Как автопроизводители снижают вес своих автомобилей
Как автопроизводители снижают вес своих автомобилей
Вот, что автопроизводители имеют ввиду под термином «снижением веса»
Автопроизводители используют хитроумные уловки для того чтобы максимально сбросить вес со своих моделей автомобилей. Рассмотрим, как они это делают на примере GM.
Независимо от того, на чем вы едите, правила игры будут одинаковыми: чем больше машина весит, тем больше энергии требуется, чтобы перемещать ее в пространстве. Это означает, что необходимо больше топлива, а увеличение сгорающего бензина/дизеля увеличивает количество выбросов. Поскольку экологические нормы постоянно ужесточаются, автопроизводителям приходится выискивать возможности ставить свои транспортные средства на «диеты», чтобы максимизировать эффективность их использования, насколько это возможно на нынешнем этапе развития технологий.
General Motors, как и другие автопроизводители идет по тому же пути снижения веса своих автомобилей, в ход идут новейшие материалы и различные технические улучшения конструкции.
«Мы считаем, что не бывает универсальных материалов для автомобилестроения», заявил Чарльз Клейн, специалист отвечающий за глобальную стратегию уменьшения выбросов CO2 в GM. Смысл этого заявления истолковать просто, в каждом транспортном средстве сейчас используется смесь различных металлов и пластиков, в том числе созданных на основе углеродного волокна. Даже полностью алюминиевый Ford F-150, который так любят позиционировать как полностью алюминиевый пикап, в своей основе стальную конструкцию.
С первого взгляда кажется, что задача перед автопроизводителями стоит несложная и для ее решения требуется немного. Вычислить самые легкие материалы для создания автомобиля, интегрировать их в конструкцию машины и дело будет решено. Но присмотревшись внимательнее окажется, что дело обстоит куда как сложнее.
Во-первых , выбранное сырье должно быть не только легким, оно должно также не потерять в прочности по отношению к тому металлу или пластику, который использовался ранее. То есть его физические свойства должны быть равными или немного уступать исходному материалу. Здесь на помощь инженерам приходят различные конструкции, повышающие жесткость кузова и его элементов, усиления, новые типы сварки и соединения, повышающие жесткость автомобиля.
Во-вторых , исходное сырье должно быть ненамного дороже стандартного материала. Здесь уже сложнее. Взять, например, алюминий, а точнее его сплавы. Это действительно легкий, жесткий и по многим параметрам более прогрессивный материал, чем сталь. Плюс ко всему он не так сильно боится коррозии, в отличие от той же стали. НО! Он очень дорог в производстве. А значит стоимость кузова автомобиля будет выше. Если кузов подорожает, то автопроизводитель будет вынужден начать экономить на других частях автомобиля, чтобы его товар остался конкурентоспособным.
Те же самые сложности (но помноженные на три) мы видим и с использованием новомодного композитного материала как карбон. Он только начал протаривать дорогу в серийном производстве автомашин, но давно и отлично зарекомендовал себя в автоспорте. Почему так долго им пренебрегали в массовом производстве? Все упиралось в сложности и дороговизну производства.
Третий пункт вытекает из предыдущего. Если кузовные элементы будут стоить дороже, при ДТП алюминиевые запчасти также влетят в копеечку владельцу автомобиля, что также скажется на спросе на такой автомобиль. Зачем обывателю переплачивать за эксплуатацию, если можно взять менее навороченный, но простой и дешевый в эксплуатации автомобиль?
И наконец , производство таких автомобилей потребует более сложных и дорогих технологий. Сами понимаете, что платить в конечном счете за все улучшения будут потребители.
Даже сталь прошла долгий путь модификаций и улучшений. Инженеры создали многочисленные сорта высокопрочной стали. Детали из высокопрочной и ультрапрочной весят меньше чем те же детали, созданные из обычного металла, но при этом они прочнее и легче переносят нагрузки. По этой причине, при изначальной более высокой стоимости за единицу веса, современная сталь с прогрессивной технологией производства не выйдет за бюджет производства.
Итог: такие материалы как алюминий, углеродное волокно и магний предлагают значительную экономию веса по сравнению со сталью, но они слишком дороги для того чтобы широко использоваться в обычных транспортных средствах.
