Βασική αρχή για την κατασκευή ενός αυτοκινήτου αποτελεί το πλαίσιο. Πάνω σε αυτό στηρίζονται όλα τα μηχανικά μέρη του αυτοκινήτου όπως ο κινητήρας και οι αναρτήσεις και γενικά όλο το αμάξωμα. Τα πρώτα αυτοκίνητα που κατασκευάστηκαν δεν διέφεραν και πολύ από τις άμαξες λόγω του ότι είχαν ξύλινο πλαίσιο, κάτι που διατηρήθηκε μέχρι τη δεκαετία του 1930. Η αρχή έγινε από τη Citroen, η οποία κατασκεύασε για πρώτη φορά σε αυτοκίνητο μεταλλικό αυτοφερόμενο αμάξωμα. Ομως για την εποχή εκείνη η κατασκευή ενός τέτοιου πλαισίου ήταν ιδιαίτερα δαπανηρή με αποτέλεσμα ο Γάλλος κατασκευαστής να αναγκαστεί να πουλήσει την εταιρεία του. Το μη αυτοφερόμενο πλαίσιο ή σασί ή τύπου σκάλας, όπως συνηθίζεται να λέγεται λόγω του σχήματός του, επικράτησε για πολλά χρόνια στα επιβατικά αυτοκίνητα μέχρι τη δεκαετία του 1970 ενώ σήμερα χρησιμοποιείται αποκλειστικά μόνο σε εκτός δρόμου οχήματα. Το πιο διαδεδομένο υλικό κατασκευής των πλαισίων είναι ο χάλυβας. Η χρήση "εξωτικών" υλικών όπως ανθρακονήματα, κέβλαρ και μαγνήσιο αποτελεί βασικό "συστατικό" κατασκευής των μονοθέσιων της F1. Το αλουμίνιο ξεκίνησε τα πρώτα του βήματα στα τέλη της δεκαετίας του 1980 και χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή σπορ και πολυτελών αυτοκινήτων για να περάσει πλέον στις μέρες μας σε αυτοκίνητα μαζικής παραγωγής.
Το αυτοφερόμενο πλαίσιο χρησιμοποιείται σε όλα τα επιβατικά αυτοκίνητα και στα περισσότερα οχήματα ελεύθερου χρόνου (Toyota RAV4, Honda HR-V - CR-V, Land Rover Freelander κ.ά.). Το μπροστινό και το πίσω τμήμα του διαθέτουν ζώνες ελεγχόμενης παραμόρφωσης με ενισχυμένα φύλλα χάλυβα έτσι ώστε να απορροφούν το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας μιας σύγκρουσης και παράλληλα να παραμορφώνονται σταδιακά. Η δομή τους πρέπει να είναι κατασκευασμένη με τέτοιο τρόπο έτσι ώστε να μην είναι πολύ σκληρή -γιατί καταπονούνται οι επιβάτες- αλλά ούτε ιδιαίτερα μαλακή γιατί παραμορφώνεται έντονα σε ενδεχόμενα σύγκρουσης. Ο χώρος των επιβατών, ο οποίος χαρακτηρίζεται ως "κλωβός ασφαλείας", είναι σχεδιασμένος με τέτοιο τρόπο έτσι ώστε να μην επηρεάζεται μετά από μια ενδεχόμενη σύγκρουση. Ιδιαίτερες ενισχύσεις διαθέτουν οι κολόνες της οροφής και το πλαϊνό μέρος λόγω έλλειψης ζωνών παραμόρφωσης για να μην παραμορφωθούν έντονα σε περίπτωση ανατροπής ή πλάγιας σύγκρουσης.
Μη αυτοφερόμενο πλαίσιοΤο πλαίσιο τύπου σκάλας χρησιμοποιείται στα περισσότερα εκτός δρόμου οχήματα (Suzuki Grand Vitara, Land Rover Discovery, Hyundai Galloper) γιατί είναι ιδιαίτερα ανθεκτικό στις καταπονήσεις με βασικό όμως μειονέκτημα έναντι ενός αυτοφερόμενου το αυξημένο βάρος. Πάνω σε αυτό προσαρμόζονται με βίδες όλο το αμάξωμα, τα μηχανικά μέρη και οι αναρτήσεις και κατασκευάζεται από χάλυβα υψηλής αντοχής. Αποτελείται από δύο δοκούς τοποθετημένες παράλληλα, τις δοκίδες, οι οποίες συνδέονται μεταξύ τους με εγκάρσιες δοκούς, τις διαδοκίδες. Πλαίσιο τύπου χωροδικτυώματος Το χωροδικτύωμα αποτελείται από δοκούς οι οποίες ενώνονται μεταξύ τους με συγκολλήσεις ή ειδικές κόλλες και πάνω σε αυτές τοποθετούνται όλα τα μηχανικά μέρη και το αμάξωμα. Το πλεονέκτημα αυτής της κατασκευής είναι ότι έχει χαμηλό βάρος και μεγάλη ακαμψία αλλά στην περίπτωση που είναι κατασκευασμένο από αλουμίνιο έχει αυξημένο κόστος και απαιτεί προηγμένες μεθόδους κατασκευής.
