הכתבה פורסמה במגזין אוטו בגיליון 224.
תהליך תכנון רכב עשוי להתחיל מכמה נקודות מוצא, כל אחת נגזרת מהגורם המעונין בפיתוח. כאשר יצרן מוציא רכב-נישה שאין עדיין ליצרנים אחרים, הצלחתו מהווה זרז ליצרנים לפתח רכב דומה. לעיתים, הפרש הזמנים בין יציאת דגמים דומים של חברות שונות הוא כה קצר, ובהתייחס לכך שתהליך פיתוח רכב אורך כשנתיים לפחות, הרי אין ספק שפעמים רבות מדובר בריגול תעשייתי, שהצליח לגלות את מגמות היריב עוד לפני שהוצג הדגם החדש. כאשר זוהי נקודת המוצא, מנהל החברה מגדיר: ^אני רוצה כזה^, ואז קל (יחסית) לתכנן.
דוגמא אחת: סיטרואן יצרה את הברלינגו, שקבע נישה חדשה של מסחרית-גבוהה-שתי קופסאות-גם לשימוש משפחתי. רנו לא יכלה לעמוד מן הצד לנוכח ההצלחה, והקנגו יצאה לשוק זמן קצר אחריה. יצרנים אחרים החרו-החזיקו אחריהן לנוכח ההצלחה המסחררת של פלח שוק זה, וכך באו לעולם הגרסאות החדשות של פורד קונקט, אופל קומבו, פיאט דובלו ועוד. להעתיק - זה פחות מסובך מאשר לתכנן מהתחלה, גם אם בכל זאת נדרשים משאבים. נקודת מוצא נוספת להתחיל תכנון של מכונית הינה על פי אפיון של ההנהלה: האפיון יכול להיות לפי משקל וכסף, עד כמה שנשמע הדבר מוזר.
לי אייקוקה, מנהל הפיתוח של פורד בסוף שנות השישים, הגדיר את הפינטו כמכונית שלא תעלה סנט מעבר לאלפיים דולר ולא תשקול גרם מעבר ל-900 ק^ג. כך ניגשו המהנדסים לתכנון (שאגב, גרם לאסון - הפינטו נודעה כמכונית מתלקחת עקב פגיעה מאחור). גישה אחרת מגדירה שימושיות: כמה נוסעים או מושבים יהיו ברכב, האם יהיה זה רכב כביש או שטח או שניהם גם יחד, וכיוצא באלה הגדרות המהוות את הבסיס לתכנון. שני דברים ברורים למקבלי ההחלטות, ואלו הם שני העקרונות בהגדרת רכב חדש: יש להשתמש במירב הרכיבים הקיימים כבר במלאי היצרן מדגמים אחרים ולהתבסס על רכיבים שניתנים לרכישה בחוץ ולא על ייצור עצמי.
כאשר בוחנים כיום רכב חדש היוצא לשוק, מתברר כי כ-90% ממספר הרכיבים בו, מיוצרים על ידי ספקי משנה. אלה מספקים גם למתחריו, שכן על מנת להוזיל את המחיר, ברור כי מי שמייצר פי עשרה ממה שהיצרן צריך, מייצר זול יותר. להחלטות אלה משמעויות, שאצל חלק מהנהגים נתפסות כשוליות, ואצל אחרים - עיקריות. דוגמא לכך הם בולמי הזעזועים וההגאים של פיז'ו: עד ה-306 וכולל, פיז'ו ייצרה לעצמה את בולמי הזעזועים ומערכות ההגה, שהיו מותאמים בדיוק לדגמיה. ה-205, ה-306, ה-309, ה-405 ועוד כמה נודעו באיכויותיהן הדינמיות. כאשר הגיעו בפיז'ו למסקנה כי זול יותר יהיה לרכוש מערכות מספק חיצוני, נטרלה פיז'ו את יתרונה הדינמי, והפכה להיות דומה יותר לאחרות. הרצון להקטין עלויות הביא לפשרות. שיקול כספי זה משתלב גם בשיקול כספי הבא מכיוון הפוך: אם בחברה מגיעים למסקנה שאותה השקעה אינה מעניקה יתרון יחסי מספיק בשיווק או במכירות, אין טעם באותה השקעה נוספת, ומכוונים את הדגם והשיווק לכיוון אחר.
רצפת פרקט(ית)
אחת ההחלטות הראשונות שיש להחליט בעת תכנון הרכב החדש היא מה תהיה רצפתו. מוזר, לא? רבים סבורים, אם בכלל נותנים על כך את הדעת, כי הרצפה הינה מרכיב משני, שכן היא לא נראית ולא מורגשת. אלא שלא כך הדבר: הרצפה היא חלק המרכב הגדול ביותר המיוצר, ולה תפקידים רבים וחשובים. כתוצאה מתפקידיה, שיפורטו להלן, ייצורה הוא אחד היקרים ברכב. כאשר ניתן להתבסס על רצפה קיימת, החיסכון גדול, גם אם נדרש להתאימה התאמה סופית לצרכים הייעודיים לרכב החדש.
