Newsletter

Regulamin

Reklama

Mechanika - Podzespoły - układy jezdne i układy napędowe

EOLAB projekt przyszłości - "ODCHUDZANIE PODZESPOŁÓW I WNĘTRZA"

dokument
pobierz +

OBNIŻENIE MASY UKŁADU JEZDNEGO I PODZESPOŁÓW MECHANICZNYCH

Po odchudzeniu nadwozia, konstruktorzy EOLAB skupili się na podzespołach mechanicznych, które również zostały poddane zabiegom odchudzającym. Układ hamulcowy, układ kierowniczy, zawieszenie, układ jezdny, koła, ogumienie... Wszystkie funkcje dokładnie przeanalizowano pod kątem możliwości obniżenia masy, ale bez pogarszania parametrów użytkowych.

1. Lżejszy układ jezdny

Układ jezdny sam w sobie stanowi niemal 20% całkowitej masy pojazdu (na przykład 225 kg w przypadku Clio IV). Najbardziej efektywnym sposobem obniżenia jego masy jest zastąpienie stali przez aluminium w przypadku znacznej liczby „ciężkich” elementów: ramy podsilnikowej, która traci w ten sposób 5,3 kg w porównaniu do ramy Clio IV (14 kg), wahaczy (- 1,8 kg), zwrotnic (- 5 kg), wahaczy tylnej osi (- 9 kg).

Ta zmiana materiału dała w efekcie znaczące korzyści. Ale projektanci EOLAB przebadali również inne możliwości obniżenia masy pojazdu, bardziej złożone, jak podejście systemowe. Mając stale na uwadze zachowanie niezmienionego „ogólnego” poziomu bezpieczeństwa, zespół projektowy nie zawahał się przeanalizować konstrukcji, na której opiera się zabezpieczenie przed skutkami zderzenia czołowego. Obecnie składa się ono z trzech głównych stref: strefy górnej, strefy podłużnic nadwozia i strefy dolnej. W prototypie EOLAB „drążki” (ang. „add on”) ostatniej z tych stref zostały zlikwidowane i skompensowane przemieszczeniem oraz wzmocnieniem podłużnic. Przełożyło się to na zmniejszenie masy od 7 do 8 kg. Przeanalizowaliśmy również możliwość wykonania sprężyn śrubowych zawieszenia z materiału kompozytowego z włókna szklanego i tworzywa termoutwardzalnego, co pozwoliłoby nam zaoszczędzić dodatkowe 3 kg. Podobnie w przypadku belki tylnej osi, ale z zastosowaniem innego kompozytu, co również dałoby oszczędność rzędu 3 kg – dodaje Laurent Taupin.

2. Układ hamulcowy nowej konstrukcji

Można by sądzić, że walka o ograniczenie emisji CO2 ma niewiele wspólnego z układem hamulcowym, a jednak system ten okazał się źródłem oszczędności nie do pogardzenia. EOLAB jest wyposażony w bardzo nowatorski układ hamulcowy, opracowany przez firmę Continental, który zapowiada kierunek prac konstruktorskich, w jakim ma zamiar zmierzać Renault w samochodach elektrycznych lub hybrydowych w najbliższych latach – mówi Laurent Taupin.

W sumie zmodyfikowany układ hamulcowy ma o 14,5 kg niższą masę, przy zachowaniu tych samych parametrów użytkowych . Współpraca z firmą Continental zaowocowała co najmniej trzema zaawansowanymi innowacjami wdrożonymi w ramach tego projektu. Wyeliminowanie tzw. zjawiska ślizgania, czyli stykania się klocków hamulcowych z tarczami nawet wtedy, gdy kierowca nie naciska pedału hamulca, poskutkowało bezpośrednim natychmiastowym obniżeniem spalania... Kontakt ten powoduje lekkie zwiększenie zużycia paliwa. W samochodzie EOLAB klocki hamulcowe stykają się z tarczami dopiero w chwili, gdy kierowca wciska pedał hamulca. Zapobiega to nieuzasadnionemu zużyciu paliwa, a jednocześnie zwiększa żywotność klocków hamulcowych. W celu zachowania, a nawet skrócenia czasu reakcji układu hamulcowego (zjawisko lekkiego styku klocków z tarczami ma na celu przyspieszenie reakcji układu na działanie kierowcy), będzie on mieć funkcję natychmiastowego dosunięcia klocków do tarczy w chwili, gdy system stwierdzi, że kierowca przygotowuje się do hamowania.

