2020-11-30
Автопарк планеты с каждым годом растет. Недра потихоньку пустеют. Экология оставляет желать лучшего. Ответственные граждане – из тех, кто может себе позволить, делают выбор в пользу гибридов и электромобилей. Но всех насильно на них не пересадишь, а нормы выбросов при этом все ужесточаются. Что делать? Выход один – снижать вес автомобиля. Ведь чем автомобиль легче, тем меньше топлива он расходует при поездке и тем меньше, соответственно, выбросов СО2 в атмосферу производит.
 

Автомобильная диета

Борьбу с весом автопроизводители ведут десятилетиями. Сначала хотелось чтобы автомобиль мог набирать большую скорость, потом — чтобы меньше потреблял топлива, теперь вот — выбросы… Экспериментируют со сплавами металлов, с композитами, с пластиком… Но этого мало, потому как в последние годы проблема излишнего веса заключается еще и в том, что автомобили становятся все технологичнее, а каждая новая функция — будь то круиз-контроль или дополнительная колонка аудиосистемы — это опять таки дополнительный вес: автомобиль в базовой комплектации будет на 200, а то и более кг легче, чем его топовая комплектация. Поэтому сейчас ведутся разработки и в области легкой электроники, которой нашпигован каждый современный автомобиль. Автопроизводители тесно сотрудничают с химическими концернами, производителями техники, авиационными компаниями, используют нанотехнологии, участвуют в аэрокосмических программах… Борьба идет буквально за каждый грамм. Граммы складываются в килограммы. Те же 45 сэкономленных кг — это экономия до 2% топлива…


Так как же снижают вес своих автомобилей производители? В первую очередь, конечно, речь о металлах. Как ни крути, а без них пока никуда. Львиную долю здесь занимает высокопрочная сталь. Сейчас делают сплавы с примесями никеля и титана — они легче и прочнее обычной стали. Естественно, и дороже. Но все же дешевле алюминия. Алюминий тоже отвоевывает себе все больше пространства. У него есть ряд преимуществ перед сталью: он легче, его проще штамповать, он дольше сопротивляется коррозии. Но он и дороже стали где-то на 30%. Соответственно, и запчасти из него будут гораздо дороже. Поэтому его в основном используют в двигателям, колесах, из него делают крышки багажника и капоты. На крутых и дорогих автомобилях все больше стали использовать и карбон. Он вдвое легче стали, хорошо поддается обработке и крайне мало подвержен разложению. Но он и самый дорогой. Согласитесь, вряд ли кто будет покупать, например, ту же KIA Rio с карбоновым монококом, если ее цена поднимется до уровня Ferrari Portofino.

Не менее важную роль в снижении веса играют используемые технологии. Например, метод точечной сварки, позволил избавится от заклепок, что снизило вес деталей и сделало их более прочными. Также этот метод позволяет связывать разнородные материалы, что также является делом непростым. Еще есть сварка лазером, горячая штамповка, гидроформовка…

Вообще, разработок очень много. Другое дело, что не все они вошли в обиход. К примеру, заднее стекло автомобиля можно изготавливать из тончайшего пластика — такого же, как тот, что используется в мобильных телефонах, панель приборов — из карбонового волокна и композитных материалов на основе нейлона, колесные диски — из карбона вместо алюминия (сразу минус 42% веса)… 

Да что там, одна только оптимизация расположения проводки может уменьшить ее длину и сэкономить килограмма 2, а то и 3. Но все это сложный, долгий и тернистый путь. Ведь, во-первых, новый материал должен быть не менее прочным, чем тот, что использовался ранее. Во-вторых, он должен быть сопоставим по цене, ведь «разница по курсу» в окончании ляжет на плечи потребителя. В-третьих, материал должен быть не только прочным, но и конкурентным в плане эксплуатации. 


Тут ярким примером может послужить такой металл как магний. Производители давно используют его в производстве автомобилей, но пока лишь для деталей, где опасность окисления минимальна. Дело в том, что магний — один из тех металлов, что жадны до кислорода (с алюминием тоже в свое время были проблемы, пока не придумали специальные антикоррозийные сплавы). 

В BMW, например, применили магний в блоке цилиндров. И новая рядная «шестерка» стала на четверть легче. Здесь интересны нюансы технологии: в форму массой около 60 тонн в течение 0,06 секунды впрыскивается магний под давлением 1000 бар! Алюминиевая сердцевина сжимается при этом магниевой оболочкой с усилием около 4000 тонн. Металл затвердевает всего за 10 секунд, еще 20 секунд идет охлаждение по специальной программе, исключающей растрескивание и, наконец, рука робота извлекает готовый блок цилиндров из половинок формы. Проект обошелся в 100 миллионов евро.

В Ford придумали, как облегчить пластик. 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.

Пластик, вообще, крутая вещь. Он долговечнее металла, легче его, имеет более высокий коэффициент жесткости и большую термоустойчивость. Термопластичные полимеры поддаются переработке, из них можно получить детали различной формы и цвета. Именно поэтому в автомобилестроении сейчас используется более 100 видов пластика: из полипропилена делаются некоторые части двигателя, колпаки колес и приборная панель; полиуретан применяется в сиденьях; полиэтилен — в ковриках; полиамид — в шестернях, рычагах включения привода, корпусах предохранителей, бензобака и аккумулятора; поливинилхлорид (ПВХ) — для изготовления проводки…

Более того, в Daimler разработали технологию создания пластиковых кузовов. Не абы из чего, а из полиэтилентерефталата. Называется она LIMBT (Large Injection-Molded Body Technology). Кому интересно, может изучить ее подробнее, мы же лишь отметим, что общая стоимость организации производства самых сложных (из 12 деталей) кузовов по технологии LIMBT оценивается в 23 миллиона долларов. В то время как подготовка к серии стального кузова сейчас стоит несколько сотен миллионов. Второй момент: учитывая, что отпадет необходимость в штамповом, сварочном, окрасочном и гальваническом производствах, территория для постройки завода сокращается в четыре раза, а его цена — в три. Согласно оценкам экономистов, такая технология выходит на уровень рентабельности при выпуске уже от 10 000 автомобилей в год! А себестоимость отдельно взятого автомобиля, по предварительным расчетам, может снизиться на 80%! И это уже не говоря о том, что полиэтилентерефталат гораздо экономичнее металла в утилизации…

Не менее круто звучат и выглядят отдельные локальные проекты. Например, концерн Jaguar Land Rover первым в мире среди автомобильных фирм начал разработку технологии легкой электроники в упрощенной архитектуре (Lightweight Electronics in Simplified Architecture, LESA). Ее основной принцип — перенос схем на двухмерную основу. В рамках проекта создаются гибкие и тонкие экраны, родственные OLED-телевизорам, интегрированные в отделку салона. Как результат та же приборка может весить вдвое меньше, а ее толщина будет не 50 мм, а всего лишь 3,5. А еще недавно британский производитель стал членом проекта по исследованию легких металлов и композитных материалов, которые могут быть использованы при производстве автомобилей в будущем. Проект будет длится два года. В его рамках компания изучит, насколько устойчивы материалы к коррозии в различных условиях окружающей среды. Для этого будут использоваться технологии, разработанные для аэрокосмической отрасли. Испытания пройдут в Северной Америке в одних из самых экстремальных в мире условиях, маршрут тестирования при этом превысит 400 000 км.