VW L1

24-06-2010

380 kilogramów masy: jest to możliwe dzięki inteligentnej, lekkiej konstrukcji nadwozia

Niebieska brama powoli się podnosi, odkrywając srebrny przód samochodu. Bezszelestnie wyjeżdża z niej pojazd w kształcie zeppelina, skręca i znika z pola widzenia. Boks toru wyścigowego Motorsport Arena w Oschersleben opuścił właśnie zwiastun przyszłości. To jeden z najbardziej oszczędnych i emitujących najmniej szkodliwych substancji samochodów na świecie – Volkswagen L1. Spala jedynie 1,38 litra oleju napędowego na 100 kilometrów i emituje przy tym tylko 38 gramów CO2 na kilometr. Jesienią ubiegłego roku L1 zrobił prawdziwą furorę na Międzynarodowej Wystawie Samochodów we Frankfurcie. „Wszystkich ekscytuje wizja tak niskiego zużycia paliwa” – komentował Holger Bock, szef zespołu konstruktorów L1, podczas gdy kierowcy testowi wyprowadzali samochód na tor.
Pojazd o jednolitrowym zużyciu paliwa – jak brzmi oficjalny tytuł projektu – wydawał się absolutnie surrealistyczny. A jednak powstał! Aerodynamiczny, opływowy kształt, nowa koncepcja ułożonych jak w tandemie siedzeń pasażerów, mała wysokość, bo zaledwie 114 centymetrów… Pod niemal każdym względem L1 otwiera nową erę produkcji samochodów. „Kwestionujemy to, co zwykłe i typowe” – mówią konstruktorzy. Dowodem na to jest między innymi zakryte tylne koło, co okazało się konieczne by poprawić aerodynamikę. „Dlaczego ono zawsze musi być odkryte? Dlatego, że do tej pory tak było?” – pytają. Właśnie uwolnienie od tradycyjnych koncepcji przyspieszyło postęp w konstrukcji L1.
Samochód „1-litrowy”? To dla Volkswagena temat wcale nie nowy. Już w kwietniu 2002 roku Ferdinand Piech zaprezentował z sukcesem podobny pojazd i wyruszył modelem studyjnym na walne zgromadzenie akcjonariuszy Volkswagena do Hamburga. Wtedy produkcja seryjna była jeszcze nierealna, tzn. zbyt śmiała koncepcja nie pozwalała na produkcję samochodu w rozsądnej cenie. Impulsem do dalszego rozwoju tego modelu stała się latem 2007 roku rozmowa telefoniczna dr. Ulricha Hackenberga, szefa ds. rozwoju i Członka Zarządu Volkswagena, z Holerem Bockem w fabryce Volkswagena w Puebli w Meksyku. Pytanie, jakie zadał dr Hackenberg, zmieniło jego życie na następne lata. Volkswagen zamierzał stworzyć samochód zużywający maksymalnie 1 litr paliwa, a Bockowi zaproponowano kierownictwo projektu.
Na bazie dotychczasowych pojazdów „jednolitrowych” miał powstać samochód odpowiadający dzisiejszym standardom jazdy i bezpieczeństwa, wyprodukowany w niewielkim nakładzie egzemplarzy. „Nadrzędnym celem było osiągnięcie jak najmniejszego zużycia paliwa z zachowaniem optymalnej aerodynamiki, niewielkiej masy i przyjaznej dla klienta ceny”. Inżynier Bock, odpowiedzialny w tym czasie za kompleksową koncepcję rozwoju pojazdów w Meksyku, przyjął złożoną przez Volkswagen propozycję. Wiosną 2008 roku dano sygnał do startu, a wkrótce po nim dziesięciu inżynierów przystąpiło w Wolfsburgu do pracy, wśród nich szef ds. technicznych Peter Zimmermann i stylista Max Missoni. „Utworzyliśmy zespół złożony z pracowników działu rozwoju technicznego i badań, a więc połączyliśmy i udoskonaliliśmy własny know-how” – wyjaśnia Bock. „Niektórzy koledzy uczestniczyli już w pierwszym projekcie pojazdu hybrydowego, m.in. Thomas Gansicke, który był głównym odpowiedzialnym za projekt. Inni od lat biorą udział w pracach rozwojowych nad równie innowacyjnymi koncepcjami. „Do udziału w naszym projekcie pozyskaliśmy m.in. inżyniera doskonale znającego koncepcję silnika Lupo, którzy zużywa 3 litry paliwa na 100 km. W międzyczasie udało się też zdobyć więcej doświadczeń co do wykorzystania w produkcji samochodów materiałów lekkich, np. karbonu”.
Wprowadzenie samochodu „1-litrowego” do produkcji seryjnej wymagało wielu przemyśleń i zasadniczych zmian, mimo że istniał już przecież pierwowzór. „W poprzedniej koncepcji auto posiadało nadwozie aluminiowe w technologii space frame, my postawiliśmy na karbon, zapożyczając ten pomysł ze sportu wyścigowego. Także koncepcja silnika była całkiem odmienna. Podczas gdy protoplasta to tylko w części pojazd hybrydowy, którego silnik elektryczny rozwija moc 1 kW, L1 jest w pełni hybrydowym samochodem z jednostką elektryczną o mocy 10 kW”.

