Экономия на весе без лишних затрат
Ради снижения выброса вредных веществ автомобилям придётся «похудеть» — но так, чтобы это не отразилось на безопасности и комфорте водителя и пассажиров
![]() Высокопрочная алюминиевая рама Audi Space Frame (ASF) — гордость компании. Все панели интегрируются в неё таким образом, что выполняют несущую функцию. ASF отличается исключительной жёсткостью и обеспечивает высокую степень защиты при аварии. Фото: Audi AG |
История автомобилестроения насчитывает более века, и всё это время четырёхколёсное изобретение постепенно набирало вес. В прямом смысле этого слова. Из десятилетия в десятилетие автомобиль становился более комфортным и безопасным, но в то же время наращивал массу: увеличивал габариты, «начинялся» различными системами безопасности. Рассмотрим для примера, как модифицировалась на протяжении нескольких лет модель Mazda Protegé. В исходном варианте 2003 года её масса была равна 1195 кг, в 2004-м ему на смену пришла Mazda 3, весившая уже 1225 кг, «тройка» 2010-го модельного года тянет на 1300 кг. В основном прибавка происходила за счёт увеличения размеров шин, колёсных дисков и оборудования, обеспечивающего безопасность.
Совершенно очевидно, что в условиях, когда во многих странах ужесточаются налоги на пользование автомобилем, содержание вредных веществ в отработавших газах которого не соответствует установленным стандартам, так продолжаться не может. Чем больше вес — тем больше расход топлива и, значит, уровень углекислого газа. Автомобиль должен «похудеть»! Но как? Самым привлекательным решением представляется использование лёгких материалов — привычную сталь пытаются заменить алюминием, магнием и углепластиком.
Алюминиевая лёгкость
Не стоит, однако, думать, что это некое ноу-хау. Примеры использования алюминия в автомобилестроении можно найти уже на заре его зарождения. Правда, тогда этот металл был изучен ещё недостаточно хорошо, но его лёгкость и стойкость к коррозии сделали его для конструкторов весьма привлекательным. В 1899 году на международной выставке в Берлине был представлен первый автомобиль, корпус которого был полностью сделан из алюминия, — спортивный «Durkopp». А в 1901 году алюминиевым стал и двигатель — для участия в гонках в Ницце его смастерил Карл Бенц (
![]() Кузов Audi TT Coupé лишь на 31% состоит из стали, остальное алюминий. Фото: Audi AG |
Серьёзными разработками занялись в послевоенные годы, когда технология обработки алюминия подешевела — появились промышленные технологии его вакуумной обработки. К примеру, в 1961 году был создан Buick 215, блоки восьмицилиндрового двигателя которого были сделаны из алюминия. Особенно оценили это гонщики: автомобиль давал существенное преимущество при ускорении.
В 1962 году легендарный гонщик Микки Томпсон (
Сегодня ясно, что прочным сплавам из алюминия под силу полностью заменить сталь, традиционно используемую для производства кузова. Продемонстрировали это и инженеры автоконцерна Audi, представив в 1994 году модель A8, алюминиевый кузов которой позволил сэкономил 239 кг. Позднее алюминиевая «одёжка» досталась и А2. Результатом почти двадцатилетних исследований и экспериментов конструкторов Audi стало создание пространственной рамы ASF (
Алюминий не только делает автомобиль легче, у него есть ещё несколько важных преимуществ: алюминий не ржавеет и алюминиевые детали эффективно поглощают энергию удара.
Магний и карбон
Второй по популярности материал, используемый для облегчения машин, — магний. Его много в земной коре, это восьмой из наиболее часто встречающихся элементов. К тому же магний — второй по содержанию металлический элемент в морской воде. К примеру, на заводе города Фрипорте (штат Техас) магний получают из воды путём добавления негашёной извести (СаО).
Магний в 1,5 раза легче алюминия и в 4,5 раза легче стали; он устойчив к воздействию щелочей, бензина, керосина и минеральных масел, но магний в присутствии влаги быстро коррозирует, и это затрудняет его использование.
![]() Для кабриолета M3 конструкторы BMW разработали дополнительные аэродинамические элементы кузова из лёгкого и прочного карбона. Фото: BMW AG |
Магниевые сплавы применяют в автомобилестроении уже лет сорок. К примеру, у легендарного «жука» Volkswagen были магниевые картер коробки передач и блок двигателя. Литые из магниевых сплавов колёса появились тридцать лет назад, в 1980-м, на Alfa Romeo Spider и позволили по сравнению с алюминиевыми «сэкономить» на каждом колесе около 3,5 кг. С алюминиевыми сплавами больше экспериментируют европейцы, а американцы на рубеже веков сосредоточились на магниевых. Ford и Chrysler объединили усилия с норвежской корпорацией Hydro, основным поставщиком магния и сплавов из него.