Αλουμινένια πλαίσιαΗ συνεχής αύξηση του βάρους των αυτοκινήτων, που προήλθε από τις αυξανόμενες απαιτήσεις των καταναλωτών στους τομείς της παθητικής ασφάλειας και του εξοπλισμού, ώθησε τους κατασκευαστές στην αναζήτηση νέων μετάλλων για την κατασκευή των πλαισίων. Το Honda NSX ήταν το πρώτο αυτοκίνητο το οποίο βασιζόταν σε αλουμινένιο πλαίσιο χωρίς όμως να διαθέτει καμία ιδιαιτερότητα στην κατασκευή του, γιατί πολύ απλά αντικατέστησαν το χάλυβα με το αλουμίνιο σαν υλικό κατασκευής των μεταλλικών φύλλων. Τα διαμορφωμένα σε πρέσες φύλλα ηλεκτροκολλούνται και σχηματίζουν ένα φορέα-κέλυφος όπως στα περισσότερα αυτοκίνητα. Η λογική της Honda ήταν πως το αλουμίνιο, το οποίο έχει πυκνότητα ίση με το ένα τρίτο εκείνης του χάλυβα, θα έκανε το πλαίσιο ελαφρύτερο. Ομως παράλληλα έχει και μειωμένη αντοχή σε σχέση με το χάλυβα, κάτι που σημαίνει ότι τα φύλλα θα έπρεπε να γίνουν παχύτερα με αποτέλεσμα να μην επιτευχθεί τελικά η αρχική προσδοκία. Αυτό φαίνεται από το βάρος του αυτοκινήτου που ήταν 1.370 κιλά, όσο περίπου ενός αντίστοιχου με χαλύβδινο πλαίσιο. Η Audi έκανε το μεγάλο "βήμα" το 1994 με την παρουσίαση του A8. Σε συνεργασία με την AL - COA (Aluminium Company of America) εξέλιξε μια νέα μέθοδο κατασκευής πλαισίου. Το ASF (Audi Space Frame) είναι ένα χωροδικτύωμα κατασκευασμένο εξ ολοκλήρου με αλουμίνιο το οποίο είναι ελαφρύτερο από ένα αντίστοιχο από χάλυβα, κάτι που έχει θετικά αποτελέσματα στο βάρος του αυτοκινήτου και συνεπώς στην κατανάλωση και τις επιδώσεις. Πέρα όμως από το πλαίσιο και το αμάξωμα είναι κατασκευασμένο από αλουμίνιο με αποτέλεσμα η ναυαρχίδα της Audi να ζυγίζει λιγότερο από αντίστοιχες προτάσεις. Ομως η Audi δεν περιορίστηκε στο A8 και πρωτοτύπησε για άλλη μια φορά με την κατασκευή ενός αντίστοιχου πλαισίου για αυτοκίνητο μαζικής παραγωγής (Α2). Τα βήματα της Audi ακολούθησαν ένα χρόνο αργότερα η Renault και η Lotus. To πλαίσιο του Renault Spider είναι ένα χωροδικτύωμα όπου οι αλουμινένιες δοκοί δεν κατασκευάζονται από τη συνένωση πρεσαριστών φύλλων αλλά με εξέλαση. Οι τεχνικοί της Lotus προχώρησαν ακόμα πιο μπροστά και κατασκεύασαν ένα νέο πλαίσιο ακόμα πιο ελαφρύ από αυτό της Renault. Στο νέο χωροδικτύωμα της Elise οι εξελασμένες δοκοί συνδέονται με κόλλα εποξικής ρητίνης με ενισχυτικές υλώσεις σε ορισμένα μόνο σημεία. Η μέθοδος αυτή δίνει μεγαλύτερη ακρίβεια κατασκευής και αντοχή από την ηλεκτροκόλληση ενώ παράλληλα έχει μειωμένο βάρος. Αυτό συμβαίνει γιατί η ηλεκτροκόλληση μειώνει την αντοχή των μετάλλων με αποτέλεσμα τη χρήση παχύτερων διατομών. Η υπεροχή αυτού του πλαισίου αποδεικνύεται από το βάρος του αυτοκινήτου (675 κιλά) σε σχέση με το αντίστοιχης φιλοσοφίας Renault Spider (790 κιλά). Η εξέλιξη όμως των αλουμινένιων πλαισίων δεν σταμάτησε και η εταιρεία Karmann, η οποία κατασκευάζει αμαξώματα κυρίως ανοιχτών αυτοκινήτων, εξέλιξε μία νέα μέθοδο κατασκευής με την ονομασία AFS (Aluminium Foam Sandwich). Σύμφωνα με τη νέα αυτή μέθοδο