Техническое заданиеРазработка компоновочного решения и экстерьера внедорожника на электрической тяге с использованием стилевых решений автомобилей марки Volvo

Составил: Степанов Артём, группа 9-АДз-13

Содержание:

Тема и цель проектирования

История бренда

Анализ конкурентов

Анализ потребителей

Стоимость и объём производства

Компоновочные решения

Стилевой ряд

Технологии и материалы

1

1

9

14

21

22

23

24

. . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . .

. . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

Разработать автомобиль в соотвествии с требованиями 2030-го года. Компоновка автомобиля должна быть спроек-тирована с учётом последних тенденций в развитии техники.

При разработке дизайна нужно проанализировать исто-рию и развитие дизайна бренда Volvo и предложить свой вариант развития стиля.

Разработать компоновочное решение и экстерьер внедо-рожника на электрической тяге с использованием стиле-вых решений автомобилей марки Volvo

1

Тема проектирования Цель проектирования

В начале прошлого века в Швеции число автомобилестрои-тельных компаний было незначительным. Многие пытались наладить сборку автомобилей, но вскоре были вынуждены отказаться от этой деятельности. Американские автомобили, которые составляли большую часть автопарка страны, не были рассчитаны на извилистые неровные дороги Швеции. Подвеска в таких машинах не выдерживала, и автомобиль практически разваливался на части.

Компания Volvo основана Ассаром Габриелсоном и Густа-фом Ларсоном как дочерняя компания известного шведского производителя подшипников компании SKF. В 1927 году с конвейра сходит первый серийный автомобиль – Jakob, собранный на базе американской модели. И это был первый

автомобиль, выпущенный в Швеции. Он развивал до 90 км/ч, а заявленная крейсерская скорость была 60 км/ч. Осново-полагающим законом на Volvo сразу стало качество. Этот закон действует в шведском автоконцерне до сей поры. С 1935 года Volvo обретает самостоятельность от SKF.

В 1944 году на выставке Volvo в Стокгольме был пред-ставлен первый массововый автомобиль Volvo — PV 444 и первый автобус, оснащенный дизельным двигателем, PV60. Через шесть лет состоялась презентация автомобиля Duett - первого настоящего универсала от Volvo, он продемонстри-ровал ориентацию Volvo на семейные машины. В 1954 году Volvo вводит беспрецедентную гарантию на автомобили своего производства. В 1955 году начат экспорт в США.

Анализ развития дизайна и история бренда Volvo

2

Volvo Jakob OV4 (1927) Volvo PV60 (1946)

Ещё одним преимуществом компании с самых первых дней её основания является дизайн. После-военный мир столкнулся с общими для разных стран проблемами. Во-первых, с конверсией, перево-дом предприятий военных отрас-лей на мирные рельсы. Во-вторых, с демократизацией, сопровождав-шейся выпуском массовых, соци-ально необходимых дешевых товаров. В-третьих, с глоба-лизацией производства, средств коммуникации, транспорта. Каждая национальная модель дизайна по-своему решала эти проблемы.

Среди всех автомобильных компаний, Volvo, пожалуй, наиболее последовательно придерживаются функциона-лизма в дизайне своих автомобилей.

Функционализм — общая стратегия мирового дизайна 1950— 1970-х гг., давшая название характерному образному строю промыш-ленных изделий — от быто-вых предметов до техни-ческих устройств и аппа-ратуры. Функциональный дизайн подразумевал мини-

мум декора, действительные, а не мнимые полезные свой-ства вещей, в которых максимально учитывается эргоно-мика и психологический комфорт, а также используются рациональные технологические процессы. Функционализм — наследник модернизма в искусстве и дизайне 1920-х гг. Благодаря своей нейтральности он стал интернациональ-ным дизайн-стилем.

стул Алвара Аалто бутылки Тима Сарпанева

Volvo P1900 (1956)

3

Скандинавский дизайн начина-лося с 30-х годов. Он пустился на поиски той «идеальной формы», которая должна была бы обладать большей полнотой внутреннего содержания, чем внешней эксклю-зивности. И он нашёл её. Неброская, но притягательная, не вычурная, но современная, не претензионная, но гениальная простота как мини-мум на столетие вперёд определила основное русло развития искусства в Дании, Норвегии и Швеции, а так же в Финляндии.

Глядя на автомобили Volvo, трудно не согласиться с тем, что они полностью соответствуют идее функционализма. Причём не только во внешности, но и в самом подходе к проектированию. В 1959 году Volvo становится первой в

мире компанией, начавшей устанавливать в своих серийных автомобилях трехточечный ремень безопасности. По сей день автомобиль этой марки славятся как самые безопас-ные и одни из самых надёжных автомобилей мира. В 1976 году Volvo первым среди прочих производителей внедряет лямбда-зонд и каталитический нейтрализатор.