Инженеры GM при производстве кузовов новых автомобилей объединили различные типы сталей для обеспечения безопасности при проектировании конструкции кузова. Значит, если сталь стала прочнее, автомобиль должен стать «железобетонным»? Далеко не факт. Вы, наверное, ни раз замечали, что при аварии современные машины мнутся словно они сделаны из фольги. Это не брак, так задумано производителем. Подобным образом срабатывают зоны деформации, поглощая энергию удара и уберегая пассажиров от серьезных травм. В таких зонах не используется высокопрочная сталь. Ее удел создавать силовой каркас вокруг салона автомобиля.
Поведение современного автомбиля в аварии проверяется не в масштабных краш-тестах, а на компьютерах. Десятки миллионов вычислительных часов потребовались для разработки математической модели Cadillac CT6, в том числе на компьютерах рассчитывались прочностные и весовые характеристики. Программным путем подбирались материалы, которые должны использоваться в кузове, просчитывалась и испытывалась конструкция кузова. На выходе инженеры получили конечный продукт, который при реальных краш-тестах повел себя точно также как это было рассчитано в виртуальной модели.
В CT6 использовались все виды трюков для снижения веса при сохранении структурной жесткости. Эта модель GM в этом плане действительно показательна. Только представьте, что современный пластик (мы сейчас говорим не о углеродном волокне) может быть таким же прочным как сталь, главное для него создать нужную структуру. General Motors разработал ее. Это новая сотовая структура.
GM создало совершенно новую архитектуру известную как «Omega Platform». Она получилась жесткой за счет комбинации легковесных материалов и современных технологий литья. При желании вы можете детальнее ознакомиться с ней в нашей статье:
Интересное и очень необычное решение для серийно выпускающегося седана.
Экономия веса не упирается только в кузовную основу машины. Процесс поиска откуда бы можно еще «отщипнуть» грамм происходит в масштабе всей конструкции. Из граммов складываются килограммы. 45 сэкономленных килограмм сэкономят от 1 до 2% топлива. В текущей модели Camaro по сравнению с предыдущей генерации было сэкономлено 181 кг, выгоду для кошелька и экологии считайте сами.
С другой стороны, клиенты хотят функционала, и автопроизводители должны постараться сбалансировать вес таких элементов как большие экраны информационно-развлекательных систем или дополнительных подушек безопасности.
Другие используемые технологии и материалы могут уменьшить количество деталей, необходимых, например, для облицовки внутренней панель багажника. У GM они сделаны из магния при помощи технологического процесса, называемого формирование выдуванием. Магний нагревают до 450 градусов по Цельсию, что доводит его до консистенции жевательной резинки и затем его нагнетают под давлением в пресс-форму. Таким образом сложные детали могут быть изготовлены в цельном виде, вместо того, чтобы скреплять их из нескольких компонентов штампованной стали.
Помимо этого, GM взяло на вооружение метод точечной сварки в серийном производстве, позволяющий соединять разнородные металлы, к примеру, алюминий со сталью. Он позволяет избавиться от заклёпок, что придает конструкции большую прочность и опять же, снижает вес.
К сожалению не все технологии можно применить в машиностроении в короткий срок. К примеру, углеродные колесные диски GM все еще имеют определенные проблемы с производством и внешним видом, а легкая цельная композитная панель днища кузова, которая потенциально могла бы заменить 16 штампованных стальных деталей до сих пор имеет некоторые точки напряжения, которые сводят все разработки на нет. Тем не менее в батарейном отсеке Chevrolet Spark была применена именно такая технология и на данный момент к ней нет никаких нареканий.
«Уменьшение массы является сложной задачей,» подводят итоги специалисты GM. «Несложно сделать легкий автомобиль, но не так просто сделать его жестким. В нем должны использоваться структурные материалы, а это не дешево. В нем должен использоваться правильный материал в нужном месте и применяет его необходимо с умом».
Облегчение автомобиля
Мой воспаленный мозг придумал еще одну затею, надо сказать если серьезно заняться проект очень дорогой. Поэтому будет выполнена часть из возможного. Если есть чем поделиться из других вариантов облегчения прошу поделиться.
