Журнальная статья 1986-ого о цельноалюминиевых кузовах Audi (Motor Trend, США)

Перевод статьи о цельноалюминиевых кузовах Ауди от американского автомобильного журнального издания Motor Trend, Январь, 1986.

Назад в будущее с цельноалюминиевыми кузовами

Эта компания производит не пивные банки, она создает прочные транспортные средства. Она работает не в сфере металлургии, а в индустрии передовых материалов. И она хочет, чтобы каждый знал: она перешла от ремесла к точной науке обработки алюминия. Речь идет об Aluminum Company of America — сокращенно Alcoa. Ее совместные усилия с западногерманской компанией Audi привели к результату, который может стать важным шагом назад к алюминию как кузовному материалу для автомобильных технологий будущего.

В 1982 году Audi и Alcoa начали долгосрочное исследование целесообразности создания автомобиля с высокой долей использования алюминия (AIV). Хотя совместная работа еще далека от завершения, недавно Audi и Alcoa обнародовали результаты своей трехлетней программы AIV: цельноалюминиевый четырехдверный седан Audi 100 (в США эта модель известна под индексом 5000), который весит на 46,8% меньше своего цельностального аналога.

Проект, получивший название кузов в белом, был сосредоточен на значительном снижении веса за счет использования алюминия как средства улучшения динамических характеристик и топливной экономичности уже существующей конфигурации автомобиля. Как показывает текущий модельный ряд, компания Audi верна концепции полноразмерного автомобиля. Руководство марки считает, что спрос на вместительные машины столь же очевиден и важен, как и требования к экономичности и высокой динамике, и что самым логичным способом достижения всех трех приоритетов является применение более легких компонентов.

Перед тем как организовать совместный проект разработки, Audi начала оценку альтернативных материалов, которые могли бы снизить вес машины без уменьшения ее габаритов. Изучались пластики, перспективные композиты и алюминий. В итоге выбор пал именно на алюминий благодаря его прочности, легкости, коррозионной стойкости и пригодности к вторичной переработке, не говоря уже о туманном будущем материалов на основе нефтепродуктов.

Конечно, сброс 130,6 кг лишнего веса был лишь частью программы, которая увенчалась безоговорочным успехом по многим направлениям — главным образом благодаря недавним технологическим достижениям в области состава сплавов, производства и методов сборки. При создании кузова в белом для Audi использовался сплав Alcoa 6009, а также новый, обладающий высокой пластичностью экспериментальный сплав для автомобильных кузовов, находящийся в стадии разработки. В процессе работы над кузовом было опробовано множество новых методик роботизированной клепки, клеевого соединения и сварки. Специалисты Audi построили несколько полностью функциональных прототипов, которые подверглись широкому спектру испытаний и анализов.

Поскольку производство алюминия из первичного сырья является более энергоемким и дорогим процессом по сравнению со сталью, один из первых анализов включал сравнение затрат на протяжении всего жизненного цикла автомобиля. Этот расчет оказался в пользу алюминия по трем пунктам: меньшее количество требуемого металла, меньший расход топлива при эксплуатации готовой машины и возможность вторичной переработки. Так как примерно 1 кг алюминия заменяет 2 кг стали, была достигнута вторичная экономия до 25% неподрессоренных масс элементов подвески. Кроме того, благодаря двукратному снижению веса силовой структуры и кузовных панелей, первоначальные избыточные энергозатраты на производство алюминия сократились до эквивалента всего 487 литров бензина. Снижение расхода топлива автомобиля компенсирует эти затраты, по расчетам Audi, всего за 25 000 км обычного пробега. Наконец, по заявлению Alcoa, вторичная переработка позволит вернуть 58% энергии, затраченной на выплавку алюминия. Помимо сбережения сырья, переработка алюминия, которая в развитых странах уже превратилась в налаженную индустрию, экономит 95% энергии, необходимой для получения металла из руды.

Главный итог, по словам представителей Audi и Alcoa, заключается в том, что на данный момент себестоимость автомобиля AIV выше на 10%. Однако к моменту, когда первая серийная Audi проекта AIV появится в автосалонах, эта разница будет сведена к нулю. Заместитель председателя правления Audi Фердинанд Пиех, хотя и неохотно обсуждает детали на столь долгую перспективу, полагает, что целевым сроком выхода такой машины на рынок станет середина 1990-х годов.

Какими бы радужными ни выглядели перспективы алюминия в анализе затрат на жизненный цикл, результаты ходовых испытаний построенных машин впечатляют еще больше и в конечном счете оказываются более важными для потребителя. Безопасность автомобиля зависит от прочности пассажирского салона и способности структуры поглощать энергию удара. Меньший удельный вес алюминия позволяет выборочно увеличивать толщину листового металла, сохраняя при этом значительную общую экономию массы. Кроме того, благодаря передовым методам термообработки при производстве, сплав Alcoa 6009 имеет более высокий предел текучести, чем обычная тонколистовая сталь для кузовных деталей, а также существенно лучшую стойкость наружных панелей к появлению вмятин по сравнению с серийной сталью. Локальное увеличение толщины проката в сочетании с более высоким пределом текучести обеспечивает повышенную общую защиту.

Еще одним впечатляющим результатом создания цельноалюминиевого несущего кузова стало увеличение жесткости на кручение — почти на 15% по сравнению с традиционной стальной конструкцией, согласно методу конечных элементов, примененному специалистами Alcoa. Это не только напрямую и в лучшую сторону влияет на ездовые качества машины, в частности на формулу ее управляемости, но и компенсирует негативные акустические свойства менее плотного кузовного материала. Хотя менее плотный алюминий легче проводит шумы, высокая жесткость конструкции на кручение нейтрализовала факторы шума и вибраций до такой степени, что при акустической оценке кузов в белом и обычная стальная Audi продемонстрировали практически идентичные результаты.

Наконец, здесь стоит сказать о будущем автомобиля сквозь призму осознанного энтузиазма автопроизводителя. То, что Audi демонстрирует всем, и особенно своим конкурентам по всему миру, сводится к следующему: если потребитель требует топливной экономичности, высокой динамики и просторного салона, задача мировых автопроизводителей — дать ему именно это. Чтобы достичь этих целей, которые еще несколько лет назад считались попыткой усидеть на двух стульях, Audi сделала ставку на аэродинамику, моторные технологии и снижение веса. Своим кузовом в белом немецкая марка отражает философию, согласно которой нет ничего невозможного.

Помимо проекта кузова в белом, Audi и Alcoa продолжают исследования автомобиля с высокой долей алюминия, четко ориентируясь на облегченные компоненты трансмиссии и подвески, керамику и экзотические композитные материалы. Это чрезвычайно позитивный знак от одного из самых прогрессивных автопроизводителей в мире и своеобразный вызов в лицо остальному автомобильному сообществу, призыв делом отвечать на запросы технологий будущего, а не просто рассуждать о них.