Page 1

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

Составил: Степанов Артём, группа 9-АДз-13


Содержание: . . . . . . . . .

1

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

1

Тема и цель проектирования История бренда

Анализ конкурентов

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

9

Анализ потребителей

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

14

. . . . . .

21

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

22

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

23

Стоимость и объём производства Компоновочные решения Стилевой ряд

Технологии и материалы

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

24


Тема проектирования

Цель проектирования

Разработать компоновочное решение и экстерьер внедорожника на электрической тяге с использованием стилевых решений автомобилей марки Volvo

Разработать автомобиль в соотвествии с требованиями 2030-го года. Компоновка автомобиля должна быть спроектирована с учётом последних тенденций в развитии техники. При разработке дизайна нужно проанализировать историю и развитие дизайна бренда Volvo и предложить свой вариант развития стиля.

Анализ развития дизайна и история бренда Volvo В начале прошлого века в Швеции число автомобилестроительных 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 Густафом 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

1

автомобиль, выпущенный в Швеции. Он развивал до 90 км/ч, а заявленная крейсерская скорость была 60 км/ч. Основополагающим 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 представлен 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 продемонстрировал ориентацию Volvo на семейные машины. В 1954 году Volvo вводит беспрецедентную гарантию на автомобили своего производства. В 1955 году начат экспорт в США.


Ещё одним преимуществом компании с самых первых дней её основания является дизайн. Послевоенный мир столкнулся с общими для разных стран проблемами. Во-первых, с конверсией, переводом предприятий военных отраслей на мирные рельсы. Во-вторых, с демократизацией, сопровождавстул Алвара Аалто шейся выпуском массовых, социально необходимых дешевых товаров. В-третьих, с глобализацией производства, средств коммуникации, транспорта. Каждая национальная модель дизайна по-своему решала эти проблемы. Среди всех автомобильных компаний, Volvo, пожалуй, наиболее последовательно придерживаются функционализма в дизайне своих автомобилей.

Volvo Jakob OV4 (1927)

Функционализм — общая стратегия мирового дизайна 1950— 1970-х гг., давшая название характерному образному строю промышленных изделий — от бытовых предметов до технических устройств и аппаратуры. Функциональный бутылки Тима Сарпанева дизайн подразумевал минимум декора, действительные, а не мнимые полезные свойства вещей, в которых максимально учитывается эргономика и психологический комфорт, а также используются рациональные технологические процессы. Функционализм — наследник модернизма в искусстве и дизайне 1920-х гг. Благодаря своей нейтральности он стал интернациональным дизайн-стилем.

Volvo PV60 (1946)

2


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

Volvo PV444 (1947)

3

мире компанией, начавшей устанавливать в своих серийных автомобилях трехточечный ремень безопасности. По сей день автомобиль этой марки славятся как самые безопасные 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 функционально – улучшить обзор назад), впервые появившаяся на модели P1800 в 1961 году и повторенная на C30 в 2006. На автомобиле Volvo 850 с кузовом универсал впервые 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 –

Volvo PV445 (1953)

Volvo P1900 (1956)


Volvo P121 (1956)

Volvo 144 (1966)

Volvo P1800 (1960)

4


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 багажника 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 „Автомобилем 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 появляются более массовые, „демократичные” модели 740. В 1985 году выпущена Volvo 480 ES — спортивное купе, первая

Volvo 240 (1974)

5

переднеприводная модель Volvo. В 1988 году появился Volvo 440, чуть позже — седан Volvo 460. 1990 год - появляется Volvo 960, имеющий алюминиевый шестицилиндровый двигатель (более 240 л.с.) Модель начинает на рынке жесткую 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 выходит на рынок самый безопасный автомобиль компании — Volvo 850, мир увидел, как должна выглядеть действительно надежная защита при боковом ударе. В 1994 году появляется 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 выпускается 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 740 (1982)


Volvo 940 (1991)

Volvo S40 (2004)

Volvo s60 (2001)

Volvo C30 (2006)

Volvo s80 (1998)

Volvo C70 (2009)

6


В 1999 автоконцерн Volvo продает компании Ford легковое подразделение Volvo Personvagnar. В 2000 году свет увидели Volvo V70 следующего поколения — абсолютно новый автомобиль, и Volvo Cross Country. В 2000 году особой популярностью 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 главенствующая роль в разработке и конструировании современных систем безопасности. За время существования компании миру было показано не так уж много концепт-каров Volvo и подавляющее большинство 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-

Volvo XC60 (2008)

7

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 функционализма. Однако последние концепты, сделаные под руководством вернувшегося в 2009 в компанию Хорбери, снова позволяют говорить о Volvo как о производителе автомобилей 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 интеллектуальные права сохраняет Volvo, но Zhejiang Geely получает 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 Safety Concept Car (2001)

Volvo Concept Universe (2011)

Volvo 3CC (2004)

Volvo Gravity Car (2005)

Volvo Concept You (2011)

8


Анализ рынка 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.