Итак начнем над чем можно поработать чтобы уменьшить вес автомобиля цифры для ВАЗовских моделей:
1. Запасное колесо лежащее и необходимое очень редко (вполне возможно заменить на набор для ремонта шин) позволяет снизить вес на 13-15 кг (в зависимости от размерности резины и диска) по этой теме готовится еще одна статейка.
2. Акустическая полка средний вес полки для седана 7-8 кг, хетчбэка и универсала 9-11 кг возможно оставить заводскую полку 1-2 кг либо сделать свою которая конечно будет тяжелее заводской, но значительно легче продающихся вариантов.
3. Лишний инструмент, многие возят с собой практически половину гаража на всякий случай.
4. Замена заводских штампованных дисков на литые или кованные диски, для 14 размера мы имеем такие данные
заводской диск 8 кг
литой диск 6,2-6,8 кг
кованный диск 5-5.4 кг
Резина имеет свой вес тоже шире/выше — тяжелее!
5. Не клеить дополнительную (снять частично или полностью наклеенную) снять заводскую, на данном этапе возможно снижение веса если удалить заводскую 6-8 кг, если снять обильно накленную шумоизоляцию до 50-60 кг
6. Уменьшенный АКБ, довольно часто автолюбитель при замене ставить АКБ с большей емкостью (как следствие весом) рекомендую оставить заводскую емкость или установить на теплое время года сниженной емкости на этом можно снизить от 2 кг до 6 кг
7. Возможно снять защиту картера (установить алюминиевую, карбоновую) на этом можно снизить вес от 4-5 до 12 кг.
8. Убрать если установлен гидроупор капота (если это например приора и его не было с завода) вес 1,2 кг
9. Убрать дополнительный сигнал (обычно подключен к сигнализации) 0,3 кг
10. Снять обшивки дверей передние 5 кг одна передняя, 3,5 кг задние
11. Спортивный руль до 2 кг
12. Как это не странно рукоятка КПП (довольно часто ставят металл в качестве тюнинга)
13. Кондиционер вес приорокомплекта по примерным оценкам 18 кг
14. Сиденья передние комплект заводские 36 кг, можно установить «ковшы» многие из них имеют меньший вес например sparco-shop.ru/sport-seats-fiber-glass/00806f/ или sparco-shop.ru/tubular-seats/008232nrsky/ при использовании первого варианта снижение веса будет 20,4 кг
15. Акустические системы с необходимой мощностью (без огромного запаса) и с неодимовым магнитом в среднем 2-4 кг
16. Забыть что такое сабвуфер средний вес с коробкой около 15-17 кг
17. Пластиковые элементы кузова описан вес по формуле заводской/тюнинг/спорт, спортивный изготавливается с минимальными накладками, практически нет необходимой жесткости
двери 17-18/8-9/5-6
капот 16/10/7
крылья передние 6/4/3,5
стекла
Приобрести возможно например у www.drive2.ru/o/proexpert
18. Установить генератор полегче особенно если снят кондиционер.
19. Титановые болты крепления, много не снизить, но 2-3 кг получится.
20. АДОВЫЙ ЭКСТРИМ! насверлить отверстий везде где это возможно не задевая силовые элементы кузова.
Что нам все это даст?
Уменьшая массу на 10% разгона до 100 км/ч уменьшиться примерно на 10%
Пример: автомобиль с массой 1000 кг, двигатель мощность 100 л/с и разгоном до 100 равным 10 секунд, облегчив автомобиль до 900 кг разгон до 100 км/ч будет составлять 9 секунд. На драге данный эффект нельзя приравнивать аналогично, аэродинамика серьезно влияет на скоростях выше 80-100 км/ч.
На переднем приводе если вы хотите добиться хорошего разгона и не иметь проблем со стартом (передняя ось задирается и снижается сцепление с дорогой) не следует сильно снижать массу передней части автомобиля. Основной упор по облегчению на среднюю и заднюю часть. Также для лучшей загрузки передней оси, можно некоторые агрегаты перенести вперед.
На заднем приводе все наоборот, если сравнивать с передним приводом, на полном приводе можно облегчать все и вся не опасаясь плохого зацепа.
