Компания Audi четырежды удостоилась престижной награды EuroCar Body Award за свои облегчённые кузовные конструкции. В 2003 году награду получил седан Audi A8, в 2008 году — кроссовер Q5, а также снова «а-восьмая».
В будущем автомобили Audi будут настолько легкими, что их можно будет поднимать голыми руками. Это не просто выражение благодарности, а реальность, к которой стремится компания. «Каждое новое поколение должно быть легче предыдущего», — утверждают представители Audi. Они акцентируют внимание на том, что борьба за снижение веса ведётся на всех этапах — от проектирования до производства.
Audi проводит уникальное мероприятие, называемое Audi TechDay, несколько раз в год. Это технический семинар для журналистов из разных стран, который длится несколько дней. В рамках этого события немцы демонстрируют свои достижения в различных областях автомобилестроения, проводят экскурсии и предлагают журналистам протестировать новинки. Однако такие семинары редко становятся новостными поводов, и журналистам приходится проявлять креативность, чтобы их отчёты не выглядели как рекламные буклеты Audi.
Представительский центр Audi Forum был открыт в 2005 году. Несмотря на логотип с четырьмя кольцами, он состоит всего из трёх этажей овальной формы. В этом комплексе есть небольшой музей и зона, где клиенты могут забрать свои новые автомобили. Интересно, что в «Форум» разрешают заходить с собаками.
Темой «технического дня», на котором я присутствовал, стали облегчённые конструкции автомобилей. Журналистов из России, США, Китая, Германии, Японии и Сингапура привезли в Неккарзульм, где находится Audi Lightweight Design Center. Но перед тем как попасть в ALDC, мы посетили Audi Forum, построенный из облегчённых материалов: стекла, стали и алюминия.
Существует понятие «ключевая компетенция», которое обозначает основное направление бизнеса. Для Audi это — массовое производство лёгких автомобилей. Облегчённые конструкции, в которых Audi считает себя мировым лидером, являются одним из главных приоритетов компании. Однако, несмотря на это, Audi пока не смогла донести эту простую истину до широкой аудитории. Продукция из Ингольштадта не ассоциируется с легкостью. Поэтому Audi TechDay: Lightweight Design проходит уже более двух лет, но на тест-драйвах весу автомобилей не уделяется должного внимания.
Немцы утверждают, что благодаря облегчённой конструкции спорткупе Audi R8 установило новые стандарты в автомобильной индустрии. По их словам, по соотношению габаритов, веса и жёсткости кузова «эр-восьмой» не имеет равных в своём сегменте.
Существует мнение, что тяжёлые автомобили имеют свои преимущества. Все видели, как легковая машина разбивается о тяжёлый представительский класс. Однако специалисты Audi, занимающиеся облегчёнными конструкциями, рассматривают ситуацию иначе. Лёгкие автомобили проще разгонять и останавливать, они легче в управлении, что напрямую связано с безопасностью и комфортом. Чем легче автомобиль, тем эффективнее он расходует топливо, что экономит деньги владельца и снижает вред для экологии. Конечно, у «невесомости» есть и свои недостатки, но об этом позже.
Кузов Audi TT состоит из комбинации алюминия и стали, при этом алюминий составляет 68% массы рамы купе и 58% — у родстера.
Специалисты Audi подсчитали, что каждая сброшенная сотня килограммов снижает расход топлива, а при разгонке до 100 км/ч лишний центнер означает шестиметровый разрыв между автомобилями массой 1200 и 1300 кг. В качестве примера приводят седан A6, который стал легче своего предшественника на 80 кг. В новой «а-шестой» удалось сэкономить, например, на выхлопной системе — каталитический нейтрализатор весом 23,7 кг стал легче на 9,7 кг благодаря использованию нержавеющей стали с высоким содержанием хрома.
Восемьдесят килограммов. Я не могу точно сказать, много это или мало, но мне предлагают ощутить разницу на собственном опыте — за рулём «оптимизированного» купе Audi TTS. Это прототип следующего поколения «тэтээски», детали кузова которого сделаны из армированного углеволокном пластика. Использование композита позволило купе сбросить те же 80 кг.
