Top.Mail.Ru

Технологии Audi. День в будущем

Технологии Audi. День в будущем

06.12.2009
Компания Audi AG показала журналистам всего света, как надо делать кузова. И не только

Владимир Заборщиков

Компания Audi AG показала журналистам всего света, как надо делать кузова. И не только...

Полигон

Технологии Audi. День в будущем

Технологии Audi

© Фото: Audi

«Да они, похоже, шины другие поставили», — пять минут назад моя А5 вполне уверенно держалась на хвосте у такой же машины, управляемой заводским водителем-испытателем. Вертлявая трасса бошевского полигона в Боксберге с крутыми виражами подъемов и спусков требовала некоторого напряжения, но коробка-автомат позволяла сосредоточиться исключительно на рулении. Теперь, пересев в другое купе той же модели, я начал отставать в поворотах, но главное, шины завизжали. Проехав два круга, выхожу, проверяю. Марка, модель, размерность и даже степень износа шин одинаковые. Дело явно не в шинах.

Не буду интриговать читателей. Одинаковые с виду автомобили «внутри» имели мало общего. Вторая, отстающая и визжащая, серийная машина имела более мощный двигатель (195 кВт/265 л.с. против 155 кВт/211 л. с.) и лучшие показатели удельного веса (5,8 кг на л. с./7,9 кг на  кВт против 6,2  кг на л. с./8,5 кг на кВт). Проигрывала она исключительно из-за большего собственного веса. Первая, экспериментальная Audi A5 Coupe, демонстрировала успехи компании в снижении веса кузова и других агрегатов и узлов автомобиля. Казалось бы, невелика разница — 1310  или  1540  кг снаряженного веса, а в повороте увеличение центробежной силы ощущается не то что по приборам — на слух. Вот и приходится на каждой прямой догонять, кстати, расходуя лишний литр бензина на каждую сотню километров.

Неккарсульм

Технологии Audi. День в будущем

Технологии Audi

© Фото: Audi

В привычно небольшом немецком городке Неккарсульм, что в полутора часах езды от  Франкфурта-на-Майне, на  общей территории соседствуют кузовное производство, научно-технический центр и  шоу-рум, который было бы правильнее именовать «шоу-хаусом». Завод изготавливает алюминиевые кузова. НТЦ, как явствует из названия Aluminium and Lightweight Design Center, занимается не только разработками алюминиевых узлов и агрегатов, но и прочими методами снижения общего веса машин. Шоу-рум не только торгует автомобилями Audi, но и знакомит на «живых» примерах как с историей, так и с последними достижениями компании.
Именно сюда пригласили представителей мировой автомобильной прессы для участия в Tech Day, техническом (или технологическом) дне, который по праву мог бы именоваться Днем высоких технологий.

История

Чтобы стать лидером серийного производства алюминиевых автомобилей, требуются десятилетия. Первую машину с полностью алюминиевым кузовом Type 8/24 компания NSU сработала еще в  1913  году. Десять лет спустя в алюминиевую «скорлупу» одели экспериментальную Audi Type K. А изготовленные в  30-е годы прошлого века руками мастеров из  гоночного отдела Auto Union легкосплавные панели определяли внешний вид и аэродинамические качества гоночных болидов и автомобилей для установления рекордов скорости на земле.
Поражает своими характеристиками Auto Union Type с 1936 года. При снаряженной массе 825 кг и мощности наддувного двигателя V16, равной 380 кВт / 520 л. с., удельный вес составлял 1,6 кг на 1 л. с. Таким соотношением и сегодня похвастает не каждый из участвующих в престижнейшем «Ле-Мане» прототипов.
Но точкой отсчета в истории серийного производства алюминиевых кузовов Audi стал 1982 год, когда было создано совместное предприятие с одной из американских алюминиевых компаний с целью создания ни больше ни меньше, как несущего кузова для товарных машин.

Технологии Audi. День в будущем

Технологии Audi

© Фото: Audi

Первым результатом стало получение более 40 патентов в смежных областях — от составов сплавов до их производства и обработки. Уже в 1985 году была показана Audi 100 из алюминия, но с традиционной для спорта монококовой конструкцией. У появившихся в 1991 году спортивных Audi Avus Quattro и Audi Quattro Spider наружные алюминиевые панели также крепились на «поддерживающей» раме.

Эпохальным событием был отмечен 1993 год. На автосалоне во Франкфурте был впервые показан серебрящийся своими боками концепт ASF, предшественник Audi A8. За буквами сокращения стояло Audi Space Frame — пространственная рама Audi. Серийное производство первого автомобиля с несущим алюминиевым кузовом началось годом позже.