концептуальность

На данный момент ниша экологически чистых кроссоверов пустует. На рынке присутствуют либо автомобили с ДВС, либо так называемые лёгкие гибриды (когда электродвигатель 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.

экологичность

9


Сравнительная таблица конкурентов*

Название модели

Mitsubisi PX-MiEV

SsangYong Kev2

Peugeot HR1

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

4510/1830/1655/ 2630

4410/1860/1690/2650

3760/1755/1492/2311

5

5

3

Гибридная, ДВС (116 л.с., 125 Нм) вращает передние колёса, электродвигатели (по 41/60 л.с. и 100 Нм каждый) – задние

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

Гибридная, ДВС (110 л.с., 195 Нм) работате в паре с электродвигателем (27/37 л.с., 200 Нм)

800

180

1200

Количество дверей Тип трансмиссии, характеристики двигателя** Запас хода, км

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

10


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 отказались от традиционных для внедорожников элементов «сурового» стайлинга. И отдельное спасибо дизайнерам Mitsubishi за то, что прекратили мучить тему «реактивного истребителя», использованную сперва в оформлении передка Lancer X, а после нелепо перенесенную на Colt и Outlander.

11

Но больше всего в Mitsubishi гордятся начинкой концепта: бензиновый двигатель объемом 1.6 литра вращает передние колеса, а также работает в качестве генератора. При движении по мокрой или заснеженной трасс, а также при резких маневрах и ускорениях автоматика подключает электродвигатель, 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 подвеску, управляемую электроникой. ++ ——

Нестандартный дизайн, высокая экологичность Автомобиль недостаточно концептуален


SsanYong Kev2 На автошоу в Сеуле 2011-го года дебютировал электрический концепт SsangYong KEV2, построенный на базе кроссовера Actyon нового поколения. Аналогичную модель KIA надеется запустить в серийное производство в 2013 году. От серийного автомомбиля концепту полностью досталась 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 воображение 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 серии Безликий дизайн, основанный на серийной модели

12


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. Компоновка гибридного автомобиля позволяет уменьшить капот, увеличив тем самым место для пассажиров внутри базы. При этом автомобиль получается высоким, так как из соображений снижения центра тяжести аккомуляторы располагаются под полом. Помимо экспериментов с пропорциями дизайнеры продемонстрировали на примере этого автомобиля новую дизайн-философию бренда. Огорчают разве что

13

не совсем логичные отверстия в переднем и заднем бамперах, хотя для концепта такое намеренное усложнение деталей вполне приемлемо. То же можно сказать и о единственной двери – наверняка на серийной модели для облегчения посадки сделают традиционные дверные проёмы. Под капотом Peugeot расположен 1,2-литровый трехцилиндровый моторчик, обладающий немалой мощностью в 110 лошадиных сил. Он спарен с 37-сильным электродвигателем, так что суммарная их мощность равна 147 л.с. ++ ——

Концептуальный дизайн, большой запас хода Неудобство посадки


Конкуренты, вывод Все представленные конкуренты очень разные по своей идеологии, и это хорошо, потребитель сможет выбрать автомобиль, который подходит именно ему. Однако их объединяют 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 электрическая трансмиссия позволяют совершенно иначе взглянуть

на автомобиль. Таким образом можно спроектировать экстерьер, 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 характеристикам, то есть: вмещать 4 человек, иметь вместительный багажник, экологически чистый двигатель и запас хода более 700 километров. При этом он должен выделяться за счёт более современной и концептуальной внешности.

Общий анализ потребителей Потенциальных потребителей моего атвомобиля можно разделить на две группы: частные и корпоративные. Частные потребители – это люди со средним достатком, которым периодически или потсоянно приходится передвигаться по пересечённой местности. Эти люди заботятся об экологии и поэтому им нужен автомобиль, который бережно относится к природе.

Корпоративные потребители – это могут быть прокатные или госуларственные организации, для которых экологичность и безопастность автомобиля являются вопросом имиджа.

14


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

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.

Ситуации: а) Частный дом расположен в лесу, среди десятка подобных 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 (200300 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 автомобиль начинает уже отдавать энергию, которую вырабатывают 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

15

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 проехать 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 батарей. Зимой в автомобиле можно переодеться, погреться и попить горячего чаю. Пробег без поздзарядки: 180-200 км, в машине 4 человека + багаж


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.