Ну и просто для отдыха глаз после прочтения)))
Фокусы с цифрами: как с момента покупки и до регистрации в ГАИ автомобили «тяжелеют»
В редакцию ABW.BY поступают вопросы от читателей, на которые мы, безусловно, пытаемся найти ответы. Порой складывается так, что ответа как такового не существует, вернее, он есть, но лежит вне правовой плоскости. Но проблемы от этого никуда не исчезают и по-прежнему требуют к себе внимания.
Читатель Сергей написал нам:
«Решил приобрести автомобиль для небольших грузоперевозок. Имею водительское удостоверение категории «В», в связи с чем подбирал вариант до 3500 кг, чтобы не менять категорию. Такой автомобиль я нашел — это Mersedes-Benz 410.
Моим общим требованиям и требованию по массе он соответствовал, я заключил с продавцом договор, как положено, и пошел ставить авто на учет на свое имя. Каково же было мое удивление, когда в ГАИ мне сообщили, что разрешенная масса приобретенного мною автомобиля по каталогам, имевшимся в ГАИ, гораздо выше, чем указано в свидетельстве о регистрации: не 3500 кг, а 4600 кг. Приплыли. Мне что теперь, на категорию «С» сдавать? И почему в свидетельстве указана масса 3500 кг? Решил разбираться и обратился в ГАИ с заявлением. Пришел такой ответ».
Получается, после идентификации автомобиля выявились «несоответствия технических характеристик». Разберемся. При совершении регистрационных действий сотрудник ГАИ должен руководствоваться источником сведений о характеристиках такого автомобиля — соответствующими каталогами, где содержится информация от производителя.
В случае с автомобилем Сергея получается, что один сотрудник ГАИ увидел в этих каталогах одну цифру, а спустя несколько лет другой сотрудник нашел совершенно иные значения. Каким же данным верить?
Учитывая конфликтность ситуации, ГАИ запросила информацию у официального дилера.
Из полученного ответа ясно, что максимально допустимая полная масса для этой модели, установленная на момент производства, — 4600 кг. Это более чем на одну тонну превышает максимальную массу, указанную в свидетельстве о регистрации.
В общем, ГАИ для себя поставила точку в этом споре, только вот у нового собственника вопросы остались: кто понесет ответственность за внесение в свидетельство ложных сведений? В общем, для Сергея это закончилось как-то так.
Еще один читатель столкнулся с похожими вопросами и попросил прояснить ситуацию:
«Есть у меня дилемма. Уже не первый раз подхожу к этому вопросу, но внятного ответа из МРЭО ГАИ так и не получил. Суть вопроса в следующем. Мечтаю купить Hummer H2. Нашел автомобиль, который был пригнан в РБ в 2008 году из США, растаможил его хозяин и поставил на учет в ГАИ с разрешенной массой 3470 кг, что попадает под категорию «В». Сейчас же, видимо, в связи с платными дорогами, для Hummer, которые официально растаможивались и законно ставились на учет с разрешенной массой до 3500 кг (категория «В»), при переоформлении в ГАИ ставят вес 3901 кг (мол, у них есть журнал, по которому они равняются). Идиотизм, считаю я. Ведь все было официально, легально, а сейчас меняют. На каком основании? На основании журнала? Понесут ли наказание те служащие государственных органов, кто ставил на учет автомобили, «подгоняя» их под категорию «В»? Помогите!»
Чтобы быть объективными, для начала посмотрим технические характеристики Hummer H2 2008 г.в., в частности, его массу.
Делаем вывод, что органы ГАИ правы, поскольку максимальная масса действительно составляет 3900 кг, а не 3470 кг, как указано в свидетельстве о регистрации предыдущего владельца. Возникает тот же вопрос, что и в первом описанном нами случае: кто внес в свидетельство, выданное предыдущему собственнику, неверные сведения и зачем?
И если первую часть вопроса можно считать риторической, то ответ на вторую лежит на поверхности.
Владение большим, а значит, тяжелым (с массой выше 3500 кг) автомобилем предполагает массу неудобств, основное из которых — необходимость иметь водительское удостоверение категории «С». Нужно пройти обучение, сдать экзамены, а это соответственно время и деньги. Вот автовладельцы, как бы это выразиться корректно, и «просили» при регистрации уменьшить максимальную массу до допустимых значений, подпадающих под самую распространенную категорию «В». И, как мы можем наблюдать, люди, принимающие соответствующие решения, соглашались. Моральную и материальную часть этого вопроса оставим и пойдем дальше.