δύο φύλλα αλουμινίου δημιουργούν ένα σάντουιτς με γέμιση από σκόνη αλουμινίου αναμεμειγμένη με ένα διογκωτικό μέσο. Το σάντουιτς διαμορφώνεται στο επιθυμητό σχήμα και κατόπιν μπαίνει στο φούρνο. Το διογκωτικό μέσο ενεργοποιείται θερμικά και το μείγμα με τη σκόνη αλουμινίου μετατρέπεται σε αφρό δένοντας τα δύο φύλλα σε μια συμπαγή ενότητα. Η Karmann ισχυρίζεται ότι αυτή η μέθοδος δίνει δεκαπλάσια αντοχή από το χάλυβα ενώ έχει το πρόσθετο πλεονέκτημα της μεγάλης ικανότητας απορρόφησης ενέργειας, κάτι πολύ σημαντικό για τα επίπεδα της παθητικής ασφάλειας και του μειωμένου κατά 50% βάρους σε σχέση με ένα αντίστοιχο από χάλυβα.
Κοινή πλατφόρμαΗ χρήση της κοινής πλατφόρμας δεν είναι κάτι το καινούργιο αλλά έχει ξεκινήσει από τη δεκαετία του 1970 για να φτάσει σε τέτοιο βαθμό σήμερα ώστε την ίδια πλατφόρμα να χρησιμοποιούν μέχρι και δέκα μοντέλα. Πρώτοι διδάξαντες είναι οι Ευρωπαίοι, κυρίως Γερμανοί, Ιταλοί και Γάλλοι. Πολλά από τα αυτοκίνητα που κυκλοφορούν έχουν κατά 60% ή και περισσότερο όμοια μηχανικά μέρη με κάποια άλλα. H VW διαθέτει μόνο τέσσερις πλατφόρμες επάνω στις οποίες βασίζει το σύνολο σχεδόν των μοντέλων που κατασκευάζουν αμφότερες VW, Seat, Audi και Skoda. Για παράδειγμα την ίδια πλατφόρμα χρησιμοποιεί το VW Golf με το Skoda Octavia και το Audi TT. Δεύτερη θέση κοινών βάσεων στην Ευρώπη κατέχει ο όμιλος PSA και τρίτη ο όμιλος Fiat. Βέβαια το ότι πολλά αυτοκίνητα χρησιμοποιούν την ίδια πλατφόρμα αυτό δεν σημαίνει ότι είναι και ίδια γιατί αλλάζει η φιλοσοφία κατασκευής τους. Παράδειγμα το Fiat Bravo, αν και μοιράζεται την ίδια πλατφόρμα με την Alfa Romeo 156, πρόκειται ουσιαστικά για δύο διαφορετικά αυτοκίνητα. Η χρήση της κοινής πλατφόρμας βοηθάει τις αυτοκινητοβιομηχανίες στη δραστική μείωση των δαπανών και του χρόνου που θα χρειάζονταν για να εξελίξουν ξεχωριστά μία πλατφόρμα για κάθε μοντέλο, κάτι που έχει άμεσο όφελος και για τον καταναλωτή.
ΑμάξωμαΟλα τα εξωτερικά μέρη ενός αυτοκινήτου (πόρτες, παράθυρα, οροφή κ.λπ.) αποτελούν το αμάξωμά του. Ανάλογα με τον τύπο του αμαξώματος διαχωρίζουμε τα αυτοκίνητα σε διάφορες κατηγορίες όπως σεντάν, λίφτμπακ, στέισον βάγκον, κουπέ κ.ά. Τα μέρη ενός αμαξώματος ενώνονται με το πλαίσιο είτε με βίδες, είτε με συγκολλήσεις οι οποίες σε όλα τα σύγχρονα εργοστάσια γίνονται αποκλειστικά από ρομπότ. Η συναρμολόγηση των μερών του αμαξώματος γίνεται και αυτή από ρομπότ ενώ μεγάλη προσοχή δίνεται στην ποιότητα συναρμογής τους. Ετσι ένα αυτοκίνητο με μικρούς αρμούς δίνει την εντύπωση ενός ενιαίου στιβαρού συνόλου. Μεγάλο ρόλο για την εμφάνιση ενός αμαξώματος πέρα από τη σχεδίαση και την ποιότητα συναρμογής του παίζει και η βαφή. Πριν όμως βαφεί για να στρώσει καλύτερα το χρώμα περνάει από έναν "κάδο" με υδατοδιαλυτές ρητίνες που κολλάνε στο αμάξωμα για να στρώσει καλύτερα το χρώμα. Οταν τελειώσει η διαδικασία της βαφής, περνάει από τον ποιοτικό τελικό έλεγχο όπου ελέγχεται προσεκτικά για πιθανές ατέλειες στο φινίρισμα.
