Il corpo vettura e l’unibody [LEZIONE #3]




Riprendiamo la nostra rubrica che affronta i temi più importanti del mondo dell’autoveicolo in modo da far avvicinare chiunque a questa affascinante materia. Oggi inizieremo a parlare più nel dettaglio di meccanica, in particolare ci concentreremo sul corpo vettura per capire cosa si intende per “unibody” e per delineare i passaggi storici salienti che hanno portato a questo modo di costruire l’auto.

Ricordiamo che gli argomenti non verranno spiegati in tutti i particolari dato che l’obiettivo degli articoli è quello di offrire nozioni basilari che possano servire come fondamenta per ulteriori ricerche del lettore.

Iniziamo classificando le evoluzioni tecnologiche che hanno portato alla nascita del corpo vettura come lo conosciamo oggi, la definizione di quest’ultimo e l’analisi delle sue componenti verrà fatta in seguito.

Non unitized chassis frames

Nei primissimi anni successivi alla nascita dell’automobile molti costruttori vedevano nell’auto una diretta continuazione di ciò che si era visto per molto tempo nelle carrozze e nei carri. In questi ultimi i cavalli venivano legati al mezzo nella parte anteriore, ciò portò i primi designer a disegnare auto con motori (motori a combustione interna o inizialmente motori a vapore) posizionati davanti alla zona adibita al trasporto dei passeggeri. A questo punto è opportuno dire che il corpo delle primissime auto era principalmente composto dallo “chassis” e dalla “scocca”. Il termine “chassis” ha un significato diverso da quello di oggi dato che era la struttura adibita a fornire i supporti per gli organi più importanti della vettura (dalle sospensioni al powertrain) ed era inoltre costruito per sopportare le forze a cui era sottoposta l’auto. La scocca era invece la parte in cui erano presenti i passeggeri e i bagagli. Quest’ultima era inizialmente prodotta dalle stesse case che prima costruivano le carrozze e per questo motivo (dato il grande livello che si era raggiunto nella lavorazione del legno) le più svariate forme di carrozzeria potevano essere disegnate. Di grande interesse era per gli ingegneri dell’epoca il modo in cui questi due componenti erano assemblati ma il punto saliente è che le due parti non diventavano “una cosa sola” andando quindi a deformarsi e a reagire in modo indipendente alle forze esercitate durante il moto dell’auto.

Partially unitized chassis frames

Un’evoluzione del concetto precedentemente descritto si ha con la struttura della Fiat 1500 del 1935. Qui si iniziano ad utilizzare sezioni chiuse per la maggior parte dei componenti. Per semplificare basta immaginare la differenza di rigidità tra un quadrato, assimilabile ad una sezione chiusa, e un quadrato senza un lato e quindi a forma di “c” (è facile capire come il miglioramento sia netto). Inoltre lo chassis aveva ora una forma a “X” e molte parti erano saldate. Ciò che non era saldato era lo chassis con la scocca (da qui il nome “partially unitized chassis frames”) ma la particolare forma dello chassis permetteva di abbassare notevolmente il pavimento dell’auto ottimizzando l’aerodinamica e in generale le qualità dinamiche dell’auto.

Unitized body

Questo è l’ultimo “step” dell’evoluzione del corpo vettura che ora coincide con una struttura unica che grazie alla saldatura tra le varie parti si comporta come un unico corpo quando viene sottoposta a sforzi di vario genere. Il corpo vettura è quindi la parte dell’auto progettata per offrire spazio ai passeggeri e ai loro bagagli, per proteggerli in caso di urto e in grado di fornire supporti per le sospensioni e il powertrain della vettura.

Ciò che abbiamo appena definito è in generale il concetto dietro all’intero corpo dell’auto ma seguendo il discorso storico precedentemente illustrato la parte dell’auto che è “praticamente indivisibile” è la cosiddetta “scocca lastrata” (body in white) a cui poi vengono montate parti “che si possono staccare” come le portiere, gli accessori e parti con funzioni estetiche e/o aerodinamiche (come ad esempio lo spoiler).