В 2013 году еще одним «неудобством» тяжелых машин стало введение платы за проезд по некоторым участкам дорог для машин весом больше 3,5 тонны.
Поэтому потенциальным покупателям таких автомобилей помимо лицезрения самого свидетельства о регистрации рекомендуем изучить информацию от завода-изготовителя, благо все есть в открытом доступе. Затем взвесить все за и против и принять решение.
Автомобильная диетология: самые оригинальные способы заставить машину похудеть
Спросите любого знатока автомобилей, что такое «Серебряная стрела»? Конечно же, гоночный автомобиль Mercedes- Benz, ответит он. Но до 1934 года все гоночные Мерседесы красились в белый цвет и даже получили в народе уважительное прозвище «Белые слоны»! На этот счет у марки есть своя легенда.
Способ: Удаление краски
Кто: Mercedes-Benz W25
Окрашивать кузова своих гоночных болидов мерседесовцы прекратили 9 июня 1934 года, когда они заявили на старт этапа Гран-при на Нюрбургринге новый болид W25, по традиции выкрашенный в белый цвет. Снабженный 300-сильным карбюраторным двигателем автомобиль сразу стал претендентом на победу, если бы не одно «но». По условиям технического регламента, масса автомобиля не должна была превышать 750 кг. На контрольном взвешивании вечером перед гонкой выяснилось: автомобиль не проходит по регламенту, так как его масса на несколько килограмм больше. До гонки оставалась ночь, и серьезных изменений в конструкцию машины внести попросту бы не успели. И все же выход был найден.
Конечно, махинации, чтобы обойти правила, применялись и тогда. Например, на комиссии завешивали только сухую массу автомобиля, т.е. ограничение не учитывало массу жидкостей и пилота, а на мерные весы автомобиль закатывался вручную. Механики многих команд, сливая масло в специальный резервуар, попутно отворачивали вместе с пробками и шлангами кованые опоры передних амортизаторов (а каждая из них весила не менее 3 кг), тем самым уменьшая вес машины. Но Альфред Нойбауэр, бессменный директор гоночной команды Mercedes понимал, что такой подлог можно легко вычислить, и не стал рисковать.
А вот кому-то из инженеров пришла в голову мысль получше и полегальнее: краска, нанесенная в несколько слоев на корпус машины, тоже имеет вес, и удалив ее, можно сбросить сразу несколько килограммов лишней массы. Так и поступили: за ночь с немецкого болида соскоблили всю краску, и сверкающая полированным алюминием машина прошла контрольное взвешивание. Ту гонку мерседовцы выиграли, а в память об этом событии серебристый цвет стал фирменным для марки. Ну а прозвище «Белые слоны» с легкой руки журналистов превратилось в «Серебряные стрелы».
Впрочем, снимать краску с кузова – не самая сложная проблема. А вот американцы придумали способ облегчения веса поинтереснее.
Способ: Полировка кузова кислотой
Кто: Dodge Hurst Hemi Dart
Автомобильным спортом номер один в Соединенных Штатах 1960-х годов стал дрэг-рейсинг. Толпы поклонников скорости ночами перекрывали заветные 402 метра на прямых участках американских хайвеев в надежде доказать всем, что их машина – самая быстрая в округе. Активное участие в гонке моторов принимали и автомобильные фирмы, участвовавшие в специально созданном для таких дрэгстеров Super Stock классе национальной ассоциации NHRA.
Ford, General Motors и Chrysler – три кита американского автомобилестроения – использовали любые хитрости, чтобы доказать, что их машины самые лучшие и быстрые. Важным способом достижения победы стало облегчение веса дрэгстера, которому попутно вживляли самый большой в гамме мотор. Именно так родился, например, Dodge Hurst Hemi Dart – настоящий монстр, пролетавший мерные четверть мили менее чем за 12 секунд.