Ситуации: а) Каждый год в городе проводится большая выставкапродажа 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

17

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 человек + багаж (иногда)


18


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

Автомобиль для смотрителя леса – закупаются централизованно, используются для объезда наблюдаемой территории.

Ситуации: 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 багажник – 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 объедешь, и многие семьи, уставшие от городской суеты приезжают сюда регулярно.

Лес разделён на несколько участков, и за каждым закреплён 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 автомобиле должна быть предусмотрена возможность подключения дополнительных аккомуляторов, которые можно разместить в багажнике.

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

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

19


20


Потребители, вывод Исходя из представленных ситуаций можно сформулировать требования к эксплутационным характеристикам разрабатываемого автомобиля. Прежде всего можно скорректировать величину требуемого запаса хода, полученную при обзоре конкурентов – ведь анализ ситуаций использования показал, что максимальный пробег до подзарядки составляет около 200 километров (или 400 с дополнительным аккомулятором), то есть вполне разумно будет ограничить пробег в 300 километров. Требования к вместительности остаются неизменными – четыре человека и вместительный багажник, но для

этих пассажиров нужно обеспечить возможности подключения 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.

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

21

Вполне допустимо сузить диапазон цен снизу – инновационный 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.


Компоновочные решения

LiFePo4 аккумуляторы от A123 Systems Два двигателя YASA-750 и дифференциал Quaife Электромагнитная подвеска Bose Благодаря меньшим габаритам двигателя и свободы при его размещении компоновка автомобиля разительно отличается от привычной. При той же вместимости автомобиль получается значительно короче и ниже, что улучшает манёвренность и экономит энергию за счёт меньшего сопротивления воздуху, а также снижает вес автомобиля.

22


Стилевой ряд

23


Технологии и материалы Кузов Кузов внедорожника должен быть достаточно прочным и жестким, чтобы обеспечивать безболезненное преодолдение препятствий и необходимую безопасность. Также важен малый вес силовой конструкции – чтобы обеспечить наилучшую 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 распространенной конструкцией автомобильных кузовов из легких сплавов. Алюминиевые каркасы обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными стальными:

При изготовлении кузова применяется соединение деталей с помощью клея, клепки и загибки фланцев, так как сварка алюминиевых сплавов может быть затруднена. Однако в местах, требующих повышенного качества и внешнего вида соединений, таких как место соединения крыши и боковых деталей, применяется лазерная сварка. Рассмотрим некоторые характеристики перечисленных методов соединения. Клеевые соединения Такие соединения применяются в автомобильной промышленности благодаря возможности соединять самые разнообразные, различные по свойствам материалы, соединение которых другими способами затруднено или невозможно.

— снижение массы на 35 и более процентов; — возможность повышения жесткости, что способствует улучшению эксплуатационных характеристик и облегчает уход за автомобилем; — уменьшение затрат на инструменты и оснастку; — высокая степень рециклирования.

— 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 упрощает сборку — клеи могут быть герметизирующим барьером, предотвращающим возникновение коррозии в местах соединений

На несущую конструкцию при помощи болтовых соединений навешиваются внешние панели, изготовленные литьем под давлением из АБС+ПММА пластика, который в последствии перерабатывается.

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

24


Различают эпоксидные клеи холодного и горячего отвердения. Эти клеи обладают хорошей адгезией к металлам и многим другим неметаллическим материалам, отличаются водо-, масло- и бензостойкостью. Клеи холодного отвердения используют как основу для композиций, применяемых при ремонтно-восстановительных работах. Эти композиции применяются для заделки трещин, пробоин, а также для восстановления изношенных рабочих поверхностей деталей. При производстве автомобилей используют клеи горячего отвердения. Отвердение клея проходит в сушильных камерах в процессе сушки лакокрасочного покрытия. Полиуретановые клеи обладают хорошей адгезией к большинству материалов и применяются для склеивания сталей, алюминиевых сплавов между собой и с неметаллическими материалами. Эти клеи отличаются вибростойкостью и ударопрочностью, они стойки к воздействию нефтепродуктов и к резким перепадам температуры. Сварка. Необходимым условием качественной сварки алюминиевых сплавов является тщательная подготовка поверхности свариваемых деталей. Эта подготовка заключается в удалении 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 непрерывного герметичного шва. При точечной сварке сплошного шва нет, прочность сварного соединения зависит от шага и диаметра сварной точки. К недостаткам сварных соединений следует отнести недостаточную коррозионную стой-