Ponadto jeden nowy moduł sterujący układu hamulcowego zastąpi oddzielne bloki elektroniczne, odpowiadające za różne funkcje systemu – ABS/ESP i wspomaganie nagłego hamowania, a jednocześnie umożliwi hamowanie niezależne kół, co jest niezbędne do zapewnienia odzyskiwania energii podczas hamowania, a więc do zmniejszenia zużycia paliwa. Dodatkowo zmniejszono masę przednich tarcz hamulcowych poprzez zastosowanie połączenia stali z aluminium: część tarczy stykająca się z klockami została wykonana ze stali, zaś jej część środkowa z aluminium. Z uwagi na lżejsze nadwozie samochodu, średnica tarcz mogła zostać zmniejszona. Pozwoliło to obniżyć masę auta o dalsze 4,7 kg. Podobne rozwiązanie przyjęto w konstrukcji tylnych hamulców bębnowych: płaszczyzna styku z okładzinami ciernymi pozostała ze stali, a resztę bębna zbudowano z aluminium.Hamulce tylne są więc lżejsze, mniejsze, posiadają trwalsze łożyska, a ich masa obniżyła się ostatecznie o 8,5 kg. Również we współpracy z firmą Continental, Renault wprowadziło kolejną innowację: automatyczny hamulec postojowy uruchamiający tylne hamulce bębnowe – urządzenie bardziej ekonomiczne niż układy istniejące dziś na rynku. Wyeliminowanie mechanizmu ręcznego (dźwignia, linki itd.) dodaje kolejne 1,3 kg do listy straconych kilogramów.

„ODCHUDZENIE” WNĘTRZA

1. Cieńsze szyby

Zespół EOLAB poczynił także znaczące postępy w pracach nad zmniejszeniem masy szyb, stanowiących często poważną pozycję w ogólnym bilansie. Prace te były prowadzone we współpracy z firmą Saint-Gobain Sekurit, a ich celem było obniżenie masy szyb o 30 do 50% w porównaniu do aktualnych standardów.

W rezultacie grubość szyb w EOLAB została zmniejszona do 3 mm (w porównaniu do 4,5 mm według aktualnych standardów), co odpowiada grubości kreski ołówka. Przednia szyba z pocienionego szkła, wyjątkowo aerodynamiczna w swoim kształcie, stanowi światową premierę w motoryzacji; szyby boczne są obecnie wykonane w technologii szkła klejonego (zamiast hartowanego), a kilka szyb nieprzesuwnych zostało wykonanych z polimerów, które choć powszechnie stosowane w naszych okularach, pozostają rzadkością w świecie motoryzacji.

I wreszcie tylna szyba, wykonana z powlekanego tworzywa polimerowego (zamiast szkła hartowanego): technologia ta umożliwiła wykonanie jednoczęściowego elementu z tworzywa powlekanego, obejmującego również tylne światła. To szczególny przykład łączenia funkcji, którego efektem jest zarówno obniżenie masy, jak i poprawa aerodynamiki EOLAB.

Zastosowanie wszystkich powyższych technologii pozwoliło obniżyć masę szyb EOLAB do 21 kg (w porównaniu do 28 kg w obecnych pojazdach)

Mogliśmy zastosować w EOLAB techniki bądź rozwiązania już znane, ale nie o to w tym chodziło. Projekt ten zwiększył zakres naszych kompetencji i zjednoczył całą firmę wokół rozwiązania problemu obniżenia masy, pozwalając jednocześnie na wprowadzenie do produkcji – powiedział Laurent Taupin, szef projektu EOLAB.

2. Lżejsze i „odchudzone” fotele

W samochodzie EOLAB fotele zostały również poddane szczegółowym pracom konstruktorów, którzy postawili sobie dwa cele: zmniejszyć zarówno masę foteli, gdyż są one często czynnikiem istotnym w masie pojazdu, jak i ich gabaryty, by zapewnić większą przestrzeń na miejscach z tyłu. Aby osiągnąć oba te cele, Renault odwołało się do know-how firmy Faurecia:

- Zmniejszenie grubości i masy foteli przednich : dzięki optymalnemu zestawieniu różnych materiałów (stal, stop nieżelazny taki jak aluminium, kompozyt włókien węglowych, magnez) szkielet fotela przedniego jest o 35% lżejszy od typowego szkieletu fotela samochodu segmentu B;