Для создания машины использовали кузов самой компактной в линейке Dodge машины – среднеразмерного купе Dart. Штатный двигатель был удален, а его место занял семилитровый V8 HEMI, вершина крайслеровской линейки моторов, с полусферическими камерами сгорания. Этот гигант еле-еле влез в подкапотку бедного Дарта, и даже новый аккумулятор пришлось перемещать в багажный отсек, что, кстати, и поспособствовало улучшению развесовки машины. А для такой полезной вещи, как гидроусилитель руля, места просто не осталось. Из машины выпотрошили весь салон, попутно, разумеется, установив мощный каркас безопасности, а ряд панелей кузова выполнили из стеклопластика. Впрочем, этого инженерам из Dodge показалось мало, и в надежде отыграть несколько дополнительных килограммов массы в дело пошла… кислота.
Стальные задние крылья и внешние панели дверей протравливались кислотным раствором, в результате чего толщина панелей уменьшалась до 1-1,5 мм. Все эти ухищрения помогли Dodge Dart занимать призовые места на заездах. Однако от Chrysler не отставали конкуренты из General Motors, которые также создавали свои собственные дрэгстеры по требованиям NHRA, и в заначке которых оказалось несколько своих козырей по облегчению веса автомобилей.
Способ: «Швейцарский сыр»
Кто: Pontiac Catalina Super Duty
Активным участником дрэговых баталий, разразившихся на просторах Америки, стала фирма Pontiac, пытающаяся избавиться от клейма «автомобилей для пенсионеров». За основу нового дрэгстера использовали модель Catalina, которая в спортивной итерации получила имя Super Duty и могучий V8 объемом 6,9 литра (421 кубический дюйм, в пересчете на американскую систему измерения), снабженный тремя двухкамерными карбюраторами и развивающий, по заявлениям производителя, мощность 410 л. с. Правда, некоторые эксперты полагают, что цифра эта была сильно занижена, и официальная мощность 421-го мотора – около 550 л. с.
Для улучшения соотношения мощности и массы салон американского купе был выпотрошен, а на месте задних сидений разместили необходимый по правилам массивный каркас безопасности. Инженеры «Понтиака» шли на любые ухищрения в надежде облегчить свою машину еще на несколько килограммов. Передние крылья, бампер и капот сделали из алюминия, равно как и выхлопную трубу увеличенного диаметра. Производитель специально подчеркивал, что машины, оснащенные таким выпуском, могли использоваться только на кратковременных заездах на ¼ мили, поскольку труба, не выдерживающая постоянного жара выхлопных газов, имела свойство расплавляться. А чтобы еще больше облегчить дрэговую Каталину, в мощной лонжеронной раме засверлили 130 отверстий, из-за чего машина мгновенно получила прозвище «Swiss Cheese» (Швейцарский сыр).
Жесткость рамы упала настолько, что во время изготовления машины на заводе приходилось ставить под неё дополнительные распорки, чтобы предотвратить изгиб. Впрочем, хитрости пошли Pontiac на пользу, и «Швейцарский сыр», гордо трубя своим алюминиевым прямоточным выхлопом, завоевал для марки немало наград.
Но засверлить раму или обработать кузов кислотой – это не инженерный подход, скажут многие. Впрочем, вклад инженеров при разработке новых автомобилей тоже трудно переоценить.
Способ: Внимание к мелочам
Кто: Mazda MX-5
Японские автомобилестроители славятся своим доскональным вниманием к мелочам. Известен факт, что служащий одного из автомобильных заводов, гуляя по улице, встретил машину, выпущенную на родном предприятии с крошечным дефектом, столь незаметным, что авто прошло через строгий отдел технического контроля. Он немедленно сообщил об этом факте своему руководству, которое не только премировало внимательного работника, но и бесплатно заменило дефектный автомобиль владельцу. Неудивительно, что при создании родстера Mazda MX-5 третьего поколения инженеры искали все возможности снизить массу увеличившейся в размерах машины.
Снижение веса автомобиля
Законодательные ограничения выбросов вредных веществ заставляют автопроизводителей искать все новые и новые средства снижения расхода топлива. Одним из направлений является уменьшение массы автомобиля. Большой автомобиль имеет свои преимущества – прежде всего в безопасности и комфорте. Но вектор развития поменялся в направлении экономии и экологии. Поэтому внимание потребителя обращается на преимущества легкого автомобиля: его проще разогнать и остановить, им легче управлять, при ДТП он наносит меньший вред другим машинам. Снижение веса автомобиля на каждые десять процентов дает топливную экономию в шесть процентов.