25

кость, низкие значения усталостной прочности и прочности на отрыв сварных точечных соединений. Эти недостатки в значительной степени устраняются за счет применения клеесварной технологии. Применяются фенольные, эпоксидные, полиуретановые клеи. Клеесварные соединения имеют более высокую усталостную прочность и коррозионную стойкость, не подвержены расшатыванию, которое присуще клепанным соединениям. Расчет себестоимости показывает, что изготовление 1 кг клеесварных конструкций в 1,5-1,7 раза дешевле, чем клепанных, эти соединения 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, предохраняющим соединения от коррозии — клей является хорошим вибро- и звукоизолятором Клеесварная технология включает в себя такие операции, как тщательная подготовка поверхностей кузовных деталей (зачистка и обезжиривание), нанесение клея на склеиваемые поверхности, точечная сварка при еще не затвердевшем клее. Часто точечную сварку применяют лишь для прихватывания одной детали к другой, а клей после просушки обеспечивает достаточную прочность соединения.


Лазерная сварка Отличительной особенностью лазерной сварки алюминиевых сплавов является пороговый характер проплавления, который заключается в том, что расплавление металла начинается только при определенном уровне плотности мощности (около 1 х 10мб Вт/см2). Этот эффект объясняется сочетанием высокого коэффициента отражения, теплопроводности и теплоемкости алюминия. После начала процесса плавления коэффициент отражения резко снижается и происходит интенсивное прославление металла с образованием парогазового канала. Указанный порог плотности мощности зависит от длины волны излучения, параметров фокусировки, скорости сварки, толщины и состояния поверхности пластин, а также состава материала. В качестве источников для лазерной 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, легированное редкоземельными металлами, а накачка выполняется лазерными диодами. Луч к фокусирующей системе передается по гибкому оптическому кабелю длиной от 10 до 200 м, что значительно расширяет технологические возможности. Высокие кпд (около 35 %) и качество излучения в сочетании с длиной волны 1,07 мкм волоконных лазеров позволяют говорить о целесообразности применения данного типа лазеров для сварки алюминиевых сплавов.

Технология изготовления деталей из пластика Листы 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 обладает повышенной стойкостью к атмосферному и химическому воздействию благодаря введению в полимерную молекулу фрагментов акрилонитрила. В то же время, оптимальное сочетание акрилонитрильных и бутадиеновых звеньев с фрагментами стирола обеспечивает АБС эластичность и необходимую ударопрочность, что делает его одним из самых востребованных пластиков для производства сложных формованных изделий с высокой степенью вытяжки. Верхний слой - твердый полиметилметакрилат (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 применение данного материала. Толщина слоя ПММА в зависимости от назначения пластика составляет 5-10 % от толщины слоя АБС. Соэкструзионное ПММА-покрытие делает поверхность материала более жесткой и твердой, устойчивой к ультрафиолетовому излучению и агрессивным средам. Все эти свойства характерны для оргстекла. Кроме того, поверхностному слою легко придается любой необходимый цвет и фактура поверхности без воздействия на основной слой АБС. Это важно, потому что именно АБС при вакуумформовании отвечает за ударопрочность конечного изделия и обеспечивает необходимые каче-

26


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 - ударопрочность АБС, теплостойкость, жесткость, твердость, глянец и широкая цветовая гамма ПММА, - выдвигает его на первое место среди других листовых материалов аналогичного назначения. В промышленности АБС-пластик получают методом сополимеризации, которая представляет собой процесс образования 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;

27

Эмульсионная сополимеризация В 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 добавляют растворимый в воде инициатор, например персульфат калия, и смесь полимеризуется. Полученную в результате суспензию дегазируют, фильтруют, полимер высушивают и упаковывают. Использование солнечных батарей Крыша превращена в полноценный источник питания за счет интегрированных панелей солнечных батарей. Их энергии достаточно для независимого питания музыкальноразвлекательной системы и климат-контроля, а при особенно ярком солнце – и для других целей. Даже на стоянке двигатель можно спокойно отключить и, не опасаясь разрядки аккумулятора, поддерживать в салоне комфортную температуру 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 следствие, энергопотребление.


Двигатель В своём проекте я использую двигатель YASA-750 от компании YASA Motors. Его преимуществами является высокая мощность при небольших размерах. Для обеспечения требуемых эксплутационных характеристик я решил использовать два двигателя, таким образом общая мощность двух двигателей составляет 150 лошадиных сил в шаттном режиме и до 270 при пиковых нагрузках. Крутящий момент в сумме составляет 1500 Нм.

Вес

25 кг

Мощность

75 л.с.

