Як автовиробники знижують вагу своїх автомобілів

75

Ось, що автовиробники мають на увазі під терміном «зниженням ваги»

Автовиробники використовують хитромудрі виверти для того щоб максимально скинути вагу зі своїх моделей автомобілів. Розглянемо, як вони це роблять на прикладі GM.

Незалежно від того, на чому ви їсте, правила гри будуть однаковими: чим більше машина важить, тим більше енергії потрібно, щоб переміщати її в просторі. Це означає, що необхідно більше палива, а збільшення згорає бензину/дизеля збільшує кількість викидів. Оскільки екологічні норми постійно посилюються, автовиробникам доводиться вишукувати можливості ставити свої транспортні засоби на «дієти», щоб максимізувати ефективність їх використання, наскільки це можливо на нинішньому етапі розвитку технологій.

General Motors, як і інші автовиробники йде по тому ж шляху зниження ваги своїх автомобілів, в хід йдуть новітні матеріали і різні технічні поліпшення конструкції.

Дивіться також: Автовиробники знижують вагу автомобілів

«Ми вважаємо, що не буває універсальних матеріалів для автомобілебудування», заявив Чарльз Клейн, спеціаліст відповідальний за глобальну стратегію зменшення викидів CO2 в GM. Сенс цієї заяви просто витлумачити, в кожному транспортному засобі зараз використовується суміш різних металів і пластиків, у тому числі створених на основі вуглецевого волокна. Навіть повністю алюмінієвий Ford F-150, який так полюбляють позиціонувати як повністю алюмінієвий пікап, у своїй основі сталеву конструкцію.

З першого погляду здається, що завдання перед автовиробниками варто нескладна і для її вирішення потрібно небагато. Обчислити самі легкі матеріали для створення автомобіля, інтегрувати їх в конструкцію машини і справу буде вирішено. Але придивившись уважніше, виявиться, що справа йде куди складніше.

По-перше, вибране сировина повинна бути не тільки легким, воно повинно також не втратити в міцності по відношенню до того металу або пластику, який використовувався раніше. Тобто його фізичні властивості повинні бути рівними або трохи поступатися вихідного матеріалу. Тут на допомогу інженерам приходять різні конструкції, що підвищують жорсткість кузова і його елементів, посилення, нові типи зварювання та з’єднання, що підвищують жорсткість автомобіля.

По-друге, вихідна сировина має бути ненабагато дорожче стандартного матеріалу. Тут вже складніше. Взяти, наприклад, алюміній, а точніше його сплави. Це дійсно легкий, твердий і по багатьох параметрах більш прогресивний матеріал, ніж сталь. Плюс до всього він не так сильно боїться корозії, на відміну від тієї ж сталі. АЛЕ! Він дуже дорогий у виробництві. А значить вартість кузова автомобіля буде вище. Якщо кузов подорожчає, то автовиробник буде змушений почати економити на інших частинах автомобіля, щоб його товар залишився конкурентоспроможним.

Ті ж самі складності (але помножені на три) ми бачимо і з використанням новомодного композитного матеріалу як карбон. Він тільки почав протаривать дорогу в серійному виробництві автомашин, але давно і відмінно зарекомендував себе в автоспорті. Чому так довго їм нехтували в масовому виробництві? Все впиралося в складнощі та дорожнечу виробництва.

Третій пункт випливає з попереднього. Якщо кузовні елементи будуть коштувати дорожче, при ДТП алюмінієві запчастини також влетять у копієчку власнику автомобіля, що також позначиться на попиті на такий автомобіль. Навіщо обивателю переплачувати за експлуатацію, якщо можна взяти менш просунутий, але простий і дешевий в експлуатації автомобіль?

І нарешті, виробництво таких автомобілів потребує складних і дорогих технологій. Самі розумієте, що платити в кінцевому рахунку за все поліпшення будуть споживачі.

Навіть сталь пройшла довгий шлях модифікацій і поліпшень. Інженери створили численні сорти високоміцної сталі. Деталі з надміцної і ультраміцної важать менше, ніж ті ж деталі, створені із звичайного металу, але при цьому вони міцніше і легше переносять навантаження. З цієї причини, при початковій більш високою вартістю за одиницю ваги, сучасна сталь з прогресивною технологією виробництва не вийде через бюджет виробництва.

Підсумок: такі матеріали як алюміній, вуглецеве волокно і магній пропонують значну економію ваги в порівнянні зі сталлю, але вони занадто дорогі для того щоб широко використовуватися в звичайних транспортних засобах.