Среди чисто дизайнерских решений Volvo также принесла в мир много нового. Примером может служить полностью стеклянная задняя дверь (чьё назначение чисто функ-ционально – улучшить обзор назад), впервые появивша-яся на модели P1800 в 1961 году и повторенная на C30 в 2006. На автомобиле Volvo 850 с кузовом универсал впер-вые применены фонари, занимающие всю высоту задней стойки это позволяет разместить достаточное количество световых элементов, не уменьшая задний дверной проём. Даже знаменитые „плечи”, появившиеся на концепте ECC в 1992 году, имеют под собой чисто функциональную основу –

стулья Арне Якобсена

Volvo PV444 (1947) Volvo PV445 (1953)

4

Volvo P121 (1956)

Volvo P1800 (1960)

Volvo 144 (1966)

5

в этом объёме помещается вся техническая начинка двери, и внутри панели дверей можно сделать практически плоскими, что увеличивает пространство для пассажиров . Также это решение помогает визуально облегчить объём багажника, разбив его на две части. Проблема в том, что крышку багаж-ника нужно делать как можно выше для плавного схода воздуха с крыши, но при этом желательно завязать линию багажника с линией остекления. Сейчас это стлистическое решение активно применяет компания BMW, например.

Но вернёмся к истории. в 1966 году свет увидел Volvo 144 — „самый безопасный автомобиль мира”, названный „Авто-мобилем года”. Через восемь лет, в 1974 Volvo 240 обошел автомобили серии 140 по безопасности. Он продавался компанией вплоть до 1993 года. В 1982 году во всем мире получает признание Volvo 760. После этой модели появля-ются более массовые, „демократичные” модели 740. В 1985 году выпущена Volvo 480 ES — спортивное купе, первая

переднеприводная модель Volvo. В 1988 году появился Volvo 440, чуть позже — седан Volvo 460. 1990 год - появля-ется Volvo 960, имеющий алюминиевый шестицилиндровый двигатель (более 240 л.с.) Модель начинает на рынке жест-кую конкуренцию с немецкими автомобилями класса „люкс”. В этом же году Volvo 940, как прежде Volvo 740 и Volvo 240, признан народным автомобилем. В кризисный 19991 выхо-дит на рынок самый безопасный автомобиль компании — Volvo 850, мир увидел, как должна выглядеть действительно надежная защита при боковом ударе. В 1994 году появля-ется самый роскошный автомобиль семейства Volvo — Volvo 960. 1995-96 годы дают миру Volvo S40 и V40, а также Volvo C70 Coupe.

Следом появился Volvo C70 Cabrio. В 1997 году выпу-скается V70 Cross Country. Год спустя Volvo S80, имеющий мощность 272 л.с., становится воплощением новаторства, комфорта и безопасности. Он оснащен системой защиты от бокового удара WHIPS и надуваемым занавесом IC.

Volvo 262 (1977)Volvo 240 (1974) Volvo 740 (1982)

6

Volvo C30 (2006)Volvo S40 (2004) Volvo C70 (2009)

Volvo 940 (1991) Volvo s80 (1998)Volvo s60 (2001)

7

В 1999 автоконцерн Volvo продает компании Ford легковое подразделение Volvo Personvagnar. В 2000 году свет увидели Volvo V70 следующего поколения — абсолютно новый авто-мобиль, и Volvo Cross Country. В 2000 году особой популяр-ностью в Америке обретает спортивный Volvo S60 — третья модель Volvo, созданная на большой платформе. Мировая премьера долго ожидаемого SUV — Volvo XC90, в 2002 году. Volvo обретает славу производителя престижных, дорогих и предельно надежных машин. За Volvo признается главен-ствующая роль в разработке и конструировании современ-ных систем безопасности.

За время существования компании миру было показано не так уж много концепт-каров Volvo и подавляющее боль-шинство из них в том или ином виде были впоследствии выпущено как серийные автомобили. С 1991 года за облик новых Volvo отвечает Петер Хорбери. Его приход обозначил новый виток развития дизайна Volvo, начиная от эпохаль-

ного концепта ECC и заканчивая современным S80. В 2005 его сменил Стив Маттин. При Маттине дизайн автомобилей Volvo стал более „модным” и немного отдалился от функци-онализма. Однако последние концепты, сделаные под руко-водством вернувшегося в 2009 в компанию Хорбери, снова позволяют говорить о Volvo как о производителе автомоби-лей с очень лаконичным и глубоким дизайном, основанном прежде всего на моделировании красивых поверхностей, а не графике.

В марте 2010 года китайская Zhejiang Geely сообщает о приобретении у Ford Motor компании Volvo Cars. Все интел-лектуальные права сохраняет Volvo, но Zhejiang Geely полу-чает к ним полный доступ.

Мой проект должен стать воплощением главных качеств автомбилей Volvo: функциональный дизайн, надёжность и безопасность.

Volvo S60 (2010) Volvo V60 (2010)Volvo XC60 (2008)

8

Volvo Gravity Car (2005)Volvo Safety Concept Car (2001) Volvo 3CC (2004)

Volvo Concept Universe (2011) Volvo Concept You (2011)

На данный момент ниша экологически чистых кроссоверов пустует. На рынке присутствуют либо автомобили с ДВС, либо так называемые лёгкие гибриды (когда электродви-гатель лишь помогает основному двигателю при разгоне и торможении). При этом всё чаще появляются концепты полностью электрических средств транспорта, и в том числе кроссоверов, что говорит о перспективности этого рынка в будущем.

Анализ рынка

конц

епту

альн

ость

экологичность

Наиболее близкими конкурентами для моего проекта являются концепты трёх фирм: Mitsubishi PX-MiEV, SsanYong Kev2 и Peugeot HR1. Они близки по идеологии, но довольно различны по характеру дизайна и технической начинке.

