Как производители снижают вес автомобилей

Сегодня в области создания облегченных конструкций автомобилей безоговорочно лидирует компания Audi. Что для этого делают инженеры фирмы, выяснял Иван АНАНЬЕВ.

Ответ на вопрос, зачем в конструкции автомобиля использовать алюминий, инженеры фирмы Audi впервые дали в тридцатые годы прошлого столетия, когда на гоночные арены вышел Auto Union Type C с кузовом из алюминиевых панелей. Действовавшие тогда правила накладывали строгие ограничения на вес гоночных машин. Type C с алюминиевым кузовом оказался настолько легким, что на него удалось установить тяжелый и мощный 16-цилиндровый двигатель, не выходя за рамки весовых ограничений. Но это был единичный случай — технологии обработки алюминия еще долго оставались слишком экзотическими и дорогими, чтобы стать серийными.

Сегодня легкие материалы стали массовыми и используются при производстве серийных автомобилей Audi. Для демонстрации реальных преимуществ облегченных конструкций нас пригласили на полигон фирмы Bosch, где предложили проехаться на двух Audi A5 — серийном купе с двигателем V6 3.2 (265 л.с.) и облегченной почти на 200 кг машине с двухлитровым турбомотором мощностью 211 л.с. По показателю удельной мощности эти автомобили примерно равны (около 6 кг/л.с.), но ощущения от управления ними заметно разнятся.

Облегченная конструкция удобнее: меньше раскачка в поворотах, четче реакции на повороты руля, почти нет вторичных колебаний кузова и паразитных подруливаний. На скорос­ти ее легче направить в поворот, да и на акселератор облегченная машина реагирует острее.

В серию!

Стратегический курс на разработку облегченных конструкций был взят фирмой Audi в 1982 году, но его массовое воплощение стало возможным только после появления Audi Space Frame (ASF) — несущей конструкции кузова из штампованных и отлитых под давлением алюминиевых секций и профилей, к которым крепятся стальные и алюминиевые панели кузова.

Впервые технология ASF появилась на предс­тавленных в 1991 году концептах Audi Quattro Spyder и Audi Avus Quattro. А первым серийным автомобилем с ASF в 1994 году стал Audi A8, кузов которого весил всего 249 кг. Именно тогда в Некарсульме и был основан Центр облегченных конструкций. Впрочем, занимаются здесь не только алюминием, но и высокопрочной сталью, армированным пластиком, композитными материалами и магниевыми сплавами. Но основным материалом был и остается алюминий: при той же жесткости «крылатый» металл в разы легче стали.

Преимущества легких конструкций очевидны: снижение расхода топлива и вредных выбросов, улучшение динамики и управляемости. К тому же алюминий — основной материал таких конструкций — не ржавеет, а профили из него эффективно поглощают энергию удара, запрограммированно складываясь в гармошку.

Есть и недостатки: ремонтопригодность алюминиевых деталей весьма условна, а технология их производства — сложна и дорога.

Одной деталью

Степень автоматизации производства алюминиевых кузовов — около 80 % — чуть меньше, чем стальных. При этом и технология гораздо сложнее. Во-первых, алюминий плохо поддается формовке, поэтому проще и технологичнее сразу отливать крупные детали нужной формы. Например, боковина кузова Audi A8 — единая деталь, хотя, будь кузов стальным, она бы состояла из семи-восьми частей. Одной деталью выполнена и задняя дверь Audi Q5. Но делать весь кузов из одного алюминия слишком дорого, поэтому наряду с ним по-прежне­му используется сталь.

В том же Audi A8 из нее изготовлены днище, двери, крышка багажника — более тяжелый металл в этих местах позволяет еще и улучшить развесовку. Возможны и экзотические варианты комбинирования материалов. Например, внутри алюминиевых стоек Lamborghini Gallardo проложен стальной усилитель.

И шурупы тоже

Надежно соединить алюминиевую и стальную детали очень непросто. Эти материалы обладают разными коэффициентами расширения при нагревании, поэтому использовать традиционную сварку нельзя.

Самые простые способы — склеивание и клепка. А проблема коррозии на стыке алюминия и стали решается благодаря тому, что клеящее вещество образует разделительный слой. Но самая новая технология — саморезы с узкой резьбой. Острым концом самореза робот пробивает в соединяемых деталях отверс­тия и быстро вкручивает шуруп, меняя скорость вращения и силу нажима. В результате шуруп расплавляет верхний слой детали, склеиваясь с материалом и обеспечивая очень прочное соединение. А как состыковать между собой алюминиевые панели? Методом лазерной пайки, так, например, делаются кузова Audi TT.

В отличие от традиционной сварки, когда точки соединения расплавляют электрическим разрядом, при пайке лазер плавит сам электрод, который шаг за шагом отдает расплавленные капли материала в место соединения. В результате образуется аккуратный шов по всей длине стыка. Эта же технология вполне может использоваться и для сварки стальных деталей.

Магний и карбон

Облегчением одного только кузова работы по снижению общего веса машины не исчерпываются. Тот же алюминий ныне широко используют и в узлах шасси, вплоть до подрамников. К примеру, передняя подвеска Audi A3 весит всего 14,4 кг, что на 5,9 кг меньше аналогичной стальной.

Использование карбоновых тормозных дисков позволяет сэкономить по 10,5 кг на каждом. А вес литых колес можно снизить с 12 до 10 кг, если ступицу и обод делать отдельными деталями и собирать вместе на болтах. В комплексе это заметно снижает неподрессоренные массы и позволяет улучшить управляемость.

Сегодня в отделке салона активно используются полиуретановые материалы и легкий пластик, но на смену им потихоньку приходит карбон (он же углепластик) — волокнистая структура, отличающаяся высокой прочностью. Правда, технологии массового производства карбоновых панелей пока еще фактически не существует, а изготовленные практически вручную детали оказываются чрезмерно дорогими. К перспективным материалам относятся и магниевые сплавы, из которых сейчас изготавливаются корпуса коробок передач, подрамники двигателей, а также элементы выпускной системы и рулевого управления.

Еще один эффективный путь снижения веса и улучшения развесовки — применение легких турбомоторов небольшого объема. В массовом секторе их используют все чаще: уже сейчас кроссовер Audi Q5 довольствуется двухлитровым турбомотором, а хэтч­бек A3 вполне обходится двигателем объемом 1,2 л. Правда, перспективы «маленьких» двигателей в представительском сегменте, где число цилиндров по-прежнему является показателем статуса, пока туманны.

Впрочем, Audi A8 легче конкурентов и с традиционной «восьмеркой». Если короткобазная A8 4.2 весит около 1800 кг, то Mercedes S450 и BMW 740i минимум на 150 кг больше.

Вопрос выгоды

Впрочем, конкуренты пока не спешат массово внедрять радикальные технологии облегчения веса, а скептики уверяют, что производство алюминиевых кузовов и вовсе является убыточным. Не исключено, что новые технологии пока не приносят прибыли. Но эта работа, по крайней мере, дает заметный маркетинговый эффект. Ведь педантичные европейцы уже давно подсчитали, сколько лишнего угарного газа попадет в атмосферу из двигателя более тяжелой машины.

Підпишіться на наш Telegram та Facebook або читайте нас в Google News, щоб нічого не пропустити.