Podvozek je součást dopravních prostředků, strojů a zařízení, které ke své funkci vyžadují pohyb po pevné, kapalné či sypké ploše. Součástmi podvozku jsou zpravidla kola zajišťující minimální třecí odpor stroje při jeho pohybu po pevné ploše, pružiny k zachycení nárazů a tlumič pro pohlcení energie těchto nárazů. Konstrukce podvozků je závislá na typu stroje resp. dopravního prostředku i na povrchu, na němž se má pohybovat. Složitější podvozek větších strojů se může skládat z většího počtu samostatně konstruovaných jednodušších podvozků.
Podvozek v automobilovém průmyslu
V automobilovém průmyslu je jako podvozek označován také nekompletní automobil, určený k dostavbě na některé specializované provedení. Výrobci nákladních automobilů často kompletují přímo ve výrobním závodě jen nejčastěji prodávané verze, typicky například valníky nebo sedlové tahače. Ostatní provedení, jako jsou skříňové automobily, sklápěče nebo autojeřáby, mohou dodávat specializované nástavbářské firmy. Výrobce potom dodává pojízdný podvozek s pohonnou jednotkou a kabinou řidiče, včetně konzolí pro připevnění nástavby a vývodů pro pomocné pohony. Nástavbář se může velice úzce specializovat na konkrétní typ nástaveb.
Existují firmy, které dodávají například výhradně hasičské nástavby nebo jen montážní plošiny. Stejná nástavba tak může být nabízena na podvozcích různých výrobců, ale stejné nosnosti. V dobách před druhou světovou válkou byla koncepce nástaveb rozšířená i při výrobě osobních (a od nich odvozených, např. dodávkových) automobilů a autobusů.
Historie a vývoj nosného rámu
První automobily byly postaveny na odděleném podvozku, většinou obdélníkového půdorysu, vytvořeného ze dvou ocelových podélných nosníků a většího množství příček. Využívalo se především dřeva a plátna na potahy karoserií, tato bezmotorová vozidla ovšem vznikala většinou individuálně. 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; používá se však dodnes i u lehkých vozidel, například velkých pikapů a skutečných terénních automobilů.
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 této souvislosti rozlišujeme několik typů karoserie a rámů: unibody či monocoque (samonosná karoserie), Budd karoserie a další alternativy. Věřitelné vývojové cesty zahrnují i Bezzemní pláště Budd pro montáž na podvozky, později použití pro Traction Avant (Citroën). V Československu byla průkopníkem Tatra, která pro aerodynamické sedany třicátých let zvolila plošinový rám spojený s proudnicovou nástavbou.
Materiály a jejich vliv na konstrukci
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 se svařují, lepí, nýtují, či jinak mechanicky spojují. Současnou evolucí je kombinace nových typů ocelí, tvarovaných za tepla, vysokopevnostních a ultrapevných. Rozšiřuje se také celohliníková stavba, jenže hliník je sice lehčí, ale dražší. Před dvaceti lety u Audi zavedli ASF (Aluminium Space Frame), který tvoří jeden celek s hliníkovou karoserií; dnes má řadu variant od malosériového kupé po velkosériové sedany. 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. Jeden kompozitový podvozek se tehdy vyráběl šest týdnů a přišel na sto tisíc dolarů. Následoval první sériový silniční McLaren F1 z uhlíkových kompozitů; u nástupce Mercedes-Benz SLR McLaren se výrobní doba zkrátila na šest dnů a náklady klesly na třicet tisíc dolarů. McLaren zahájil sériovou produkci 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. 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, jež však vyžaduje zvýšenou pozornost proti korozní 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.
Současné trendy a praktické dopady
V současnosti dominují samonosné karoserie díky snížení hmotnosti a lepší torzní tuhosti. Pro sportovní a luxusní vozy zůstávají preferovány kompozitní prvky a karbonové díly pro maximální výkon a nízkou hmotnost, zatímco masová výroba často využívá kombinaci hliníku a oceli pro zlevnění výrobních nákladů. Výroba podvozků a karoserii je stále častěji propojena s CAD/CAE metodami pro přesné modelování, simulace a optimalizaci tvarů a materiálů. V budoucnu se očekává pokračování integrace různých materiálových řešení s cílem zlepšit bezpečnost, hospodárnost provozu a udržitelnost.
Unibody VS karoserie na rámu: Výhody, nevýhody a další designy! • Zjednodušená auta
| Typ rámu | Charakteristika | Příklady použití |
|---|---|---|
| Plošný rám / plošinový | Spojený s karoserií, snadná adaptace nástaveb | Nákladní vozy, pick-upy, některé osobní vozy |
| Žebřinový rám | Objemná konstrukce z rámů a příčníků | Nákladní vozy, velké pikapy |
| Unibody / monocoque | Samonosná karoserie, nejvíce rozšířená u osobních vozů | Sedany, SUV, MPV |
| Materiál | Vlastnost | Příklady |
| Oceli | Levnější, silný, tradiční | Většina konvenčních vozidel |
| Hliník | Lehčí, dražší, vysoká pevnost | Audi ASF, mnoho moderních modelů |
| Kompozity (uhlíková vlákna) | Vysoká pevnost při nízké hmotnosti, nákladná výroba | McLaren F1, SLR McLaren, některé supersporty |
| Karbonové konstrukce | Nejvyšší pevnost, nejnižší hmotnost | Vysoce výkonné vozy, závodní speciály |
Nezřídka dochází ke kombinaci různých materiálů (např. hliníkové a ocelové povrchové panely BMW), což vyžaduje zvýšenou pozornost proti korozní ochraně v místech jejich spojení. Další vývoj samonosné konstrukce i panelů karoserie na tuhém rámu bude záviset na materiálech, jejich dostupnosti a výrobní ceně.