9

10

Сравнительная таблица конкурентов*

Название модели

Габариты (длина/ширина/высота/база, мм)

Количество дверей

Тип трансмиссии, характеристики двигателя**

Запас хода, км

Все представленные конкуренты обладают одинаковой вместимостью (4 человека) , приводом (полный) и на данный момент явля-ются концептуальными разработками с разной степенью готовности к серийному производству.Для электродвигателей через косую черту указана номинальная и пиковая мощность

Mitsubisi PX-MiEV

5

800

Peugeot HR1

3

1200

SsangYong Kev2

5

180

Гибридная, ДВС (116 л.с., 125 Нм) вращает передние колёса, элек-тродвигатели (по 41/60 л.с. и 100

Нм каждый) – задние

Гибридная, ДВС (110 л.с., 195 Нм) работате в паре с электродвига-

телем (27/37 л.с., 200 Нм)

Электрическая, электродвигатель (186/250 л.с., 400 Нм)

*

**

4510/1830/1655/ 2630 4410/1860/1690/2650 3760/1755/1492/2311

11

Mitsubisi PX-MiEV

Этот концепт был показан в 2009-м году, и совсем недавно Mitsubishi показала следующую версию, PX-MiEV 2, которая, впрочем отличается скорее дизайном, нежели техническими характеристиками.

Основные темы в дизайне экстерьера PX-MiEV, по словам разработчиков – крепкий, безопасный, простой. Однако автомобиль при этом выглядит лишь немного современнее своих серийных аналогов. Дизайнеры сознательно отказа-лись от традиционных для внедорожников элементов «суро-вого» стайлинга. И отдельное спасибо дизайнерам Mitsubishi за то, что прекратили мучить тему «реактивного истреби-теля», использованную сперва в оформлении передка Lancer X, а после нелепо перенесенную на Colt и Outlander.

Но больше всего в Mitsubishi гордятся начинкой концепта: бензиновый двигатель объемом 1.6 литра вращает перед-ние колеса, а также работает в качестве генератора. При движении по мокрой или заснеженной трасс, а также при резких маневрах и ускорениях автоматика подключает элек-тродвигатель, вращающий задние колеса. Как и серийный компакт Mitsubishi i-MiEV, автомобиль может подзаряжать свои батареи от 100 либо 200-вольтной розетки. Помимо силовой установки можно отметить пневматическую подве-ску, управляемую электроникой.

Нестандартный дизайн, высокая экологичностьАвтомобиль недостаточно концептуален

++——

12

SsanYong Kev2

На автошоу в Сеуле 2011-го года дебютировал электриче-ский концепт SsangYong KEV2, построенный на базе крос-совера Actyon нового поколения. Аналогичную модель KIA надеется запустить в серийное производство в 2013 году.

От серийного автомомбиля концепту полностью доста-лась архитектура кузова, вплоть до некоторых наружних панелей. Чтобы добавить автомобилю „концептуальности” корейцы изменили оперение кузова, а так же установили модные светодиодные фары замысловатой формы. Однако это не помогло – автомобиль совсем не поражает воображе-ние и выглядит максимум на пару лет вперёд

KEV2 оснащен электродвигателем мощностью 120 кВт, питающимся от литиево-ионных батарей емкостью 35 кВтч.

Запас хода концепта составляет 180 км, полная зарядка аккумуляторов занимает 8 часов, функция быстрой зарядки позволяет пополнить запас энергии за 30 минут.

Отличная экологичность, высокая готовность к серииБезликий дизайн, основанный на серийной модели

++——

13

Peugeot HR1

Создатели не причисляют Peugeot HR1 к какому-либо классу – сообщается, что именно за такой смесью купе, кроссовера и небольшого городского автомобиля стоит будущее многих слоев населения в мегаполисах.

Экстерьер HR1 весьма концептуален, и главное отличие от совеременных автомобилей – это пропорции кузова. Компо-новка гибридного автомобиля позволяет уменьшить капот, увеличив тем самым место для пассажиров внутри базы. При этом автомобиль получается высоким, так как из сообра-жений снижения центра тяжести аккомуляторы распола-гаются под полом. Помимо экспериментов с пропорциями дизайнеры продемонстрировали на примере этого автомо-биля новую дизайн-философию бренда. Огорчают разве что

не совсем логичные отверстия в переднем и заднем бампе-рах, хотя для концепта такое намеренное усложнение дета-лей вполне приемлемо. То же можно сказать и о единствен-ной двери – наверняка на серийной модели для облегчения посадки сделают традиционные дверные проёмы.

Под капотом Peugeot расположен 1,2-литровый трехци-линдровый моторчик, обладающий немалой мощностью в 110 лошадиных сил. Он спарен с 37-сильным электродвига-телем, так что суммарная их мощность равна 147 л.с.

Концептуальный дизайн, большой запас ходаНеудобство посадки

++——

14

Конкуренты, вывод

Все представленные конкуренты очень разные по своей идеологии, и это хорошо, потребитель сможет выбрать авто-мобиль, который подходит именно ему. Однако их объеди-няют некоторые признаки, общие для автомобилей такого класса. Это вместимость (4 человека), наличие багажника, и высокая экологичность.

