L'automobile del 2020

Lotus Engineering ha condotto uno studio per sviluppare una strategia che consente di ridurre il peso delle automobili prodotte in grande serie. Tale studio, diffuso dall’International Council on Clean Transportation, si è concentrato sull’utilizzo di materiali leggeri e sull’efficienza progettuale e ha evidenziato la possibilità di realizzare importanti riduzioni di peso. Secondo lo studio condotta da Lotus Engineering prendendo come riferimento un crossover come Toyota Venza, un alleggerimento del 38% (organi meccanici esclusi) può essere ottenuto aumentando di appena il 3% la spesa prevista per le componenti ed utilizzando le tecniche e le tecnologie che si previde saranno introdotte entro il 2020 per i programmi di produzione. L’architettura dei veicoli del 2020 utilizza una combinazione di materiali più robusti e leggeri, un’elevata combinazione di componenti e moderni metodi di assemblaggio. Secondo il Dipartimento Statunitense per l’Energia, un alleggerimento del 33% (organi meccani compresi) permetterebbe di ridurre del 23% i consumi delle automobili. Ciò vuol dire che i maggiori costruttori di automobili potrebbero essere portati a seguire la filosofia progettuale Lotus, tradizionalmente imperniata sulla ricerca di migliori prestazioni complessive attraverso la riduzione del peso delle automobili.

«I veicoli più leggeri sono più puliti ed efficienti» sostiene Robert Hentschel, direttore di Lotus Engineering. «Questa idea, che è sempre stata al centro dell’approccio Lotus alla produzione automobilistica, è oggi più che mai attuale. Piattaforme leggere e prestazioni efficienti sono due nostre speciali competenze. Sono quindi molto soddisfatto di vedere portato a termine questo studio, condotto in collaborazione del National Highway Traffic Administration e dell’Agenzia Statunitense per la Salvaguardia dell’Ambiente, che mira a dare indicazioni su future riduzioni delle emissioni di CO2. Siamo conviti che questo approccio sarà condiviso dall’industria automobilistica».

Lo studio ha preso in considerazione due scenari differenti e proposto due diverse piattaforme automobilistiche che potrebbero entrare in produzione rispettivamente nel 2017 e ne 2020. Lo scenario a breve termine si basa sull’applicazione di tecnologie d’avanguardia per la riduzione dei pesi da parte dell’industria automobilistica, sull’impiego di materiali migliori e sull’integrazione di componenti da assemblare utilizzando gli impianti attualmente esistenti. L’alleggerimento dovrebbe essere del 21% circa (organi meccanici esclusi) con un risparmio economico stimato nel 2%.

A tale scopo una Toyota Venza è stata smontata, analizzata e pesata per sviluppare un elenco di materiali e per comprendere il peso reale delle componenti. Per sviluppare due progetti di veicoli alleggeriti, Lotus Engineering ha utilizzato una politica di alleggerimento generale che si articola su efficienza progettuale, integrazione delle componenti, selezione dei materiali, produzione ed assemblaggio. Sono state mantenute tutte le principali dimensioni esterne ed interne del modello originale ed allestiti i veicoli in modo che potessero accogliere le principali dotazioni di sicurezza, rispettando dimensioni strutturali e qualità del prodotto. I nuovi veicoli conservano l’aspetto, l’immagine, il comfort e la dotazione della Toyota Venza.

«E’ stata realizzata una piattaforma molto efficiente sviluppando sottosistemi e componenti ben integrate, utilizzando componenti e processi innovativi, applicando avanzate tecniche di analisi» ha detto Darren Somerset, direttore esecutivo della divisione tecnica nordamericana di Lotus Engineering Incorporated. «Lotus Engineering è all’avanguardia dell’industria automobilistica nel campo della riduzione delle emissioni di CO2 e degli altri gas ritenuti causa dell’effetto serra. Questo studia dimostra la competenza acquisita da Lotus Engineering ed indica in modo chiaro la strada verso economiche tecnologie per rendere i veicoli più efficienti dal punto di vista del peso».