Scocca Lastrata

Ovviamente quella che abbiamo dato è una definizione generale: ogni costruttore sceglie poi come produrre quest’importante componente che ad esempio potrebbe contenere anche dei pannelli (che non danno un grosso contributo alla rigidità torsionale, di cui parleremo dopo, dell’auto) o essere composto solo da componenti tubolari.

La rigidità del corpo vettura è misurato attraverso specifiche attrezzature e ha diversi valori a seconda che si misuri la rigidità alla flessione (bending stiffness) o alla torsione (torsional stiffness). In generale il valore misurato varia a seconda che si consideri la sola scocca lastrata o l’intero corpo vettura (i vetri offrono un ulteriore aumento della rigidità). Varia inoltre a seconda del numero di porte della vettura o del tipo di carrozzeria. Una sedan (3 volumi) ha una rigidità torsionale superiore ad una corrispettiva station wagon grazie alla barra trasversale presente dietro ai sedili posteriori.

Body frame (pianale)

Una delle parti che compone l’unibody è il body frame o il cosiddetto “pianale”. Anche in questo caso il discorso che faremo è molto generale ma sono sicuro che servirà a sfatare alcuni “miti” che riempiono le bocche di molti falsi esperti dell’auto. Generalmente il body frame è composto dal pavimento, da barre trasversali, dai  longheroni e dal duomo scocca (struts). L’intera struttura si può poi dividere in pavimento centrale e posteriore. Senza entrare nel dettaglio diciamo soltanto che il pianale è una parte che richiede molto più tempo delle altre per essere progettata e ha una vita (sul mercato) superiore a quella del resto dei componenti dell’auto. E’ quindi opportuno, praticamente una scelta obbligata per ogni costruttore, condividere il pianale tra diverse auto. Proprio in virtù delle caratteristiche di ogni pianale questo ha (generalmente) un certo livello di flessibilità nell’essere modificato e adattato alla diversa tipologia di auto in cui sarà ospitato. Contribuisce per non più del 20% alla rigidità complessiva dell’auto e quindi è azzardato andare a classificare un’auto uguale ad un’altra per la sola condivisione del body frame. Il discorso è differente se vengono condivisi anche altri componenti.

Sicurezza passiva (“passiva” perché riguarda tutto ciò che può fare l’auto dopo che l’incidente è ormai inevitabile)

Nella definizione del corpo vettura abbiamo detto che una delle funzioni di quest’ultimo è la protezione degli occupanti. Quest’obiettivo viene raggiunto mediante parti che hanno diversi scopi. Avremo componenti che assorberanno parte dell’energia cinetica dell’incidente andando quindi a mitigare l’impatto sugli occupanti. Al contrario, la parte centrale dell’auto è progettata in modo da essere una struttura rigida che offre uno spazio vitale agli occupanti invariato dopo l’incidente.

Particolare è la deformazione del duomo scocca (precedentemente citato) nella parte anteriore dell’auto. Questo componente assorbe parte dell’energia dell’impatto mediante una deformazione programmata. Il componente tubolare va quindi ad “accartocciarsi” (folding) assorbendo l’energia in modo pressoché costante. Il comportamento da evitare è invece quello che prevede di “piegare” (bending) il componente tubolare dato che in questo modo si ha solo un picco nell’assorbimento senza una deformazione costante ed efficace.

 

Chiudiamo qui il terzo appuntamento della rubrica, vi ricordiamo la possibilità di commentare l’articolo sul sito o su Facebook per qualunque altra informazione aggiuntiva.

 

Alessandro Fruni




Cresciuto assieme alle automobili con le quali ha stabilito un legame del tipo "Linus-coperta", da piccolo si addormentava con riviste d'auto fra le braccia. Ora ha grandi capacità e conoscenze, tutte al servizio degli articoli di AIE.