Model studyjny L1 Volkswagena kryje w sobie technikę przyszłości.

Aby zrealizować koncepcję możliwie najniższego zużycia paliwa, należało spełnić dwa warunki: pojazd musiał być ultralekki i cechować się optymalną aerodynamiką. Pomysł ustawienia siedzeń jedno za drugim zaczerpnięto z pierwowzoru. Tylko w ten sposób samochód mógł być naprawdę wąski i cechować się niskim współczynnikiem oporu powietrza.
Wyzwania postawione inżynierom dotyczyły niemal każdego detalu. Siedzenia zostały wkomponowane w kadłub, tzw. monocoque. Fotel kierowcy waży zaledwie 8 kg, jest zatem o wiele lżejszy niż porównywalne siedzenie seryjnego Golfa (22 kg). Dźwignia 7-biegowej przekładni DSG ma postać pokrętła zintegrowanego z deską rozdzielczą, co pozwoliło zaoszczędzić kolejne jednostki masy. W kokpicie liczne funkcje obsługuje się w technologii dotykowej. „Musieliśmy skierować nasze myślenie na zupełnie nowe tory” – mówi Steven Volckaert, członek zespołu L1. „Gdyby było ono obciążone katalogiem gotowych rozwiązań Volkswagena, L1 nie miałby szansy powstać”.
Żmudna praca koncepcyjno-konstrukcyjna miała jednak nie tylko głęboki sens, lecz była z dzisiejszego punktu widzenia wręcz konieczna. Doświadczenia z karbonem oraz inne innowacyjne technologie redukujące masę i poprawiające aerodynamikę mogą w przyszłości zostać z powodzeniem wykorzystane w seryjnej produkcji modeli Volkswagena. Konstruktorów czeka teraz faza testowa L1 i wprowadzenie wynikłych z niej modyfikacji.
Volkswagen L1jest obecnie jednym z najbardziej nowoczesnych pod względem technicznym samochodów naszych czasów. W niemal wszystkich obszarach jego konstrukcji i funkcji zastosowano nowe rozwiązania.

Aerodynamika

Aby maksymalnie zmniejszyć opór powietrza, nadano L1 zoptymalizowany aerodynamicznie kształt, który przypomina kroplę. Przód jest zaokrąglony, a powierzchnia gładka. Lusterka zewnętrzne zastąpiono niewielkimi kamerami. Aerodynamikę udało się udoskonalić dzięki osłonięciu tylnych kół oraz nisko osadzonemu przedniemu i tylnemu spoilerowi. Podłoga samochodu jest zupełnie gładka. Umieszczony z tyłu dyfuzor redukuje siłę nośną L1 i zmniejsza opór aerodynamiczny. Na jego obniżenie korzystnie wpływają także wąskie opony.