Dettagli tecnici

Corpo vettura La scocca comprende il pianale, il sottoscocca, la paratia anteriore, l’intelaiatura delle fiancate ed il tetto. Quella di Toyota Venza è formata da oltre 400 componenti che nel modello 2020 sono state ridotte a 211. Il corpo vettura del modello originale è realizzato al 100% in acciaio, mentre per quello del modello 2020 sono stati utilizzati alluminio (37%), magnesio (30%), compositi (21%) e acciaio ad alta resistenza (7%). Ciò ha permesso di ridurre la massa del 42% ovvero da 383 kg a 221 kg.

La leggera scocca del modello 2010 sarebbe costruita con uno speciale procedimento di assemblaggio a ridotto dispendio energico, già utilizzato con successo per i treni ad alta velocità. Questo procedimento di saldatura ad attrito e calore ridotto sarebbe abbinato alla tecnica di incollaggio delle componenti già utilizzata da Lotus per la produzione delle sue automobili sportive. In questo caso il lavoro delle saldatrici-robot e l’incollaggio delle componenti si combinerebbero con un sistema programmabile di fissaggio robotizzato, un procedimento versatile che può essere utilizzato per costruire automobili piccole e grandi con le stesse attrezzature.

Porte/parafanghi Nel caso degli elementi esterni incernierati (porte anteriori e posteriori e portellone posteriore), un’alternativa potrebbe essere quella di eliminare il cofano apribile. Ciò permetterebbe di migliorare la solidità della struttura, ridurre il peso e limitare l’esposizione a sistemi ad alto voltaggio. Uno sportellino permetterebbe di effettuare controlli e rabbocchi di liquidi.

Su Toyota Venza queste componenti sono tutte realizzate in acciaio. Sulla versione alleggerita sarebbero in magnesio (33%), plastica (21%), acciaio (18%), alluminio (6%) ed altri materiali (22%). Si otterrebbe così un alleggerimento del 41% che ne ridurrebbe il peso da 143 kg a 84 kg.

Interni All’interno di un’automobile ci sono molte cose: la plancia degli strumenti, i sedili, i rivestimenti, le finiture, il climatizzatore, l’impianto audio, il navigatore, i sistemi comunicazione mobile, i sistemi di assistenza alla guida ed i dispositivi di sicurezza. Sulla versione alleggerita un’elevata integrazione delle componenti e delle interfacce elettroniche sostituisce i comandi meccanici. al posto della plancia degli strumenti ci sono moduli, posti di fronte al guidatore ed al passeggero anteriore, che contengono tutti sistemi necessari per la funzionalità e la sicurezza. Un leggero rivestimento in materiale plastico ventilato di alta qualità collega i due moduli. Il climatizzatore è inserito sulla console per eliminare lo spazio vuoto tra i pannelli di rivestimento; porta-bicchieri riscaldabili e raffreddabili sono inseriti nel modulo del climatizzatore stesso. Il monitor touch screen del climatizzatore, dell’impianto audio e di comunicazione mobile, così come quelli del navigatore, contiene anche le funzioni del selettore del cambio e del freno di stazionamento e si interfaccia con piccoli solenoidi elettrici. Ciò elimina la presenza dei dispositivi tradizionali e dei relativi cablaggi, facendo anche guadagnare spazio all’interno dell’abitacolo.

