individuálně. První automobily vyšly přímo z kočárů, nezřídka měly motor vzadu nebo uprostřed pod podlahou, ale při pozdějším ustálení koncepce s motorem vpředu bylo jednodušší umístit pohonnou jednotku na zmíněný žebřinový rám.

Evo­luce nosného rámu pokračuje dodnes; jeho půdorysný tvar byl různě modifikován a vznikly varianty od páteřové konstrukce po obvodový rám, mezi nápravami rozšířený až k bokům karoserie. Obdélníkový žebřinový rám je základem téměř všech nákladních vozů (originální výjimku tvoří Tatra); používá se však dodnes i u lehkých vozidel, například velkých pikapů (Ford F Series, Chevrolet Silverado, Dodge RAM) a skutečných terénních osobních automobilů (Jeep Wrangler, Land Rover Defender, Toyota Land Cruiser). Zatímco u klasické koncepce s odděleným podvozkem se karoserie připevní na rám a může být zhotovena ve větším množství variant, neboť neplní nosnou funkci, u samonosné stavby to tak jednoduché není, zvláště v dnešní době předepsaných nárazových testů a dimenzování deformačních zón pro účinné pohlcení kinetické energie při havárii.

Samonosné, resp. polosamonosné karoserie (plošinový rám, pevně spojený s karo­serií) mají nosnou funkci, a proto jsou nároky na jejich konstrukci vyšší, ale i tak snižují hmotnost vozu. Prakticky spojují podvozek a karoserii v jediný celek, konstruktéři se ­jejich vývojem zabývají už od vzniku automobilu. První úspěšnou sériovou stavbou byla zřejmě italská Lancia Lambda (1922 – 1931, celkem 12 999 vozů). V tomto případě však unibody nebo monocoque (jedno tělo, jedna schránka), Selbsttragende Karosserie (samonosná, zkratkou vznikla značka autobusů Setra), Carrosserie Autoporteuse nebo Carrozzeria a Struttura Portante (samonosná) byla ještě otevřeného typu, tvořila ji jakási vana z ocelových plechů vcelku s podlahou vozu. Není divu, Vincenzo Lancia našel inspiraci při plavbě po moři, kdy ho zaujala konstrukce člunů, kterou pak aplikoval na silniční vozidlo. Ostatně větší část vyrobených vozů Lancia Lambda měla otevřenou karoserii, ani u zavřených typů však nebyl horní díl nástavby (střecha) zatížen nosnou funkcí. U většího typu Dilambda (1929 – 1935) sice Lancia nadále používala žebřinový rám, ale jeho tuhost v zadní části zvyšovala palivová nádrž, přivařená mezi podélníky nad nápravu. Samozřejmě, rámy dostaly kromě příčníků také křížové výztuhy. Ve třicátých letech se trendem staly celo­kovové karoserie, k jejichž průkopníkům ­patřil americký Budd (nyní ThyssenKrupp Budd), významný dodavatel karosářských výlisků.

Ocelové karoserie Budd odebíraly největší americké automobilky, byť pro montáž na podvozky, ale Budd také vyvinul ­samonosnou konstrukci a podílel se na typu Chrysler Airflow. Licenci na celokovovou ­karoserii Budd koupil André Citroën, stala se pak základem známého samonosného typu Traction Avant (1934). V Československu byla průkopníkem Tatra, která pro aero­dynamické sedany třicátých let zavrhla ori­ginální koncepci s centrální rourou místo dvojice podélných nosníků, ale vytvořila ­plošinový rám, spojený do jediného celku s proudnicovou nástavbou. Není bez zají­mavosti, že shodná konstrukce díky Volkswagenu Typ 1 (Brouk) zaplavila celý svět v milionových sériích.