Противники утверждают, что применение алюминия и углепластика повышает стоимость машины и производители, таким образом, больше заботятся о своей прибыли. А производство того же алюминия далеко не экологично, и сводит на нет снижение выбросов автомобилей.
Но факт остается фактом: все крупные автоконцерны взяли курс на снижение массы. И в первую очередь это касается кузова. Его облегчённая конструкция означает возможность применения более компактных тормозной системы и двигателя, топливного бака меньшего размера и так далее.
Облегчение кузовов идет по нескольким направлениям: оптимизация структуры кузова, применение легких материалов и внедрение новых производственных процессов. К последним относятся, например, технологии сваривания лазером, трением, или способы изготовления деталей методом горячей штамповки или гидроформовки.
Облегченные материалы современных кузовов машин
Основные материалы для производства современных кузовов – это сверхпрочные стали и алюминий. Причем, прочность стали за последние два десятка лет возросла в разы, а алюминиевых сплавов – на четверть. Более широкое применение алюминия сдерживает его высокая цена. Но такие гиганты как Audi, BMW, Mercedes все большее внимание уделяют разработке и внедрению композитных материалов.
Композит – материал, состоящий из армирующего и связующего компонентов. Армирующий придает детали прочность и жесткость, а связующий – нужную форму. Важным условием является расположение армирующих волокон строго в направлении приложенной нагрузки. Если же сила будет направлена поперек волокон, композит не выдержит. Поэтому если направления прикладываемых нагрузок известны, то, изменяя положение волокон, легко можно создать деталь с нужными характеристиками.
Композиты имеют лучшие показатели жесткости и прочности, чем высокопрочная сталь. При ударном сжатии труба из армированного пластика не сминается, как стальная, а полностью разрушается. Удельная энергия, поглощаемая углепластиком, при этом вчетверо выше. Почему же такой идеальный со всех точек зрения материал до сих пор широко не применяется при создании кузовов? Причин несколько: высокая цена, низкая технологичность, нет существенного выигрыша в весе. Например, в углепластике нежелательно сверлить отверстия, так как прочность от этого падает намного больше, чем у стали.
Но, по всей видимости, технологический прорыв произойдет именно в композитных материалах. В BMW, например, считают, что несущие обшивки вполне можно изготавливать из двух тонких композитных листов, пространство между которыми заполнено алюминиевыми сотами или вспененным полимером. Капот для М3, изготовленный по такой экспериментальной технологии, весит всего 5 кг! Пока же из композитов изготавливают менее нагруженные элементы, например, разного рода кронштейны. При той же прочности они получаются гораздо легче стальных и алюминиевых. Углепластиковые тормоза вдвое легче стальных, но намного дороже, а главное, эффективны только после разогрева.
Резервы снижения веса инженеры находят не только в кузове. Например, инженерам Форда удалось снизить даже вес пластика! Суть идеи в том, чтобы при производстве пластиковых деталей производится инъекция пузырьков газа: они создают структуру, схожую с пористым шоколадом. Благодаря крошечным «пустым» пространствам деталь становится легче без потери целостности.
А теперь – только факты, наглядно иллюстрирующие изобретательность специалистов в вопросе снижения веса (без указания конкретных моделей и производителей).
Каталитический нейтрализатор весом 24 кг стал легче на 10 кг за счёт применения нержавеющей стали с высоким содержанием хрома. Замена электромоторчика в кондиционере позволила выиграть 317 грамм. Армирование алюминиевых панелей передка стекловолокном позволило снизить вес автомобиля на 100 грамм. Соединение алюминиевых профилей фрикционной сваркой облегчило машину на 600 грамм.
Магний, примененный в конструкции рулевого колеса, сэкономил 400 грамм. В коробке передач замена отдельных алюминиевых деталей магниевыми отняло 760 грамм. Оптимизация расположения проводки помогла уменьшить её длину и сэкономить 2,68 кг, пластиковые корзины и неодимовые магниты динамиков акустической системы сберегли еще килограмм. Комбинация алюминиевой ступицы и чугунного диска позволила снизить массу на 20% по сравнению со стальными тормозами. Вставки из вспененного полимера привели к снижению веса колеса на 1,5 кг.