Правда на мой взгляд у этих концептов есть один общий недостаток – все они в той или иной степени похожи на обычные автомобили, хотя развитие технологий и та свобода в проектировании компоновки, которую даёт электриче-ская трансмиссия позволяют совершенно иначе взглянуть

Общий анализ потребителейПотенциальных потребителей моего атвомобиля можно разделить на две группы: частные и корпоративные.

Частные потребители – это люди со средним достатком, которым периодически или потсоянно приходится передви-гаться по пересечённой местности. Эти люди заботятся об экологии и поэтому им нужен автомобиль, который бережно относится к природе.

на автомобиль. Таким образом можно спроектировать эксте-рьер, настолько непохожий на все окружающие автомобили, что они не будут восприниматься конкурентами. Появится новая ниша и очень важно занять её первым.

Итак, чтобы быть конкурентоспособным на рынке, мой автомобиль должен иметь такие же, как у конкурентов, или лучшие показатели по основным эксплутационным харак-теристикам, то есть: вмещать 4 человек, иметь вместитель-ный багажник, экологически чистый двигатель и запас хода более 700 километров. При этом он должен выделяться за счёт более современной и концептуальной внешности.

Корпоративные потребители – это могут быть прокат-ные или госуларственные организации, для которых эколо-гичность и безопастность автомобиля являются вопросом имиджа.

Первый потребитель: 25-40 лет. Человек творческой профессии (архитектор или дизайнер) или просто тот, кто предпочитает жизнь за городом обычной квартире. Зарабо-

Потребители, частные:

а) Частный дом расположен в лесу, среди десятка подоб-ных ему. До ближайшего населённого пункта около 20-30 километров, это несколько муниципальных зданий: школа, магазин, больница и, главное, железнодорожная станция. На скоростном поезде до города, где человек работает (200-300 км) можно добраться менее чем за час.

Утром владелец приезжает на ж-д станцию. При этом, например, можно отвезти детей в школу, а жену в больницу. Потом он пересаживается на поезд, а автомобиль остаётся на стоянке для подзарядки. После полной зарядки автомо-биль начинает уже отдавать энергию, которую вырабаты-вают его солнечные батареи, в сеть. Вечером после работы человек забирает автомобиль со стоянки и едет домой.

Пробег без подзарядки: 20-30 км, в машине 1-4 человека + небольшой багаж

б) Наступили выходные и семья решила съездить отдохнуть. В зависимости от времени года это может быть выезд на горнолыжный курорт или на ближайшее озеро.

Ранним утром автомобиль, загруженный снаряжением и с четырьмя седоками выезжает из дома. Ему предстоит прое-хать около ста километров по грунтовке или асфальту.

Летом автомобиль становится центром развлечений – из динамиков играет музыка, в холодильнике лежат напитки и фрукты. Причём энергия аккумуляторов не используется, для таких затрат вполне хватает мощности солнечных бата-рей. Зимой в автомобиле можно переодеться, погреться и попить горячего чаю.

Пробег без поздзарядки: 180-200 км, в машине 4 чело-века + багаж

Ситуации:

15

ток у такого человека довольно высокий, ведь обустройство жизни за городом всё же дороже, чем покупка квартиры. У него уже есть семья, дети и более одного автомобиля.

16

Второй потребитель: Житель традиционной деревни, 30-60 лет. Человек покупает автомобиль, чтобы ездить каждый день. У него большое подсобное хозяйство – им он и зарабатывает себе на жизнь. Ведь с каждым годом спрос на экологически чистые продукты растёт.

а) Каждый год в городе проводится большая выставка-продажа экологически чистых продуктов. Чтобы увезти с собой всё за раз, автомобиль придётся дополнить прицепом. Тем более что вместе с мёдом и тыквами в город поедут дети – на экскурсию. Так что автомобиль заполнен под завязку, ему предстоит преодолеть 20-30 километров от деревни до основной трассы и ещё 150-200 километров по ней.

Заряда аккумуляторов хватит на дорогу до города, а там он зарядится за ночь.

Пробег без подзарядки: 200-210 км, в автомобиле 3-4 человека + багаж + прицеп

б) У человека, ведущего своё хозяйство, всегда найдутся дела, особенно осенью. С утра нужно съездить в поле, проконтролировать сбор урожая, потом проверить пастбище, которое находится ещё дальше, километрах в трех. После обеда нужно привезти сено, которое уже просушилось, домой на сеновал. А вечером можно поехать чуть подальше в лес, чтобы набрать грибов и ягод.

Цивилизация вполне уже добралась до деревни, и самые популярные дорожки даже в лесу вполне проходимы и для легковушки. Но всегда лучше иметь запас проходимости на всякий случай.

Пробег без подзарядки: 50-100 км, в автомобиле 1 чело-век + багаж (иногда)

Ситуации:

17

18

Потребители, корпоративные:Прокатный прогулочный автомобиль. Люди приезжают из города и едут кататься по лесу.

В заповеднике есть несколько интересных маршрутов с расставленными на них местами для пикников.

Семья, приехав из города берёт автомобиль на прокат на весь день. В автомобиле заняты все четыре места и багаж-ник – там еда для пикника, коврики, мяч и пара воздушных змеев. Можно поехать смотерть на диких животных, а можно просто остановиться в поле или на берегу реки и отдыхать. Хотя территория заповедника огромная, и за раз её не объе-дешь, и многие семьи, уставшие от городской суеты приез-жают сюда регулярно.