Пиковая мощность

135 л.с.

Крутящий момент

>750 Нм

Эффективность

До 2500 об/мин

крутящий момент (Нм)

Диапазон скорости

>94%

скорость (об/мин)

28


Аккумуляторы В своём проекте я использую литий-железо-сульфидные аккумуляторы производства A123 System. Это вторичный химический источник тока в котором анодом является литийалюминиевый 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, нуждающихся в крайне быстрой зарядке: шуруповёрты, аккумуляторные 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 преимущество позволяет использовать LiFe в механически более грубых условиях. Размеры (мм) Вес

496 гр

Ёмкость (минимум)

19,6 Ач

Напряжение

29

7,25/160/227

3,3 В

Удельная мощность

2400 Вт/кг

Плотность энергии

247 Втч/Л

Температура работы

от -30 до +55 С°

Температура хранения

от -40 до +60 С°

Для удобства аккумуляторы объединяют в блоки по 30 или 60 штук. Каждый блок индивидуально охлажнается и амортизируется. По рассчётам для обеспечения заданного пробега (300 км) автомобилю требуется восемь блоков по 30 элементов в каждом. блок из 30 элементов 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).


Подвеска Для своего проекта я выбрал инновационную схему подвески, разработанную компанией Bose. В основе этой схемы – линейный электродвигатель. Ведь электромоторы делают не только на вращательное движение, но и на поступательное – для обрабатывающих станков с ЧПУ, для перспективных поездов на электромагнитной „подушке”. Мощный линейный электромотор удачно вписывается на место телескопического амортизатора и заменяет собой и его, и пружину, и поперечный стабилизатор. Под контролем процессора на электродвигатель подается напряжение, и на его штоке возникает выталкивающее усилие. Скажем, 375 кг; на 4-х штоках – 1500 кг; то есть, вес легковушки гольф-класса с нормальной нагрузкой. Понятно, что электромагнитная подвеска поддерживают заданную высоту шасси независимо от нагрузки. Кроме того, быстродействующие линейные электромоторы берут на себя устройство и динамическую компенсацию: огра- электромагнитного ничивают боковой крен автомобиля и амортизатора 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 фантастическая плавность хода на покрытиях самого разного качества – при великолепном держании дороги и управляемости

автомобиля. Тут на передний план выступает программное обеспечение: степеней свободы множество, возможности необозримы, но чтобы воспользоваться ими, нужно настраивать 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 приобретает легкую избыточную поворачиваемость. Охотно заруливаем в поворот, и упор мягко переносится на внешнее переднее колесо. Выходим из виража с чуть-чуть недостаточной поворачиваемостью. Особенно ценно, что линейные электромоторы не только берут на себя функции упругих элементов подвески, но и гасят, демпфируют колебания. То есть, работают как амортизаторы – только электрические. При ходе колеса на неровностях линейный электромотор действует уже не как электродвигатель, а в роли линейного альтернатора: поглощает кинетическую энергию, преобразует ее в электрическую – и закачивает бортовую сеть.Это совсем иной принцип гашения колебаний: вместо рассеивания их энергии в атмосфере через сильно греющиеся гидроамортизаторы – рекуперирование ее и запасание в аккумуляторах. Преимущества перед другими схемами подвески заключается в том,что подвеска Bose по-своему решает болезненный вопрос внешний вид

30


об отборе мощности. Обычная гидравлическая подвеска работает под высоким давлением (около 150 бар), которое поддерживается гидронасосом, отбирающим от двигателя немалую мощность. Заметный пересхема работы подвески расход горючего – в конечном счете на обогрев атмосферы. Линейные электромоторы требуют примерно такой же электрической мощности, баланс примерно такой: в высокоактивном режиме новая подвеска расходует в общей сложности 20-25 кВт мощности. Немало, но она и возвращает в сеть 16-20 кВт. Правда, линейные электромоторы расходуют электричество даже и тогда, когда машина неподвижна. Просто потому, что нужно держать ее вес Но это легко решается применением в схеме торсионов – специально для удержания автомобиля в статичном состоянии. По словам профессиональных водителей, электромагнитная подвеска дает уверенность в полном контроле над автомобилем. А когда автомобиль катится по неровной дороге, активное подавление резких толчков и вибраций заметно повышает плавность хода. Поражает, насколько органично подвеска Bose вписывается в образ перспективного автомобиля с его мощной бортовой электросетью – на тяговых аккумуляторах или водородных топливных элементах. Ему принадлежит обозримое будущее, – и компания Bose безошибочно попадает в ведущие тенденции.

31

technical description  

technical description for 9th semester project

Advertisement