Інженери GM при виробництві кузовів нових автомобілів об’єднали різні типи сталей для забезпечення безпеки при проектуванні конструкції кузова. Значить, якщо сталь стала міцніше, автомобіль повинен стати «залізобетонним»? Далеко не факт. Ви, напевно, не раз помічали, що при аварії сучасні машини мнуться наче вони зроблені з фольги. Це не шлюб, так задумано виробником. Подібним чином спрацьовують зони деформації, поглинаючи енергію удару і уберігаючи пасажирів від серйозних травм. В таких зонах не використовується високоміцна сталь. Її доля створювати силовий каркас навколо салону автомобіля.

Поведінка сучасного автомбиля в аварії перевіряється не в масштабних краш-тестах, а на комп’ютерах. Десятки мільйонів обчислювальних годин потрібні для розробки математичної моделі Cadillac CT6, в тому числі на комп’ютерах розраховувалися міцнісні та вагові характеристики. Програмним шляхом підбиралися матеріали, які повинні використовуватися в кузові, прораховувалася і випробовувалася конструкція кузова. На виході інженери отримали кінцевий продукт, який при реальних краш-тестах повів себе точно також як це було розраховано у віртуальній моделі.


У CT6 використовувалися всі види трюків для зниження ваги при збереженні структурної жорсткості. Ця модель GM в цьому плані дійсно показова. Тільки уявіть, що сучасний пластик (ми зараз говоримо не про вуглецевому волокні) може бути таким же міцним, як сталь, головне для нього створити потрібну структуру. General Motors розробив її. Це нова стільникова структура.

GM створила абсолютно нову архітектуру відому як «Omega Platform». Вона вийшла жорсткою за рахунок комбінації легковагих матеріалів і сучасних технологій лиття. При бажанні ви можете детальніше ознайомитися з нею в нашій статті:

Технічні характеристики: Cadillac CT6, його секрети і його майбутнє

Цікаве і дуже незвичайне рішення для серійно випускає седана.

Економія ваги не впирається тільки в кузовну основу машини. Процес пошуку звідки б можна ще «відщипнути» грам відбувається у масштабі всієї конструкції. З грамів складаються кілограми. 45 заощаджених кілограм заощадять від 1 до 2% палива. У поточної моделі Camaro порівняно з попередньої генерації було зекономлено 181 кг, вигоду для гаманця та екології рахуйте самі.

З іншого боку, клієнти хочуть функціоналу, і автовиробники повинні намагатися збалансувати вагу таких елементів як великі екрани інформаційно-розважальних систем або додаткових подушок безпеки.

Інші використовувані технології і матеріали можуть зменшити кількість деталей, необхідних, наприклад, для облицювання внутрішньої панель багажника. У GM вони зроблені з магнію за допомогою технологічного процесу, званого формування видуванням. Магній нагрівають до 450 градусів за Цельсієм, що доводить його до консистенції жувальної гумки і потім його нагнітають під тиском в прес-форму. Таким чином складні деталі можуть бути виготовлені в цілісному вигляді, замість того, щоб скріплювати їх з декількох компонентів штампованої сталі.

Чому Volvo вважає, що у неї вийде зробити свої автомобілі до 2020 року, найбезпечнішими у світі?

Крім цього, GM взяв на озброєння метод точкової зварювання в серійному виробництві, що дозволяє з’єднувати різнорідні метали, наприклад, алюміній зі сталлю. Він дозволяє позбутися від заклепок, що надає конструкції більшу міцність і знову ж, знижує вагу.

На жаль не всі технології можна застосувати в машинобудуванні в короткий термін. Наприклад, вуглецеві колісні диски GM все ще мають певні проблеми з виробництвом і зовнішнім виглядом, а легка цілісна композитна панель днища кузова, яка потенційно могла б замінити 16 штампованих сталевих деталей дотепер має деякі точки напруги, які зводять всі розробки на немає. Тим не менш в батарейному відсіку Chevrolet Spark була застосована саме така технологія і на даний момент до неї немає ніяких нарікань.

«Зменшення маси є складним завданням,» підводять підсумки фахівці GM. «Нескладно зробити легкий автомобіль, але не так просто зробити його жорстким. У ньому повинні використовуватися структурні матеріали, а це не дешево. У ньому повинен використовуватися правильний матеріал у потрібному місці та застосовує його необхідно з розумом».