Пробег без подзарядки: 50-100 км, в автомобиле 4 чело-века + багаж

Автомобиль для смотрителя леса – закупаются центра-лизованно, используются для объезда наблюдаемой терри-тории.

Лес разделён на несколько участков, и за каждым закре-плён лесник, который следит за порядком. Участки довольно большие (до 1000 га), поэтому каждый день можно объехать только часть хозяйства. Но и это немало, около 300-400 км в день. При этом с собой нужно взять некоторые инструменты, запас еды на день, возможно собаку.

Для того, чтобы не остаться в лесу без движения в авто-мобиле должна быть предусмотрена возможность подключе-ния дополнительных аккомуляторов, которые можно разме-стить в багажнике.

Пробег без подзарядки: 300-400 километров, в автомо-биле 1 человек + багаж + дополнительные аккомуляторы

Ситуации:

19

20

21

Потребители, вывод

Исходя из представленных ситуаций можно сформулировать требования к эксплутационным характеристикам разраба-тываемого автомобиля.

Прежде всего можно скорректировать величину требу-емого запаса хода, полученную при обзоре конкурентов – ведь анализ ситуаций использования показал, что макси-мальный пробег до подзарядки составляет около 200 кило-метров (или 400 с дополнительным аккомулятором), то есть вполне разумно будет ограничить пробег в 300 кило-метров. Требования к вместительности остаются неизмен-ными – четыре человека и вместительный багажник, но для

Стоимость и объём производстваТак как представленные конкуренты не являются серий-ными автомобилями, вывод о конкурентоспособной цене и объёме выпуска можно сделать только по выпускаемым в данный момент автомобилям того же класса. Это такие авто-мобили, как Land Rover Freelander, Volvo XC60, SsanYong Actyron и Mitsubishi Outlander. Их цена колеблется в преде-лах от 700 000 q до 1 800 000 q, а объём выпуска – около 100 000 единиц в год.

этих пассажиров нужно обеспечить возможности подключе-ния дополнительных устройств, а так же мощную систему климат-контроля. Также автомобилю необходимо обладать повышенной проходимостью, для чего необходим полный привод и мощный двигатель – не менее 150 лошадиных сил и 400 Нм.

Вполне допустимо сузить диапазон цен снизу – инноваци-онный автомобиль вполне может быть немного дороже своих конкурентов. Также из-за нишевого характера проекта немного ниже будет и тепм выпуска.

Итак, предполагаемый объём производства моего проекта составляет 80 000 автомобилей в год при цене от 1 000 000 до 1 800 000 q.

22

Компоновочные решения

Благодаря меньшим габаритам двигателя и свободы при его размещении компоновка автомобиля разительно отличается от привычной. При той же вместимости автомобиль получа-ется значительно короче и ниже, что улучшает манёврен-ность и экономит энергию за счёт меньшего сопротивления воздуху, а также снижает вес автомобиля.

LiFePo4 аккумуляторы от A123 Systems

Два двигателя YASA-750 и дифференциал Quaife

Электромагнитная подвеска Bose

23

Стилевой ряд

24

Технологии и материалы

Кузов внедорожника должен быть достаточно прочным и жестким, чтобы обеспечивать безболезненное преодолде-ние препятствий и необходимую безопасность. Также важен малый вес силовой конструкции – чтобы обеспечить наилуч-шую динамику и экономичность, а также компенсировать большой вес аккомуляторных батарей. Необходима хорошая антикоррозийная стойкость, так как в основном автомобиль будет эксплуатироваться за пределами города.

Исходя из этих условий подходящим материалом будет алюминий и его специальные сплавы, предназначенные для автомобильной промышленности. Схема «несущий каркас плюс наружные панели» является наиболее распространен-ной конструкцией автомобильных кузовов из легких спла-вов. Алюминиевые каркасы обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными стальными:

— снижение массы на 35 и более процентов;— возможность повышения жесткости, что способствует

улучшению эксплуатационных характеристик и облег-чает уход за автомобилем;

— уменьшение затрат на инструменты и оснастку;— высокая степень рециклирования.

На несущую конструкцию при помощи болтовых соедине-ний навешиваются внешние панели, изготовленные литьем под давлением из АБС+ПММА пластика, который в послед-ствии перерабатывается.

При изготовлении кузова применяется соединение дета-лей с помощью клея, клепки и загибки фланцев, так как сварка алюминиевых сплавов может быть затруднена. Однако в местах, требующих повышенного качества и внеш-него вида соединений, таких как место соединения крыши и боковых деталей, применяется лазерная сварка.

Рассмотрим некоторые характеристики перечисленных методов соединения.

Клеевые соединенияТакие соединения применяются в автомобильной промыш-

ленности благодаря возможности соединять самые разноо-бразные, различные по свойствам материалы, соединение которых другими способами затруднено или невозможно.