Решения, положенные в основу конструкции Audi A8, актуальны и сегодня. Силовой каркас кузова включает в себя экструдированные замкнутые профили, плоские листовые и литые пространственные детали. «Скелет» накрыт наружными панелями, на которые возложены если не несущие, то поддерживающие функции. По сравнению со стальным, кузов ASF как минимум на 40% легче. Кузов первого А8 весил 249 кг, а выпускаемого с  1999  года компактного А2  — всего 156  кг. Вес «суперструктуры» первого в мире четырехдверного трехлитрового автомобиля А2 1.2  TDI составляет всего 135  кг. Становится понятно, как эта машина показала сенсационный расход дизельного топлива — 2,99  л на  100  км.

Следующие машины, созданные по технологии ASF, также удивляют весовыми параметрами. Масса кузова нынешней А8 — 218 кг, R8 — 210 кг, TT Coupe — 206 кг, а TT Roadster — 251 кг. Родстер «поправился» относительно купе, так как из-за отсутствия крыши пришлось усиливать пол, тоннель и пороги.

Трудный металл

Помимо положительных качеств, вроде меньшего удельного веса и относительно высокой коррозионной стойкости, крылатый металл обладает и определенными недостатками. Начнем с начала, т. е. с производства материала. Выплавка тонны алюминия обходится значительно дороже, чем тонны стали. Правда, при переплавке старого кузова затраты на два производственных цикла выравниваются. А последующие переработки почти не гниющего металла делают алюминий материалом выгодным.

Легкие сплавы хуже обрабатываются давлением. Они бывают слишком хрупкими. Гибка металла в этом случае недопусима. Также они не особо термически стабильны: местный и даже общий нагрев может вызвать деформацию. В паре с другими металлами они образуют разрушительный гальванический элемент, вызывающий бурную коррозию. Используемый наряду с алюминием еще более легкий магний вообще не отличается химической инертностью. Вспомните хотя бы «первобытную» магниевую фотовспышку.

Сварка легких металлов дешевой электрической дугой невозможна. Нужна, как минимум, среда инертного газа, а лучше плазма или лазер.

Далеко не любой лакокрасочный материал прочно ляжет на сплав. Приходится либо дополнительно обрабатывать поверхность детали, либо использовать специальные грунтовки (праймеры).

Сам факт, что продажи алюминиевых Audi год от года растут, лучше всего свидетельствует, что с техническими проблемами специалисты Audi справились. Выпущено уже более 550  тыс. «легких» Audi и  9 тыс. Lamborghini.

Теория

Технологии Audi. День в будущем

Технологии Audi

© Фото: Audi

А зачем вообще огород городить? Стоит ли овчинка выделки? В  Audi считают, стоит.

Алюминиевый кузов меньше корродирует и легче перерабатывается. Меньший сопряженный вес оборачивается меньшими расходом топлива и, соответственно, выбросами в атмосферу. Автомобиль легче разгоняется и тормозит. В повороте на него не так воздействуют провоцирующие занос центробежные силы.

Приведем лишь один пример. Автомобиль массой 1200 кг при разгоне от  0  до  100  км/ч пройдет на  12 м меньше, чем автомобиль, весящий 1400  кг.

Снижение веса кузова подтолкнуло конструкторов к поискам «жировых отложений» в других агрегатах и узлах. Облегчение ступичного узла, тормозных механизмов, колесных ободьев и  (в несколько меньшей мере) элементов подвески снижает неподрессоренные массы, а это улучшение управляемости и повышение комфорта. 10  кг, отнятых у неподрессоренных масс, снижают нагрузку на стойку подвески на 4%. Для достижения того же результата подрессоренные массы пришлось бы снизить на  50  кг. Не менее важны и вращающиеся массы. Так, 1  кг, снятый с маховика, равняется по эффективности 16  кг кузова.

Меньшая масса автомобиля — это меньшая нагрузка на его агрегаты. Сохранив те же размеры и динамические параметры машины, можно использовать менее мощный и менее прожорливый мотор (даунсайзинг), тормозные механизмы меньшего размера и веса. И так по спирали. Снижение веса одного агрегата делает возможность сэкономить и на другом.

Практика

Как уже говорилось, технология ASF предполагает комбинирование компонентов, полученных разными способами обработки.

Силовые элементы, такие, как пороги и задние или средние стойки, получают методом экструзии. Конструкция позаимствована у природы: «скопированы» кости птиц. Правда, с дополнениями: внутренняя полость делится в продольном направлении на сегменты. Такой профиль имеет максимальную прочность при минимальном весе. Каждое изделие рассчитывается с учетом его роли в конструкции кузова. Сопрягать пространственную деталь с гнутыми листовыми панелями напрямую удается не всегда. На помощь приходят соединительные детали, полученные литьем — под давлением или вакуумным. Поскольку такая технология предполагает высокое качество и малую пористость металла, литые детали успешно справляются и с ролью усилителей. При этом их конфигурация может быть достаточно сложной, а выдерживаемые местные нагрузки высокими. Например, соединитель передней стойки Audi ТТ собирает в единое целое лонжерон, порог, поперечину рамки ветрового стекла, рамку панели крыши, верхнюю «чашку» стойки подвески и саму стойку.