Konstrukcja nadwozia

Kadłub monocoque, nadwozie i rama siedzeń są wykonane z materiału wykorzystywanego w sporcie wyścigowym, lotnictwie oraz w lotach kosmicznych. To karbon, czyli tworzywo sztuczne wzmacniane włóknem węglowym (CFK). Z kilku warstw niezwykle sztywnych włókien połączonych ze sobą w trwałej strukturze powstaje ekstremalnie wytrzymałe i lekkie tworzywo wielowarstwowe. Włókno wzmacniające przebiega przy tym głównie w tych miejscach, na które oddziałują największe siły. Ponieważ CFK
cechuje się elastyczną reakcją na deformacje, w przedniej części nadwozia strefy kontrolowanego zgniotu, tzw. crash tubes, dodatkowo absorbują energię, chroniąc kabinę L1 w przypadku zderzenia. Nadwozie z tego tworzywa jest nadzwyczaj elastyczne przy niedużym oddziaływaniu sił; niewielkie wgniecenia same się niwelują. Obok lekkich materiałów zastosowano w L1 nowe konstrukcje, dzięki którym udało się zaoszczędzić na masie. Fotel kierowcy składa się z ramy karbonowej i waży zaledwie 8 kg, podczas gdy tylne siedzenie pasażera zostało całkowicie zintegrowane z karbonową kapsułą monocoque. Masę zredukowano również w licznych elementach obsługi, m.in. w dźwigni skrzyni biegów, która ma postać pokrętła.

Bezpieczeństwo

W L1 nie brakuje systemów ESP i ABS, napinaczy pasów bezpieczeństwa i systemów poduszek powietrznych. Kadłub monocoque sięga po obu stronach dość wysoko, dzięki czemu konstrukcja nośna pojazdu zyskuje na sztywności, gwarantując w połączeniu z programi wysoką stabilność w przypadku kolizji bocznej. Dodatkową strefę ochronną tworzą osadzone za przednimi kołami progi, które wystają daleko poza kadłub.

Napęd

L1 jest pojazdem w pełni hybrydowym, wyposażonym w dwucylindrowy silnik wysokoprężny i 7-stopniową przekładnię automatyczną DSG – jako moduły znajdujące się obok siebie w tyle pojazdu. Baterię litowo-jonową o napięciu 130 V umieszczono w przedniej części kadłuba samochodu. Zasadniczy napęd gwarantuje silnik Diesla o pojemności skokowej 800 cm3, rozwijający maksymalny moment obrotowy 100 Nm. W trybie ekonomicznym zapewnia moc 20 kW, w trybie sportowym 29 kW. Pod względem technicznym stanowi jakby połowę silnika 1.6 TDI, jednak w wersji mocno zmodyfikowanej. O jego spokojną pracę dba wałek równoważący. Przekładnia została przejęta z seryjnych modeli, jednak w celu redukcji masy do produkcji korpusu użyto magnezu. Na napęd hybrydowy składają się silniki TDI oraz elektryczny o mocy 10 kW, który pełni jednocześnie funkcję rozrusznika i generatora. Umieszczono go między dieslem a przekładnią. Wyrafinowany układ sterowania pozwala L1 poruszać się non-stop w optymalnym energetycznie stanie. W przeważającej mierze samochód napędza silnik Diesla, na krótkich, kilkukilometrowych zaś dystansach możliwa jest również jazda „czysta”, czyli tylko z pracującym silnikiem elektrycznym. Podczas hamowania następuje rekuperacja energii, która zasila baterię trakcyjną. Przy gwałtownym przyspieszaniu silnik elektryczny może korzystać z chwilowego zwiększenia mocy (boost). Komfortowy system Start-Stop zapewnia dodatkową oszczędność energii.

Układy pokładowe

Kamery cyfrowe przejęły rolę lusterek zewnętrznych. Przednie reflektory w technice LED są chłodzone pasywnie i odprowadzają powstałe ciepło do aluminiowych rur w karoserii. Elementy obsługi układu ogrzewania i wentylacji, a także mechanizmu sterującego pokrywą dachu i wentylacji, a także mechanizmu sterującego pokrywą dachu i bagażnika, działają w technologii dotykowej. Rezygnacja z mechanicznych elementów obsługi znacząco wpłynęło na redukcję masy całkowitej samochodu. Centralnie umieszczony ekran OLED pełni rolę tablicy wskaźników.


Źródło: Volkswagen Magazyn 01/2010