Výhodou plošinového nosného rámu, svařeného z výlisků a skříňových profilů (polosamonosná karoserie) byla snazší možnost aplikace různých karoserií, a proto na základě Brouka VW mohly vzniknout populární plážové buggy, jež se z Kalifornie rozšířily i do jiných zemí. Bezmála všechny osobní automobily dneška, včetně SUV a MPV, mají samonosnou ka­roserii. Její konstrukce je značně kompli­kovaná, a to nejen tvarově, ale i využitím materiálů různých vlastností podle potřeby a legislativních požadavků. Jednotlivé díly složitých tvarů a proměnné tloušťky, jejichž vývoj by nebyl možný bez počítačových metod CAD/CAE, se svařují, lepí, nýtují, či jinak mechanicky spojují. Základním materiálem je nadále ocel, přestože známe samonosné ­karoserie z plastů (1957 průkopníkem kupé Lotus Elite ze skelného laminátu), hliníkových slitin a uhlíkových kompozitů.

Současnou evolucí je kombinace nových typů ocelí, tvarovaných za tepla, vysokopevnostních a ultrapevných (např. Mercedes-Benz C-Klasse už jich má 70 % hmotnosti karoserie). Rozšiřuje se také celohliníková stavba, jenže hliník je sice lehčí, ale dražší. Před dvaceti lety u Audi zavedli ASF (Aluminium Space Frame), prostorový hliníkový rám, tvořící jeden celek s hliníkovou karoserií; dnes má řadu variant od malosériového kupé R8 po velkosériové sedany A8. Další fází je karbonová konstrukce, tedy uhlíkové kompozity. Kompozity se skládají z vláken (většinou ­uhlíkových) a plastové výplně; jejich pevnost je několikanásobně vyšší než u oceli nebo hliníku. Z raket a letadel zamířily do automobilů a dalších výrobků, kde vyniknou jejich lepší mechanické vlastnosti spolu s nižší hmotností. U automobilů se uplatnily nejprve ve formuli 1; McLaren MP4/1 (1981) vznikl ve spolupráci s americkým výrobcem raket Hercules Aerospace.

Jeden kompozitový pod­vozek se tehdy vyráběl šest týdnů a přišel na sto tisíc dolarů. Následoval první sériový ­silniční McLaren F1 z uhlíkových kompozitů (jen 106 kusů), u nástupce Mercedes-Benz SLR McLaren se výrobní doba zkrátila na šest dnů a náklady klesly na třicet tisíc dolarů (McLaren Automotive vyrobil 2153 exem­plářů SLR McLaren, nejúspěšnějšího kompozitového supersportu). Vývoj znamenal redukci výrobního času na několik hodin a nákladů na deset tisíc.

Během let se tak zmenšila cena kompozitových dílů desetkrát, staly se dostupnějšími. McLaren zahájil sé­riovou produkci nového kupé MP4-12C z uhlíkových kompozitů; jeho výrobní počty SLR McLaren brzy překonají. Koncepty kompozitových vozů představily také BMW a Toyota, sériově je vyrábí např. Lamborghini (Aventador), ale Ferrari dává přednost hliníku. Rámové podvozky se nadále využívají také u malosériových vozů z důvodů levnější a snazší stavby, mnohdy jde o tzv. hybridní konstrukce (v jiném smyslu než u pohonu). Pokračuje výroba různých plošinových, obvodových a páteřových rámů; specialitou jsou vícetrubkové prostorové rámy, kryté povrchovými panely z oceli, hliníku, kompozitů a jiných plastů, oblíbené zejména výrobci sportovních automobilů. Nezřídka dochází ke kombinaci různých materiálů (např. hliníkové a ocelové povrchové panely BMW), jež však vyžaduje zvýšenou pozornost proti­korozní ochraně v místech jejich spojení. Ocelový, hliníkový nebo kompozitový skelet karoserie často kryjí povrchové panely v různých materiálových kombinacích. Další vývoj samonosné konstrukce i panelů karoserie na tuhém rámu bude především otázkou mate­riálů, jejich dostupnosti a výrobní ceny.

Převzato z časopisu

Fotogalerie