Технологии Audi. День в будущем

Технологии Audi

© Фото: Audi

Иногда в самые ответственные места добавляется сталь. Так, кузов Coupe (206 кг) сделан из алюминия на 68%, а более нагруженный из-за отсутствия крыши Roadster  — на 58%. При использовании одной стали ТТ Coupe весил бы на  100 кг больше. В реальном кузове алюминиевая доля распределяется так: 63 кг панелей, 45  кг отливок и 32  кг экструдированных профилей.

Мало изготовить детали с величайшей, до десятых долей миллиметра точностью. Надо крепко соединить их между собой. Об используемых технологиях дает представление кузов Audi R8. Его собирают 38 сварочных машин, 5 заклепочных агрегатов и 5 роботов. Используется 782  заклепки, 308  винтов-саморезов. Длина сварных швов в атмосфере инертного газа (MIG) — 99 метров, а клеевых соединений — более 120.
При производстве кузовов также используются плазменная и лазерная сварки. Очень впечатляющей оказалась демонстрация процесса соединения панелей крыши и боковины с помощью лазера. Местом стыка был выбран проходящий по крыше водосточный желоб. Прижатые друг к другу детали сваривались сплошным швом, не превышающим 4-5  мм по ширине и выглядящим вполне аккуратно. Но  тут в дело вступил шлифовальный круг, и от шва не осталось и намека.

Другие

Но и сталь списывать рано. Особенно если она высокопрочная. Для снижения ее расхода (и веса в автомобиле) изготовленные из более тонкого листа детали (например, центральный тоннель пола) подвергаются термической закалке. В отдельных случаях разные части одной стальной детали подвергаются разным видам термообработки. Все чаще стальные панели имеют различную толщину в разных участках своей поверхности, обеспечивая правильное восприятие нагрузок и деформацию по заданному алгоритму в случае столкновения.

Все чаще используются магниевые сплавы, избавленные от своего главного недостатка — химической активности. Из них делают картеры коробок передач, разнообразные крышки, отдельные детали рулевого управления и т. п. Магний почти на треть легче алюминия.

Отдельные детали получают комбинированное устройство, например «гибридные» тормозные диски из литого чугуна и алюминия.

Большого разговора заслуживают углепластики. Упомянем лишь, что из-за большой доли ручного труда и длительности процесса эти материалы используются больше в Lamborghini, чем в Audi. Соотношение примерно такое: на один экспериментальный рычаг подвески Audi приходится один серийный капот Lambo.
Инженерам Audi AG приходится заниматься и новыми технологиями. Так, скажем, из-за капризности алюминиевого листа пришлось заново разрабатывать технологию получения из него кузовных панелей.

После длительного нагревания до 920 градусов Цельсия в газовой печи длиной 23 метров заготовка попадает под гидравлический пресс с усилием 600 тонн.

Технологии Audi. День в будущем

Технологии Audi

© Фото: Audi

В пресс-форме, в «теле» которой проходят каналы водяного охлаждения, деталь под давлением охлаждается до 180 градусов Цельсия. В результате получается высокопрочная мартенситная структура, т. е. панель стальной формы.

Существенно повысить прочность легкого сплава может добавление в него меди. Но такой материал будет не слишком стоек к коррозии. Дабы совместить приятное с полезным, алюминиево-медный лист покрывают с двух сторон алюминиевой фольгой.

Послесловие

Описание «чудес от Audi» можно было бы еще продолжить. В ходе «техдня» порой приходилось чувствовать себя австралийским аборигеном, впервые увидевшим паровоз.Один лишь раз удалось порадоваться за отечественных производителей. Легкосплавные кованые колеса на заводах Audi сваривают из трех элементов. Нам же от советской оборонки остались прессы, позволяющие штамповать колеса целиком.
Космические технологии делают Audi шедеврами технической мысли, но в наших условиях несколько настораживают. В «среднестатистическом» российском автосервисе алюминиевый кузов не отремонтировать. Даже подкрасить проблематично.

Будем надеяться, что в этой отрасли у нас наметятся положительные изменения. Тем, кому фирменный ремонт не по карману, остается восхищаться и тихо завидовать.

(3 оценок, среднее: 4,00 из 5)
Загрузка...

Обсуждение

Ваш адрес email не будет опубликован.

Статьи по теме
Популярное