Το αμάξωμα πριν περάσει από το τμήμα της βαφής βυθίζεται σε έναν κάδο με υδατοδιαλυτές ρητίνες που κολλάνε πάνω του για να καλύψουν τα νερά του μετάλλου και να βοηθήσουν στην καλύτερη επίστρωση του χρώματος.
Υλικά
Το συνηθέστερο υλικό κατασκευής των μερών του αμαξώματος στα περισσότερα αυτοκίνητα ευρείας παραγωγής είναι ο σίδηρος. Είναι ένα υλικό το οποίο έχει χαμηλό κόστος, είναι εύκολο στην κατεργασία αλλά έχει μεγάλο βάρος. Το αλουμίνιο, το οποίο χρησιμοποιείται είτε για την κατασκευή ολόκληρου του αμαξώματος (Audi A8 και A2, Land Rover Defender) είτε για μεμονωμένα μέρη (καπό, πόρτες, φτερά), είναι ένα μέταλλο το οποίο είναι ιδιαίτερα ελαφρύ αλλά είναι πιο δύσκολο στην κατεργασία από το σίδηρο και έχει μεγαλύτερο κόστος. Το μαγνήσιο χρησιμοποιείται για την κατασκευή μερών του αμαξώματος σε ακριβά και σπορ αυτοκίνητα, είναι ακόμα πιο ελαφρύ από το αλουμίνιο αλλά έχει ακόμα πιο μεγάλο κόστος. Τα σύνθετα υλικά αποτελούνται από πολυμερή μεταλλική μήτρα με ενίσχυση από ίνες άλλων υλικών (ίνες άνθρακα, κέβλαρ κ.λπ.) τα οποία χρησιμοποιούνται κυρίως στην F1. Πιο χαμηλού κόστους υλικά είναι τα πολυμερή και το φάιμπερ γκλας τα οποία είναι πολύ ελαφριά και εύκολα σε κατεργασία και χρησιμοποιούνται συνήθως για την κατασκευή φτερών, στην πόρτα του πορτ μπαγκάζ αλλά και ολόκληρου του αμαξώματος (Renault Espace, MCC Smart).
Η αεροδυναμική αποτελούσε για πολλά χρόνια έναν άγνωστο όρο για τη σχεδίαση των αυτοκινήτων. Οι πρώτες αεροδυναμικές μελέτες ξεκίνησαν με την κατασκευή των αγωνιστικών αυτοκινήτων τα οποία έμοιαζαν περισσότερο με πυραύλους παρά με αυτοκίνητα. Ουσιαστικά η μοναδική απόπειρα που έγινε για την ελαχιστοποίηση της αεροδυναμικής αντίστασης ήταν εκείνη του Tropfenwagen, ενός αυτοκινήτου το οποίο είχε το σχήμα της σταγόνας με συντελεστή μόλις 0,28, τιμή κορυφαία αν αναλογιστούμε ότι σχεδιάστηκε το 1921. Πολλές φορές όμως οι σχεδιαστές υπερέβαλαν για χάρη της αεροδυναμικής και του εντυπωσιασμού και κατασκεύαζαν διάφορα πρωτότυπα που μόνο με αυτοκίνητα δεν έμοιαζαν. Ενα από τα πρώτα αυτοκίνητα παραγωγής που μελετήθηκε ιδιαίτερα σε αυτόν τον τομέα ήταν η Citroen DS (ο γνωστός βάτραχος), η οποία παρουσιάστηκε το 1955. Αεροδυναμική όμως δεν είναι μόνο η ελαχιστοποίηση της αντίστασης και της άνωσης. Υπάρχουν πολλοί ακόμα παράγοντες που βελτιώνουν τη λειτουργία ενός αυτοκινήτου, όπως την ευπάθεια σε πλάγιους ανέμους, την ψύξη του κινητήρα και των φρένων μέχρι και το πόσο εύκολα λερώνουν οι καθρέφτες και τα χερούλια. Η ανάπτυξη των υπολογιστών βοήθησε κατά μεγάλο ποσοστό στη βελτίωση του αεροδυναμικού συντελεστή, κάτι που έχει θετικά αποτελέσματα στην κατανάλωση, τις επιδόσεις, τη μείωση των ρύπων και τη σταθερότητα του αυτοκινήτου. Το μεγαλύτερο μέρος (80%) της συνολικής αεροδυναμικής αντίστασης προκαλείται από τη ροή στο πάνω και το κάτω μέρος του αυτοκινήτου και το υπόλοιπο μέρος οφείλεται στη ροή ψύξης του κινητήρα. Η τριβή του αέρα στην οροφή και στο υπόλοιπο μέρος του αμαξώματος αντιστοιχεί μόνο με το ένα έβδομο της συνολικής αντίστασης ενώ το μεγαλύτερο μέρος της αντίστασης προκαλείται από τις δίνες στο πίσω μέρος του αυτοκινήτου. Για αυτόν το λόγο οι μηχανικοί και οι σχεδιαστές μπορούν να αποδώσουν καλύτερο αεροδυναμικό συντελεστή σε ένα μεγάλο αμάξωμα παρά σε ένα μικρό.