— отсутствие в зоне соединения щелей и зазоров, а также выступающих частей крепежных деталей

— применение клеев вместо заклепок, болтов и других крепежных деталей снижает массу конструкции и упро-щает сборку

— клеи могут быть герметизирующим барьером, предотвра-щающим возникновение коррозии в местах соединений

Из всего многообразия выпускаемых клеев в автомобиль-ной промышленности широко применяются клеи на основе эпоксидных смол, реже применяют полиуретановые клеи.

Кузов

Различают эпоксидные клеи холодного и горячего отвер-дения. Эти клеи обладают хорошей адгезией к металлам и многим другим неметаллическим материалам, отличаются водо-, масло- и бензостойкостью. Клеи холодного отверде-ния используют как основу для композиций, применяемых при ремонтно-восстановительных работах. Эти композиции применяются для заделки трещин, пробоин, а также для восстановления изношенных рабочих поверхностей дета-лей. При производстве автомобилей используют клеи горя-чего отвердения. Отвердение клея проходит в сушильных камерах в процессе сушки лакокрасочного покрытия.

Полиуретановые клеи обладают хорошей адгезией к боль-шинству материалов и применяются для склеивания сталей, алюминиевых сплавов между собой и с неметаллическими материалами. Эти клеи отличаются вибростойкостью и ударопрочностью, они стойки к воздействию нефтепродук-тов и к резким перепадам температуры.

Сварка. Необходимым условием качественной сварки алюминие-

вых сплавов является тщательная подготовка поверхности свариваемых деталей. Эта подготовка заключается в удале-нии окисной пленки с поверхности химическим травлением или механической зачисткой.

Алюминиевые сплавы характеризуются очень высокой теплоэлекропроводностью, в связи с чем контактной сварке (точечной или роликовой) следует применить сварочные машины с мощным кратковременными импульсами тока. Роликовые машины применяют для получения непрерыв-ного герметичного шва. При точечной сварке сплошного шва нет, прочность сварного соединения зависит от шага и диаметра сварной точки. К недостаткам сварных соеди-нений следует отнести недостаточную коррозионную стой-

кость, низкие значения усталостной прочности и прочно-сти на отрыв сварных точечных соединений. Эти недостатки в значительной степени устраняются за счет применения клеесварной технологии. Применяются фенольные, эпок-сидные, полиуретановые клеи. Клеесварные соединения имеют более высокую усталостную прочность и коррози-онную стойкость, не подвержены расшатыванию, которое присуще клепанным соединениям. Расчет себестоимости показывает, что изготовление 1 кг клеесварных конструк-ций в 1,5-1,7 раза дешевле, чем клепанных, эти соедине-ния имеют меньшую массу по сравнению со всеми другими видами соединений. Клеесварные технологии имеют и другие преимущества:

— клеесварное соединение имеет более высокую прочность по сравнению с чисто сварным или чисто клеевым.

— число сварных точек может быть в значительной степени ограничено

— клей одновременно является герметиком, предохраняю-щим соединения от коррозии

— клей является хорошим вибро- и звукоизолятором

Клеесварная технология включает в себя такие операции, как тщательная подготовка поверхностей кузовных дета-лей (зачистка и обезжиривание), нанесение клея на скле-иваемые поверхности, точечная сварка при еще не затвер-девшем клее.

Часто точечную сварку применяют лишь для прихватыва-ния одной детали к другой, а клей после просушки обеспе-чивает достаточную прочность соединения.

25

26

Лазерная сварка Отличительной особенностью лазерной сварки алюмини-

евых сплавов является пороговый характер проплавления, который заключается в том, что расплавление металла начи-нается только при определенном уровне плотности мощно-сти (около 1 х 10мб Вт/см2).

Этот эффект объясняется сочетанием высокого коэф-фициента отражения, теплопроводности и теплоемкости алюминия. После начала процесса плавления коэффици-ент отражения резко снижается и происходит интенсив-ное прославление металла с образованием парогазового канала. Указанный порог плотности мощности зависит от длины волны излучения, параметров фокусировки, скоро-сти сварки, толщины и состояния поверхности пластин, а также состава материала. В качестве источников для лазер-ной сварки и резки обычно применяют лазерные установки двух типов: быстропоточные газовые СО2-лазеры и мощные твердотельные лазеры на основе NcI:YAG кристаллов.

Для сварки алюминия и его сплавов с точки зрения их поглощающей способности твердотельные лазеры с длиной волны 1,064 мкм более предпочтительны, чем газовые (10,6 мкм). В настоящее время в промышленности активно применяют новейший тип лазеров — волоконный. В этих лазерах рабочим телом служит оптоволокно, легирован-ное редкоземельными металлами, а накачка выполняется лазерными диодами. Луч к фокусирующей системе переда-ется по гибкому оптическому кабелю длиной от 10 до 200 м, что значительно расширяет технологические возможности. Высокие кпд (около 35 %) и качество излучения в сочета-нии с длиной волны 1,07 мкм волоконных лазеров позво-ляют говорить о целесообразности применения данного типа лазеров для сварки алюминиевых сплавов.