Полигон, который Audi использует для производственных нужд в Неккарзульме, расположен у подножия горы Вартберг, недалеко от города Хайльбронн.
К сожалению, ощутить разницу в весе почти полуторатонного автомобиля мне не удалось, сделав три круга по полигону. Если бы рядом сидела сварливая бабушка, и потом покинула машину — это было бы другое дело. Говорят, новый Q7 потеряет 400 кг. Это уже заметная разница, ведь это эквивалентно весу пяти тёток!
«Современные автомобили становятся тяжелее по спирали, а мы обращаем эту спираль вспять. Начинаем с уменьшения веса кузова, что позволяет использовать более компактные тормозные системы и двигатели, а также меньшие топливные баки», — объясняет доктор Лутц-Эйке Эленд, глава центра облегчённых конструкций Audi.
Под руководством доктора Эленда в ALDC трудятся 180 человек.
Началом «разгрузочной эры» немцы считают 1913 год, когда компания NSU Motorenwerke AG, ещё не ставшая частью Audi, выпустила модель Type 8/24 с полностью алюминиевым кузовом. Однако более точной датой начала «лёгкого века» Audi является 1994 год, когда был открыт ALDC, а также дебютировал первый автомобиль с алюминиевой пространственной рамой Audi Space Frame (ASF). Это был первый люксовый седан A8 с несущим алюминиевым кузовом. С тех пор по всему миру было продано более 550 тысяч автомобилей с рамой ASF. Кстати, она постоянно эволюционирует, и в чистом виде принцип Audi Space Frame сейчас применяют только в двух моделях — седане A8 и спорткаре R8. Тем не менее, ASF уже практически перешла на следующий уровень, названный MultiMaterial Space Frame.
Пространственная рама «эр-восьмой» (на фото её сборка) весит 210 килограммов: 70% её компонентов составляют экструдированные профили, 22% — алюминиевые панели, 8% — вакуумная отливка.
«Мультиматериальную» новинку многие поспешили окрестить аббревиатурой MSF, но её разработчики пока предпочитают прежнее название, начинающееся с алюминия, и продолжают называть раму ASF. Что касается «мультиматериала», то в данном случае это алюминий, сталь и армированные углеволокном пластики. Девиз MultiMaterial Space Frame — правильный материал в нужном месте и в необходимом количестве для достижения оптимального результата. Неужели немцы лукавят? Вся эта затея с «мульти» напоминает попытку сэкономить — «разбавить» обычную сталь, чтобы получить более бюджетную альтернативу цельноалюминиевым конструкциям. Специалисты Audi утверждают, что они вдохновляются природой и следуют бионическим принципам. «У природы нет отходов производства. Она использует ровно столько материала, сколько необходимо в определённом месте для достижения цели», — объясняет доктор Эленд.
«Легкомысленные» мастера считают, что отсутствие жёсткой привязки к какому-либо одному материалу — будь то традиционная сталь, от которой отказываться пока рано, или всё ещё дорогой углеродный композит — даёт свободу и гибкость. Компоненты «мультиматериальной» рамы постоянно конкурируют друг с другом — инженеры, прекрасно знающие сильные и слабые стороны материалов, с помощью компьютерного моделирования пересматривают их пригодность для достижения той или иной цели. Это, по их словам, означает, что составляющие прогрессируют, становясь прочнее, легче и безопаснее.
Двигатель 3.0 TDI при переходе из первого (слева) во второе поколение сбросил четыре килограмма. Снижению, в частности, способствовала замена четырёх цепей с приводным ремнём на две независимые цепи.
В центре ALDC нас, вопреки ожиданиям, не водили по цехам. Здесь специально построен демонстрационный центр, который можно назвать музеем, где экспонатами выступают детали автомобилей и действующее промышленное оборудование, а роль экскурсоводов исполняют два десятка специалистов Audi, быстро сменяющие друг друга. Посещение центра — это игровое шоу, лёгкое для восприятия, но лишённое юмора. На своих технических семинарах Audi вообще не шутит. Большинство наглядных пособий просты и иллюстрируют принцип «Было — стало». Нам показывают три одинаковые детали: одна из чугуна, другая из алюминия, третья из углепластика. Дают подержать в руках — пробуйте на вес. Разница, конечно, ощутима. Тем временем гид рассказывает, что раньше деталь изготавливалась из десятка компонентов за час, а теперь это единая штамповка, на которую уходит всего 10 секунд.