ΣχεδίασηΗ σχεδίαση αποτελεί ένα από τα πιο σημαντικά μέρη της εξέλιξης ενός αυτοκινήτου. Μεγάλα ποσά και ατελείωτες ώρες δαπανώνται μέχρι να πάρει την τελική του μορφή ένα μοντέλο για το οποίο δεν είναι υπεύθυνοι αποκλειστικά μόνο οι σχεδιαστές αλλά και οι μηχανικοί. Μπορεί, για παράδειγμα, ο σχεδιαστής να έχει σχεδιάσει έναν όμορφο προφυλακτήρα αλλά ο μηχανικός είναι σε θέση να κρίνει αν προσφέρει την απαραίτητη ψύξη στον κινητήρα. Ετσι πολλές φορές το αρχικό σχέδιο ενός αυτοκινήτου αλλάζει μέχρι να πάρει την τελική του μορφή. Ουσιαστικά η μορφή των αυτοκινήτων άρχισε να αλλάζει από τη δεκαετία του 1950 όταν έκαναν την εμφάνισή τους αυτοκίνητα στα οποία δεν προεξείχαν τα φτερά από το υπόλοιπο αμάξωμα και το παρμπρίζ δεν ήταν κάθετο και επίπεδο, κάτι που έπαιξε μεγάλο ρόλο και η αεροδυναμική. Τώρα πλέον όλα τα αυτοκίνητα έχουν χυτές διαδοχικές γραμμές, ακμές και απαλές καμπύλες αλλά η σχεδίασή τους έχει ρίζες τόσο στη νοοτροπία και την κουλτούρα του κάθε λαού, όσο και στην ιστορία της κάθε εταιρείας. Ορισμένα στοιχεία ενός αυτοκινήτου μένουν σχεδόν αναλλοίωτα στο χρόνο όπως το χαρακτηριστικό ψυγείο της Mercedes, η τριγωνική μάσκα της Alfa Romeo, τα "νεφρά" της BMW, το "πέταλο" της Bugatti και αποτελούν το σήμα κατατεθέν της εταιρείας. Παράλληλα έχουν δημιουργηθεί διάφορες "σχολές" όπως η Ιταλική η οποία φημίζεται για της σπορτίφ κατασκευές της, η Γαλλική που φημίζεται για τη φινέτσα της, η Γερμανική για τη σοβαρότητα και την ποιότητα της κ.ά. Η σχεδίαση ενός αυτοκινήτου επηρεάζει κατά ένα μεγάλο ποσοστό και την εμπορική του επιτυχία. Μπορεί ένα αυτοκίνητο τεχνολογικά να μην διαθέτει κάτι το καινοτόμο αλλά λόγω της σχεδίασής του να μετατραπεί σε "αυτοκίνητο σύμβολο" και να μείνει για δεκαετίες στην παραγωγή. Τρανταχτά παραδείγματα αποτελούν το VW Beetle το και το Mini Coοper τα οποία αντικαταστάθηκαν ύστερα από πολλές δεκαετίες.
Ορισμένες εταιρείες δίνουν ιδιαίτερο βάρος στη σχεδίαση των αυτοκινήτων τους αντλώντας στοιχεία από το παρελθόν συνδυάζοντάς τα με τις σύγχρονες σχεδιαστικές τάσεις.