רצפת הרכב היא בית המחסה לרכיבים רבים: בתי הגלגל, צינור המפלט על דוד העמם והממיר הקטליטי, צינורות הידראוליים לבלמים, כבל הפלדה לבלם החניה, בית הגלגל הרזרבי, גל ההינע לסרן האחורי (במכוניות בעלות הנעה אחורית), תיבת ההעברה ברכב בעל הנעה כפולה, ציפויים אקוסטיים ותרמיים, מיכל הדלק וצנרתו, כיסויי מגן לחלקים חיוניים - גיבוב מרשים של רכיבים, לכל אחד תפקיד משלו וכולם לא אוהבים לדור בכפיפה אחת. נוסיף לכך מספר בעיות נוספות, והגדולה בהן היא זרימת האוויר. הגם שכל נושא האווירודינמיקה יידון בכתבות הבאות, שומה עלינו להרחיב בו בהקשר הרצפה. כאשר המכונית מתקדמת, נוצרת זרימת אוויר מכל עבריה. הזרימה המעניינת אותנו היא זו שמתחת למכונית: האוויר נדחס בין הכביש לבין רצפת המכונית. ככל שהרצפה תהיה חלקה יותר, האוויר אמנם יידחס, אך יעבור ללא הפרעות. כל בליטה ברצפה (כלפי מטה), יוצרת הפרעה לזרימת האוויר, מערבלת אותו, ומערבולות אלה גורמות להגדלת הגרר ולהתנגדות להתקדמות המכונית. משמעות הגדלת הגרר - תצרוכת דלק מוגברת. מנגד, הכמנת הרכיבים בתוך הרצפה, למניעת הגרר, משמעותה הכנסת הרכיבים לתא הנוסעים, או עיבוי הרצפה (שמשמעה משקל נוסף) או הגבהתה. כל אחד מאלה יביא, בסופו של דבר, להגבהת הרכב או העלאת משקלו, יצירת מפרש גדול יותר לאוויר, שמשמעו, שוב, גרר, תצרוכת דלק וחוזר חלילה. לא פשוט, נכון?
בנוסף לבעיית זרימת האוויר, יש שלוש בעיות נוספות עימן על הרצפה להתמודד: האחת היא האקוסטיקה. כמשטח מתכתי גדול, הרצפה משמשת כמגבר קול יעיל ביותר, המכניס רעש לתא הנוסעים. המשטח הגדול גם מעביר תנודות בצורה יעילה, וזו הבעיה השנייה. השלישית הינה התחממות הרצפה עקב קרבתה לכביש החם ולצינור המפלט, וחימום תא הנוסעים כתוצאה. שלוש בעיות אלה נפתרות, בדרך כלל באמצעות בידוד מ-פי.וי.סי, המותז לתחתית הרצפה, וכן תוך שימוש במבודדי גומי בין הרצפה לרכיבים המייצרים תנודות ורעידות: המתלים והמנוע. בידוד פי.וי.סי הוא כבד, רחמנא ליצלן, וגם עליו לעבור דיאטה רצינית. סיימנו? עוד לא. לרצפה תפקיד נוסף - היא מהווה מרכיב חשוב ביותר בהתנגדות גוף הרכב לפיתול, פיתול הנכפה עקב הכוחות הבלתי שווים הפועלים על המכונית, בעיקר בפניות ובשינויי כיוון מהירים. התנגדות לפיתול יכולה להתממש באמצעות הקשחתה, שהיא - תוספת משקל, או מעבר לחומרים קלים וחזקים יותר, שמשמעם תוספת מחיר. לכל זה מתווסף תהליך ייצור שהוא מורכב מאוד במונחי ייצור מכוניות, דבר המייקר אף הוא את ייצור המרכיב המורכב הזה.
מכל האמור לעיל ברור, כי פעם אחת שתכננת רצפה הנותנת מענה לרוב הצרכים, שכן לכולם לא תצליח תמיד לתת מענה, רצוי להשתמש בה כמה שיותר, לכמה שיותר דגמים משותפי רצפה. כך נולדים פרוייקטים כמו פרוייקטי הטיפו בפיאט, בהם כלל הדגמים החולקים אותו מספר פרוייקט (טיפו 2, כדוגמא), שותפים ברצפה, אך המרכבים שונים.
חמשת סרני פלישתים
בפלשת היו אמנם חמישה סרנים, מושלים, שהיו רחוקים זה מזה עשרות קילומטרים. במכוניתנו, יש רק שני סרנים, אותם צירים הנושאים עליהם את האופנים, והם מרוחקים זה מזה רק כמה מאות סנטימטרים. אך לרוחק הסרנים ולמפשקם חשיבות רבה. המרחק שבין טבורי הגלגלים הוא בעצם המרחק שבין הסרנים, והוא מכונה ^בסיס הגלגלים^. הואיל והגלגלים נתונים בתוך בתי גלגל, הבולטים לתוך תא הנוסעים וקובעים בזה את מיקום המושבים, הנתון של בסיס הגלגלים מציין, בעצם, את המרחב בתוך תא הנוסעים. ככל שבסיס הגלגלים גדול יותר, המרחב לנוסעים גדל בהתאמה.