Примеры «лёгких процессов». Слева: робот закручивает саморез по технологии FDS (Flow Drill Screw), при этом скрепляемый материал, например сталь, нагревается и плавится вокруг самореза. Справа: сварка металла в защитной среде инертного газа.
В Audi решили заменить традиционные болты и гайки на облегчённые крепежные элементы — заклёпки, которые «впитываются» в материал, и саморезы, которые ввинчиваются прямо в сталь. Например, в модели «а-восьмой» используется 1847 полупустотелых заклёпок, 632 самореза, 202 точки сварки, а также 25 метров дуговой сварки в активных газах, шесть метров сварки с помощью диодного лазера и 44 метра швов, выполненных двухкомпонентным клеем. Кроме того, применяются холодная и горячая формовка, смолы и волокна, экструдированные профили и литьё, а также труд 215 японских роботов и сотни миллионов евро, вложенные в развитие технологий и улучшение материалов.
Немецкие инженеры делятся, как им удаётся многократно проверять надёжность и эффективность автомобиля, фактически не производя ни одной детали. Всё создаётся в виртуальном пространстве. Сначала разрабатывается 3D-модель и симуляция отдельного элемента, затем узла, агрегата и, в конечном итоге, всей машины.
Для Audi A6 маркетологи придумали новую привлекательную, но не слишком информативную фразу — «гибридный алюминиевый кузов». На самом деле это стальная конструкция с добавлением алюминиевых элементов. Это пример реализации мультиматериальной концепции.
Среди примеров обратного тренда в снижении веса можно отметить, что замена мотора в кондиционере «а-шестой» позволила сэкономить 317 граммов. В «а-восьмой» алюминиевые панели передней части были усилены стекловолокном, что дало возможность уменьшить вес на 100 граммов. Алюминиевая крышка тормоза «тэтэшки» весит 149 граммов, в то время как её стальной предшественник был вдвое тяжелее. В центральной стойке спайдера R8 алюминиевые профили соединены с помощью фрикционной сварки, что позволило сэкономить 600 граммов. Использование магния в конструкции рулевого колеса многих моделей Audi позволяет сэкономить 400 граммов. В коробке передач «а-восьмой» алюминий был заменён магнием, что дало экономию в 760 граммов. Увидев такие цифры, водителю с избыточным весом стоит задуматься о фитнес-клубе!
Вместе с «тэтэшками» журналисты смогли увидеть уникальный автомобиль — Audi quattro concept showcar. Внешний вид «а-пятой» не должен вводить в заблуждение, так как эта машина существует в единственном экземпляре, её кузов был собран вручную из алюминиевых компонентов в строгом соответствии с принципами ASF. Капот и крышка багажника выполнены из углеродного композита. Разработчики сообщили, что концепт, также известный как ultra, весит всего 1400 килограммов и оснащён пятицилиндровым двигателем 2.5 TFSI с турбонаддувом (408 л.с.), что делает его более мощным на единицу веса (3,4 кг на 1 л.с.) по сравнению с Audi RS5 с его V8 (4,2 л, 450 л.с.).
В конце «разгрузочного дня» журналистов снова привезли в Audi Forum для закрепления полученных знаний. Основная идея остаётся прежней: будущее за облегчёнными конструкциями. Основное внимание уделяется разнообразию материалов и концепции MultiMaterial Space Frame, поэтому кузов, полностью выполненный из углепластика, не появится в модельном ряду Audi. Это не облегчает ситуацию, а скорее наоборот. Чем меньше вес автомобиля, тем короче его тормозной путь, тем меньше кинетической энергии, которую необходимо преобразовать в деформации в случае аварии. Кроме того, при столкновении с лёгким автомобилем меньше страдает другой участник ДТП.
- В числе облегчённых компонентов конструкции последнего поколения седана Audi A6 выделяются детали из алюминия. Это элементы подвески (1), проводка (2), поперечины бампера (3), капот (4), верхняя опора передней подвески (5), поперечный усилитель передней панели (7), задняя полка (10), крышка багажника (11), двери (13) и крылья (15).