Технология изготовления деталей из пластикаЛисты АБС+ПММА состоят из двух слоев. Нижний слой -

акрилонитрилбутадиенстирольный каучук (АБС) является продуктом сополимеризации акрилонитрила, бутадиена и стирола, то есть модификацией ударопрочного полистирола

По своим эксплуатационным характеристикам АБС обла-дает повышенной стойкостью к атмосферному и хими-ческому воздействию благодаря введению в полимер-ную молекулу фрагментов акрилонитрила. В то же время, оптимальное сочетание акрилонитрильных и бутадиено-вых звеньев с фрагментами стирола обеспечивает АБС эластичность и необходимую ударопрочность, что делает его одним из самых востребованных пластиков для произ-водства сложных формованных изделий с высокой степе-нью вытяжки. Верхний слой - твердый полиметилметакри-лат (ПММА, оргстекло), нанесен на основной материал АБС методом соэкструзии.

Полиметилметакрилат (ПММА) – высококачественный аморфный термопластик (плотность = 1,13 – 1,19 г/см3). Исключительные оптические свойства (в видимой, УФ и ИК-областях спектра), высокая прочность и возможность различных модификаций обеспечивают широчайшее приме-нение данного материала.

Толщина слоя ПММА в зависимости от назначения пластика составляет 5-10 % от толщины слоя АБС. Соэкструзионное ПММА-покрытие делает поверхность материала более жест-кой и твердой, устойчивой к ультрафиолетовому излучению и агрессивным средам. Все эти свойства характерны для оргстекла. Кроме того, поверхностному слою легко прида-ется любой необходимый цвет и фактура поверхности без воздействия на основной слой АБС. Это важно, потому что именно АБС при вакуумформовании отвечает за ударопроч-ность конечного изделия и обеспечивает необходимые каче-

ства для проведения формования в оптимальном режиме. Области применения нового материала очень разнообразны благодаря многочисленным вариациям толщины и цветовой гаммы верхнего слоя ПММА.

Весь комплекс свойств двухслойного пластика - ударо-прочность АБС, теплостойкость, жесткость, твердость, глянец и широкая цветовая гамма ПММА, - выдвигает его на первое место среди других листовых материалов анало-гичного назначения.

В промышленности АБС-пластик получают методом сопо-лимеризации, которая представляет собой процесс обра-зования высокомолекулярных соединений при совместной полимеризации двух или более различных мономеров.

Методы получения АБС-пластика отличаются по циклу работы, съему продукции с единицы объема, условиям проведения процесса полимеризации. От конкретного метода производства зависят свойства получаемого пластика.

Различают два способа сополимеризации АБС-пластика: сополимеризацию в массе мономера и сополимеризацию в водных эмульсиях.

Процесс производства методом полимеризации в массе включает следующие основные стадии:

1) подготовка сырья и реагентов;2) полимеризация в каскаде реакторов;3) удаление несреагировавших мономеров и растворителя;4) первичное гранулирование и компаундирование;5) упаковка и складирование готовых продуктов;6) регенерация отожженных мономеров и растворителя;

Эмульсионная сополимеризацияВ данном случае метод получения трехзвенного полимера

(АБС-полимера) сводятся к следующему: Стирол и акрилонитрил добавляют в полибутадиеновую

эмульсию, перемешивают и нагревают до 50 С°. Затем добав-ляют растворимый в воде инициатор, например персульфат калия, и смесь полимеризуется.

Полученную в результате суспензию дегазируют, филь-труют, полимер высушивают и упаковывают.

Использование солнечных батарейКрыша превращена в полноценный источник питания

за счет интегрированных панелей солнечных батарей. Их энергии достаточно для независимого питания музыкально-развлекательной системы и климат-контроля, а при особенно ярком солнце – и для других целей. Даже на стоянке двига-тель можно спокойно отключить и, не опасаясь разрядки аккумулятора, поддерживать в салоне комфортную темпе-ратуру и продолжать слушать любимую музыку. При этом солнечные батареи сделаны из прозрачных органических материалов и пропускают часть света внутрь салона, снижая потребность в использовании ламп подсветки и, как след-ствие, энергопотребление.

27

28

ДвигательВ своём проекте я использую двигатель YASA-750 от компа-нии YASA Motors. Его преимуществами является высокая мощность при небольших размерах.

Для обеспечения требуемых эксплутационных характе-ристик я решил использовать два двигателя, таким образом общая мощность двух двигателей составляет 150 лошади-ных сил в шаттном режиме и до 270 при пиковых нагрузках. Крутящий момент в сумме составляет 1500 Нм.

Вес

Мощность

Пиковая мощность

Крутящий момент

Эффективность

Диапазон скорости

25 кг

75 л.с.

135 л.с.

>750 Нм

>94%

До 2500 об/мин

скорость (об/мин)

крут

ящий

мом

ент

(Нм

)

29

В своём проекте я использую литий-железо-сульфидные аккумуляторы производства A123 System. Это вторичный химический источник тока в котором анодом является литий-алюминиевый сплав, электролит — сплав хлорида-фторида и сульфида лития в матрице из оксида магния (твердый электролит), катод — сульфид железа.

Аккумулятор позволяет безопасно отдать огромные токи заряда и разряда, что позволяет заряжать аккумуляторы в очень короткие сроки. Применяются в устройствах, нужда-ющихся в крайне быстрой зарядке: шуруповёрты, аккуму-ляторные дрели и т. п.

Такие аккумуляторы имеют чуть меньшую удельную емкость, чем литий-полимерный аккумулятор, но зато намного более прочную оболочку (похожую на бытовые пальчиковые аккумуляторы и батарейки). Это преимуще-ство позволяет использовать LiFe в механически более грубых условиях.