I sedili anteriori sono montati sulla struttura della soglia e di quella del tunnel centrale, anziché sulle classiche staffe di supporto (10 kg). Non è quindi più necessario rinforzare localmente il pavimento. La struttura in compositi di questi sedili è realizzata con una speciale imbottitura che contribuisce a dimezzare il peso dei sedili stessi. La struttura dei sedili posteriori è sagomata nel pavimento in compositi e non richiede pertanto un sostegno separato d’acciaio. I sedili anteriori e posteriori utilizzano una maglia per sagomare il tessuto: ciò elimina gli avanzi di materiale ed offre ai clienti la possibilità di ordinare tessuti di disegno particolare. Quattro tappetini staccabili sostituiscono il tradizionale rivestimento intero del pavimento: ciò riduce peso e costi, migliorando al tempo stesso la qualità. Tutti i punti visibili del pavimento sono in materiale granulato. Gli interni del modello 2017 pesano 182 kg contro i 250 kg del modello originale e costano il 3% in meno. Quelli del modello 2020 pesano 153 kg e costano il 4% in meno.

Autotelaio/sospensioni Le dimensioni di supporti, attacchi, molle, ammortizzatori, bussole, barre stabilizzatrici, tiranti dello sterzo, freni, scatola dello sterzo, guarnizioni, componenti idrauliche, ruote, pneumatici e piantone dello sterzo sono state ridotte senza compromettere la capacità di trasporto e prevedendo anzi la presenza di un sistema di propulsione ibrida.

Nel caso della versione 2020, il peso in ordine di marcia (organi meccanici esclusi) è stato ridotto del 38%. Conservando una capacità di carico di 549 kg ed impiegando un sistema di propulsione ibrida, si è ottenuto un alleggerimento del 43% ed un risparmio economico del 5%.

Paraurti anteriori e posteriori I paraurti anteriori e posteriori sono realizzati con materiali molto simili a quelli del modello corrente in modo da conservarne tutta l’efficienza. L’unico cambiamento consiste nella sostituzione della barra anteriore d’acciaio con una in alluminio che pesa l’11% in meno. E’ stato considerato anche l’uso di una barra in magnesio, ma al momento attuale sarebbe stata troppo costosa.

Riscaldamento, ventilazione e climatizzazione L’impianto di climatizzazione è stato integrato nell’abitacolo e nel vano motore dove si trovano compressore, condensatore e relativi collegamenti. Queste componenti sono state oggetto di studio sia dal punto di vista tecnologico che del peso.

Lo studio ha evidenziato una differenza di peso relativamente piccola per le componenti montate nel vano motore di entrambi i veicoli e le dimensioni dell’abitacolo. Si tratta di componenti molto evolute. Per questo motivo non si prevede che non ci possano essere grandi differenze dal punto di vista dell’efficienza e del costo sui modelli 2017 e 2020.

Vetratura Sul veicolo originale ci sono due tipi di finestrini: fissi e mobili. I primi sono applicati con normali adesivi industriali e sono di due differenti tipologie: con tergicristalli e senza.

Fattori legati alla scelta dei materiali utilizzati per i finestrini vetri sono il livello di abrasione per la durata del veicolo, le normative sulla trasmissione della luce, le normative sulla protezione degli occupanti ed in contributo all’insonorizzazione interna.

Poiché il peso specifico del vetro è 2,6 ed un parabrezza ha solitamente uno spessore compreso tra 4,5 mm e 5,0 mm, un metro quadrato di vetro da 5 mm pesa circa 13 kg. Il considerevole peso del vetro rappresenta quindi un forte incentivo a ridurne lo spessore ed a ricercare alternative valide che siano più leggere. I finestrini laterali fissi sono la migliore opportunità.

Per ragioni di prudenza, il peso dei finestrini originali è stato mantenuto invariato sulle versioni 2017 e 2020. E’ possibile che all’epoca possa diffondersi l’uso di finestrini fissi in policarbonato.

Impianto elettrico/fari L’impiego di rivestimenti sottili e di cablaggi in rame ed alluminio, come quelli utilizzati sulla versione 2017, consentirebbe un alleggerimento del 36%. La tecnologia prevede l’uso di diodi ed i fari allo xeno ed alogeni di nuovo tipo. Lo studio ha preso anche in considerazione molte tecnologie relative ai cablaggi che sono in corso di sviluppo per applicazioni al di fuori della motorizzazione e che potrebbero essere utilizzate qui con successo.