- Оптимизированные компоненты двигателя и трансмиссии (6) включают не только алюминий, но и магний. Снижение веса также достигнуто благодаря медиасистеме MMI (8), колёсным дискам (12), неодимовым магнитам в динамиках (14), элементам привода quattro (16) и тормозным дискам (17). К лёгким материалам относятся и высокопрочные стали, использованные в силовой структуре кузова (9).
Существует мнение, что теоретически снаряжённую массу обычного автомобиля можно снизить до определённого уровня, что приведёт к ощутимому облегчению жизни. Однако некоторые критики утверждают, что курс автопроизводителей на облегчение — это лишь иллюзия, а выигрыш в десятках килограммов веса — незначителен. Они утверждают, что облегчённые материалы (будь то алюминий или углепластик) стоят значительно дороже стали (что действительно так), и, следовательно, борьба направлена в первую очередь на облегчение кошельков покупателей. Существует также мнение, что переход на лёгкие материалы вредит окружающей среде, так как ущерб от производства того же алюминия не сопоставим с «озеленением» выхлопов. У оппонентов есть веские аргументы.
Самым лёгким автомобилем на мероприятии, безусловно, стал концепт-кар Audi quattro. Модель в масштабе 1:4 отличалась высоким уровнем детализации, включая интерьер, который можно было увидеть через специальное окошко.
Проблема избыточного веса давно признана глобальной. Тем не менее, когда речь заходит о лишних килограммах, неизбежно возникают споры. На одной стороне весов — всё новые доводы «за», на другой — очередные «против». Одним вред от тяжести кажется преувеличенным, другим же польза лёгкости представляется сомнительной. Семинар TechDay: Lightweight Design продемонстрировал мировоззрение компании Audi, специалисты которой всегда готовы представить свои, как им кажется, убедительные аргументы. Возможно, с ними можно поспорить, но, поверьте, переубедить их будет крайне сложно.
Кроме того, стоит отметить, что Audi активно работает над внедрением новых технологий, таких как 3D-печать, что позволяет создавать более сложные и легкие детали. Это не только снижает вес, но и сокращает время производства, что в свою очередь может снизить стоимость конечного продукта. Также Audi исследует возможности использования альтернативных материалов, таких как углеродные волокна, которые могут предложить отличное соотношение прочности и веса.
В заключение, можно сказать, что стремление Audi к снижению веса автомобилей — это не просто маркетинговый ход, а необходимость в условиях современного мира, где экология и экономия топлива становятся всё более важными. Однако, как и в любом другом аспекте, здесь есть свои плюсы и минусы, и важно находить баланс между легкостью, безопасностью и стоимостью.
Экологические аспекты уменьшения массы транспортных средств
Снижение массы автомобилей напрямую влияет на уровень выбросов углекислого газа. Легкие транспортные средства требуют меньше энергии для передвижения, что приводит к снижению расхода топлива. Например, уменьшение массы на 10% может привести к снижению расхода топлива на 5-7% в городских условиях.
Использование современных материалов, таких как алюминий и углеродные волокна, позволяет значительно сократить массу автомобилей. Эти материалы не только легкие, но и обладают высокой прочностью, что обеспечивает безопасность. Внедрение таких технологий может снизить углеродный след на этапе производства и эксплуатации.
Сокращение массы также способствует улучшению динамических характеристик транспортных средств. Это позволяет автомобилям быстрее разгоняться и эффективнее тормозить, что в свою очередь снижает вероятность аварий и, как следствие, уменьшает количество выбросов от поврежденных автомобилей.
Важно учитывать, что уменьшение массы должно происходить без ущерба для безопасности. Стандарты crash-тестирования требуют, чтобы автомобили сохраняли высокие показатели защиты пассажиров. Поэтому производители должны находить баланс между легкостью и прочностью конструкции.
Внедрение технологий, направленных на уменьшение массы, может стать частью стратегии по достижению целей по снижению выбросов, установленных международными соглашениями. Это не только улучшает экологическую ситуацию, но и способствует экономии ресурсов, что является важным аспектом устойчивого развития.