Аккумуляторы

Размеры (мм)

Вес

Ёмкость (минимум)

Напряжение

Удельная мощность

Плотность энергии

Температура работы

Температура хранения

7,25/160/227

496 гр

19,6 Ач

3,3 В

2400 Вт/кг

247 Втч/Л

от -30 до +55 С°

от -40 до +60 С°

Для удобства акку-муляторы объединяют в блоки по 30 или 60 штук. Каждый блок индивидуально охлаж-нается и амортизиру-ется. По рассчётам для обеспечения задан-ного пробега (300 км) автомобилю требуется восемь блоков по 30 элементов в каждом.

Достоинства.

— Безопасный прочный корпус, в отличие от оболочек Li-Po аккумуляторов;

— Сверхбыстрый заряд (при токе 7C полный заряд за 15 мин);

— Очень большой ток отдачи 60C в рабочем режиме и 132C в кратковременном (до 10-ти секунд);

— Малый саморазряд (3 % за 3 года);— Работают на холоде (до −30 гр. С) без потери рабочих

свойств;— Наработка на отказ 1000 циклов (втрое больше, чем у

никелевых аккумуляторов).

блок из 30 элементов

30

Для своего проекта я выбрал инновационную схему подве-ски, разработанную компанией Bose. В основе этой схемы – линейный электродвигатель. Ведь электромоторы делают не только на вращательное движение, но и на поступатель-ное – для обрабатывающих станков с ЧПУ, для перспектив-ных поездов на электромагнитной „подушке”.

Мощный линейный электромотор удачно вписывается на место телескопи-ческого амортизатора и заменяет собой и его, и пружину, и поперечный стаби-лизатор. Под контролем процессора на электродвигатель подается напряже-ние, и на его штоке возникает вытал-кивающее усилие. Скажем, 375 кг; на 4-х штоках – 1500 кг; то есть, вес легковушки гольф-класса с нормальной нагрузкой. Понятно, что электромагнит-ная подвеска поддерживают заданную высоту шасси независимо от нагрузки.

Кроме того, быстродействующие линейные электромоторы берут на себя и динамическую компенсацию: огра-ничивают боковой крен автомобиля и поперечные стабилизаторы отпадают – за ненадобностью, а также устраняют продольные «клевки» при разгоне и торможении. Они способны срабатывать более 100 раз в секунду, а процессор контролирует каждый из четырёх блоков индивидуально. Достигается фантасти-ческая плавность хода на покрытиях самого разного каче-ства – при великолепном держании дороги и управляемости

автомобиля. Тут на передний план выступает программное обеспечение: степеней свободы множество, возможности необозримы, но чтобы воспользоваться ими, нужно настра-ивать управляющую электронику.

Например, игра угловой жесткостью передней и задней подвески – по раздельности. Скажем, при входе в вираж система программируется так, что машина опирается по преимуществу на внешнее заднее колесо – и приобре-

тает легкую избыточную поворачиваемость. Охотно заруливаем в поворот, и упор мягко переносится на внешнее переднее колесо. Выходим из виража с чуть-чуть недостаточ-ной поворачиваемостью.

Особенно ценно, что линейные электромо-торы не только берут на себя функции упру-гих элементов подвески, но и гасят, демп-фируют колебания. То есть, работают как амортизаторы – только электрические. При ходе колеса на неровностях линейный элек-тромотор действует уже не как электродви-гатель, а в роли линейного альтернатора: поглощает кинетическую энергию, преоб-разует ее в электрическую – и закачивает бортовую сеть.Это совсем иной принцип гашения колебаний: вместо рассеивания их энергии в атмосфере через сильно греющи-еся гидроамортизаторы – рекуперирование ее и запасание в аккумуляторах.

Преимущества перед другими схемами подвески заключается в том,что подвеска Bose по-своему решает болезненный вопрос

Подвеска

устройство электромагнитного

амортизатора

внешний вид

об отборе мощности. Обыч-ная гидравлическая подве-ска работает под высо-ким давлением (около 150 бар), которое поддержива-ется гидронасосом, отбира-ющим от двигателя немалую мощность. Заметный пере-расход горючего – в конеч-ном счете на обогрев атмосферы. Линейные электромо-торы требуют примерно такой же электрической мощности, баланс примерно такой: в высокоактивном режиме новая подвеска расходует в общей сложности 20-25 кВт мощно-сти. Немало, но она и возвращает в сеть 16-20 кВт.

Правда, линейные электромоторы расходуют электри-чество даже и тогда, когда машина неподвижна. Просто потому, что нужно держать ее вес Но это легко решается применением в схеме торсионов – специально для удержа-ния автомобиля в статичном состоянии.

По словам профессиональных водителей, электромагнит-ная подвеска дает уверенность в полном контроле над авто-мобилем. А когда автомобиль катится по неровной дороге, активное подавление резких толчков и вибраций заметно повышает плавность хода.

Поражает, насколько органично подвеска Bose вписы-вается в образ перспективного автомобиля с его мощной бортовой электросетью – на тяговых аккумуляторах или водородных топливных элементах. Ему принадлежит обозримое будущее, – и компания Bose безошибочно попа-дает в ведущие тенденции.

31

схема работы подвески