- Optymalizacja konstrukcji siedziska : dzięki zastosowaniu półsztywnego i profilowanego obicia oraz oparcia z regulacją poziomu komfortu, fotel jest o 30% mniejszy, co pozwoliło na poszerzenie przestrzeni na wysokości kolan, piszczeli i stóp pasażerów siedzących z tyłu, przy jednoczesnym zachowaniu komfortu podróżowania pasażera z przodu i wszystkich regulacji i ustawień jego fotela;

- Lżejsze obudowy foteli : dzięki technologii „Cover Carving” firmy Faurecia, polegającej na wyprofilowaniu i nadawaniu sztywności podkładu z tkaniny, tylna obudowa oparcia przylega do niego, dokładnie oddając jego kształt. Technologia ta pozwala na zmniejszenie masy tylnej obudowy foteli o 40%, a dodatkowo na uzyskanie o trzy centymetry większej przestrzeni na wysokości kolan, piszczeli i stóp pasażerów siedzących z tyłu.

3. Zmniejszenie masy elementów wykończeniowych dzięki chemii

W prototypie EOLAB zmniejszono wagę nawet małych elementów wykończeniowych z tworzywa, takich jak paneli słupków przedniej szyby, słupków środkowych oraz tylnych. Pomimo iż każdy z nich waży zaledwie kilkaset gram, ich łączna masa w samochodach seryjnych wynosi aż 10 kg, wliczając w to okładzinę bagażnika – podkreśla Laurent Taupin.

Wspomagani przez producentów inżynierowie z Renault postanowili zatem poszukać nowych rozwiązań w celu zmniejszenia wagi powyższych elementów z tworzywa. Jeden z kierunków badań polegał na zastąpieniu „pełnych” elementów o grubości kilku milimetrów (minimum 2,5 mm) ultracienkimi powłokami (1,8 mm), między które wtryskiwana jest spęczniona substancja, wypełniona pęcherzykami powietrza, a zatem lżejsza. Zachowanie żądanej sztywności zapewnia odpowiednie żebrowanie elementu. Technika ta była dotychczas wykorzystywana do produkcji wielkowymiarowych elementów wykończeniowych bądź elementów niewidocznych dla użytkownika. W prototypie EOLAB wyzwanie polegało na opracowaniu metody produkcji dostosowanej do małych elementów wykończeniowych. W przypadku okładzin bagażnika EOLAB, Renault sprawdzało możliwości innej metody produkcji, również z wykorzystaniem materiału spęcznianego, polegającej na utworzeniu elementu typu „sandwich” z powłoką zewnętrzną, wewnętrzną powłoką techniczną oraz umieszczoną między nimi warstwą pianki, powstającej przez minimalne otwarcie formy w trakcie produkcji, umożliwiające rozprężenie się pianki. Powyższe pocienione elementy wykończeniowe są o 20 do 30% lżejsze od dotychczasowych.

4. Lżejszy niż powietrze...

Specjaliści do spraw tworzyw zainteresowali się również innym rodzajem elementów: kanałami nawiewu powietrza, obecnie wytwarzanymi z polipropylenu wysokiej gęstości i ważącymi około 3 kg w samochodach seryjnych. 3 kg na rozprowadzenie powietrza to zbyt wiele – podsumowuje Laurent Taupin. Rozwiązanie: zastąpić ten materiał znacznie lżejszym polipropylenem spienionym, o ciężarze właściwym wynoszącym zaledwie 0,06 g/cm3 zamiast 0,96 g/cm3 dla standardowego polipropylenu. Gdyby wystarczyło zastąpienie jednego drugim, zostałoby to wykonane już dawno temu. Ale w praktyce oznacza to pięciokrotnie większą grubość ścianek, należało więc dokładnie przeanalizować budowę tych elementów. Zabiegu zamiany materiałów dokonano po raz pierwszy w prototypie EOLAB, którego kanały nawiewu powietrza stały się przedmiotem wniosku patentowego. W rezultacie stworzono nowe, ultralekkie, ważące zaledwie 700 g kanały nawiewu, co oznaczało spektakularne obniżenie masy o 2,3 kg!

Inf/zdjęcia/film RENAULT

Zasoby powiązane


Reklama