נתונים ממוצעים-מעוגלים (עם סטיות של 5 ס^מ לשני הצדדים) של מכוניות, על פי שיוכן הקטגורי, הם: עד 225 ס^מ במיקרו; 235 ס^מ במיני (קטגוריה A); 245 ס^מ בסופרמיני (B); 260 ס^מ למשפחתיות-קומפקטיות (C); 270 ס^מ למשפחתיות-גדולות (D); 285 ס^מ לסלון (E); 295 ס^מ לפאר (F); מעל 330 ס^מ בפאר-על.
כאשר יושבים במושב האחורי, כל ס^מ נוסף לבסיס הגלגלים מורגש בעליל (אם כי סוג ההנעה ותכנון כולל של המרכב יחד עם תכנון הפנים והמושבים משפיעים אף הם. זהו ^כלל אצבע^ שיש לבדוק את תקפותו בכל מקרה). אלא שלאורך בסיס הגלגלים יש שתי משמעויות עיקריות נוספות, שתיהן קשורות ליכולות דינמיות של המכונית. הראשונה אינה עומדת בפני עצמה, אלא קשורה גם לרוחב המכונית וליכולת ההיגוי שלה. זהו הפרמטר המכונה ^רדיוס הסיבוב^, והוא נמדד בשני מצבים: סיבוב בין מדרכות וסיבוב בין קירות. ההבדל בין מצבים אלה הוא שרדיוס הסיבוב בין המדרכות לעולם יהיה קטן יותר, שכן הדבר היחיד המגביל את סיבוב הרכב הוא נגיעת הגלגל במדרכה, בעוד שהמרכב שמעליו, יכול לבלוט מעבר לקו המדרכה. סיבוב בין קירות, לעומת זאת, מגדיר בעצם את המרחב שיש למכונית כולה, על מרכבה, להסתובב בו. וזה, בשל המגבלה על פינות המכונית, גדול יותר.
וכיצד זה קשור לבסיס הגלגלים ולרוחב המכונית? ברור, כי ככל שבסיס הגלגלים קצר יותר, ובהנחה כי הפרופורציות של הרכב סבירות (ומיד נרחיב בפסקה הבאה), הרכב קצר יותר. אלא שבכך לא די: כדאי שמערכת ההיגוי תהיה כזו, שתאפשר הפניית הגלגלים הקדמיים בזוית מספקת. כאן, אגב, בא לרועץ רוחב הצמיג. צמיג רחב הוא אמנם ספורטיבי ונאה למראה, אך הפנייתו בזוית גדולה מחייבת בית גלגל רחב, המשפיע על הרוחב ^נטו^ של תא הנוסעים.
שיעור בגיאומטריה - פרופורציות וזוויות
כאמור לעיל, לבסיס הגלגלים שתי משמעויות, והשניה, מעבר לרדיוס הסיבוב, היא יכולת העבירות. בהקשר זה, עלינו לציין שלושה נתונים: זווית הגישה, זווית העזיבה (או ^נטישה^) והשלישית, הבאה לידי ביטוי בפרמטר המכונה ^רדיוס העבירות^, או כפי שהמושג נקלט בארץ הקודש (למגינת לבי...), כ^זווית בטן^.
שלוש זוויות אלה נקבעות על פי פרופורציות המכונית (ראה בשרטוט): החלק שמחזית המכונית ועד לציר הגלגלים הקדמי מגדיר את זווית הגישה. בסיס הגלגלים, ביחס לגובה גחון המכונית מהכביש מגדיר את רדיוס העבירות, ואילו סרח העודף האחורי, מציר הגלגלים האחורי ועד לקצה המכונית, כולל וו גרירה, אם קיים, הוא זווית העזיבה. מהשרטוט ניתן להבין, כי ככל שהגלגלים ממוקמים קרוב יותר לפינות הרכב, זוויות הגישה והעזיבה גדלות, וככל שבסיס הגלגלים קצר וגחון המכונית מורם, הרדיוס קטֵן, ואלה המצבים הרצויים לרכב שטח.
אך בכך לא די: סרחים גדולים מלפנים ומאחור אינם נאים לעין. סרח אחורי גדול גורם להתנהגות סוררת בפניות, שכן בשל המרחק הגדול ממרכז הכובד, הכוח הצנטריפוגלי הנוצר בסיבוב מפעיל מומנט גדול על מרכז הכובד וגורם להיגוי יתר. ועוד לא דיברנו על גודל תא המטען המוגדר על ידי הסרח העודף הזה, שבמקרה זה שומר על יחס ישר: גדול=גדול ועל הרמת גחון המכונית המרימה את מרכז הכובד, על ההשלכות השליליות לכך. ועל כל אלו יש להוסיף את הקשר הישיר שבין אורך בסיס הגלגלים לבין התנהגות הרכב בפניות והיציבות הכיוונית שלו, ההשפעה על נוחות הנסיעה, השפעת מפשק הסרנים על מרכיבים אלו ועוד.
כעת, משקשרנו את הפרמטרים הללו למבנה המרכב והשלדה, בשלנו להיכנס לנבכי תצורות המרכב השונות (והמשונות). על כך בכתבה הבאה.