Третий по популярности материал — углепластик (карбон). Это композитный материал, состоящий из углеродного волокна и полимерных смол. Углепластик прочен, легче, чем сталь или алюминий, и его часто используют в деталях, улучшающих аэродинамические свойства автомобиля. Но углепластик дорог в производстве и отнимает гораздо больше времени при изготовлении деталей. Кроме того, вмятины на стали и алюминии довольно легко отремонтировать после аварии, углепластик же при повреждении образует множество острых осколков, восстановить повреждённую деталь не так просто.
Из карбона сейчас делают лишь спорткары да концепты. К примеру, кузов концептуального родстера EcoRacer от VolksWagen практически целиком выполнен из карбона. Спортивный автомобиль с центральным расположением двигателя весит всего 850 кг и разгоняется до 100 км/ч за 6,3 с. На сотню тратит около 3,4 л.
В апреле этого года немецкий концерн Daimler и японская компания Toray Industries, крупнейший в мире производитель продукции из углепластика, объявили о заключении соглашения о совместной разработке и производстве карбоновых автомобильных деталей. Первой моделью, которая получит созданные в рамках этого партнерства элементы, станет Mercedes-Benz SL следующего поколения, появление которого запланировано на 2012 год.
Созданием карбонового «автомобиля для мегаполиса» увлечены и баварцы: разработкой таких автомобилей занимается подразделение BMW, образованное в 2008 году и получившее наименование
Так что, несмотря на сложности, связанные с работой с лёгкими материалами, работы в этом направлении продолжаются.
![]() К двадцатилетию родстера MX5 Mazda привезла на Франкфуртский автосалон этого года его облегчённую версию Superlight. Фото: Mazda Motors Europe |
Облегчённое настоящее и сверхлёгкое будущее
Если же говорить о ближайших проектах, можно вспомнить об обещании представителей Mazda Motor, объявивших о программе снижения веса: любой автомобиль, сошедший с конвейера Mazda в 2011 году и позднее, будет легче, по крайней мер на 100 кг, чем выпущенный сегодня.
Уменьшив массу авто на сотню, инженеры планируют улучшить топливную экономичность на 3–5%. Разумеется, не избежать в этом деле сложностей. Повышение топливной экономичности путём снижения веса угрожает снижением уровня безопасности. И потом — концепция Zoom-Zoom подразумевает всё-таки спортивный характер авто, который вступает в конфликт с идеей экономии топлива.
Лёгкие материалы обходятся дороже, поэтому представители компании говорят о медленном и планомерном снижении массы: уже следующее поколение автомобилей может потерять около семи сантиметров от общей длины — в основном за счёт уменьшения двигателя и более рационального использования пространства салона.
А если говорить о проектах обозримого будущего, можно отметить деятельность инжинирингового подразделения британской компании Lotus. Они поставили перед собой задачу — исходя из прогнозов развития автомобильной, химической и металлургической промышленности, создать авто, масса которого будет на 30% меньше нынешней при сохранении прежней стоимости. В качестве
В силовой части конструкции нынешней Venza используют исключительно традиционную сталь. После того, как над машиной «поколдовали» специалисты из Lotus, от высокопрочной стали осталось лишь 7%. Остальное — лёгкие материалы: алюминий (37%), магний (30%), композиты (21%).
Обычный Toyota Venza был полностью разобран, каждую его деталь внимательно изучили и проанализировали, за счёт чего можно добиться снижения веса. В результате от четырёхсот деталей осталось лишь 211.
![]() Перед конструкторами компании Lotus стояла задача: исходя из прогнозов развития автомобильной, химической и металлургической промышленности, создать авто на основе Toyota Venza, масса которого будет на 30% меньше нынешней при сохранении прежней стоимости. Они разработали два варианта: авто 2017 года и 2020-го. На фото вариант 2020 года. Фото: Group Lotus plc |
Шасси стало легче на 43%. В салоне вся «механика» была заменена на электронику (селектор коробки передач и ручной тормоз — теперь кнопки на сенсорном дисплее). Отказ от металлических креплений и специальная пена, из которой изготовлены сиденья, снизили вес кресел на 50%. В итоге версия 2017 года стала легче на 21%, а 2020 — на 38%. При этом вес двигателя остался тот же. Вполне вероятно, что и этот «орган» через десять лет похудеет, так что можно предположить, что Venza станет ещё легче. Разработчики особо подчеркнули, что снижения веса к указанным датам удастся добиться без повышения стоимости конструкции, то есть самого автомобиля, поскольку технологии станут значительно доступнее в течение ближайших лет.
Марат Хабибуллин, 28.09.2010
Новости партнёров