Audi Space Frame: tehnologia care a revoluționat construcția caroseriilor din aluminiu

În urmă cu mai bine de un deceniu, modelele Audi A8 și Audi A2 au contribuit la inversarea tendinței tot mai accentuate de creștere a greutății automobilelor, grație utilizării caroseriilor din aluminiu. De atunci, Audi a dezvoltat continuu această tehnologie de reducere a masei, transformând-o într-unul dintre elementele definitorii ale strategiei sale de construcție ușoară.

Tehnologia ASF (Audi Space Frame) este utilizată la modele precum Audi TT, TT Roadster, R8 și A8, reprezentând o abordare complet diferită a construcției caroseriei.

Ce este tehnologia Audi Space Frame?

ASF este acronimul pentru Audi Space Frame, tehnologia prin care Audi a reinventat modul de construcție a unei caroserii auto.

Principiul pornește de la necesitatea de a răspunde simultan numeroaselor cerințe ale unui automobil modern: rigiditate structurală ridicată, siguranță, performanță dinamică și, în același timp, reducerea masei.

Rezultatul este o contribuție importantă la îmbunătățirea performanțelor dinamice și a eficienței automobilelor Audi.

Un exemplu este Audi TT 2.0 TDI quattro, echipat cu un motor diesel de 125 kW (170 CP). Modelul accelerează de la 0 la 100 km/h în 7,5 secunde și poate atinge o viteză maximă de 226 km/h. În același timp, consumul mediu declarat este de numai 5,3 litri de motorină la 100 km, o valoare remarcabilă pentru un automobil sport.

Peste 100 de brevete pentru tehnologia ASF

Dezvoltarea tehnologiei ASF a presupus un proces complex de cercetare și inovare, care a dus la obținerea de către Audi a peste 100 de brevete.

Compania a primit inclusiv distincția „Inventatorul european al anului 2008”, acordată de Oficiul European de Brevete.

Audi a acumulat de-a lungul timpului o experiență vastă în toate etapele procesului de construcție a caroseriilor din aluminiu: de la alegerea aliajelor și dezvoltarea proceselor de turnare și extrudare până la identificarea celor mai eficiente metode de îmbinare a componentelor.

Cum este construită o caroserie ASF?

Structura unei caroserii ASF este alcătuită din profile din aluminiu extrudat și elemente turnate sub presiune. Pe acest cadru sunt montate panouri din tablă de aluminiu, precum plafonul, care sunt fixate rigid și contribuie la preluarea sarcinilor structurale.

Componentele ASF au forme și secțiuni transversale diferite, în funcție de solicitările la care sunt supuse. Principiul este similar celui întâlnit în scheletul uman: fiecare componentă este proiectată pentru a oferi rezistența necesară cu o masă cât mai redusă.

Profile extrudate optimizate pentru fiecare model

Unul dintre marile avantaje ale profilelor extrudate este flexibilitatea designului.

De exemplu, pragurile laterale ale modelelor Coupé și Roadster pot avea un aspect exterior aproape identic și pot fi produse utilizând aceleași scule și utilaje. La interior însă, structura lor este optimizată topologic folosind principii inspirate din biologie.

Nervurile de rigidizare au forme diferite în funcție de solicitările fiecărei versiuni. Roadster-ul, de exemplu, necesită o rigiditate structurală mai mare în anumite zone decât versiunea Coupé.

În cazul modelului TT, profilele extrudate sunt fabricate din aliaje avansate de aluminiu, ceea ce permite creșterea rezistenței și reducerea suplimentară a masei.

ABC-ul tehnologiei Audi: de ce aluminiul?

Aluminiul este unul dintre cele mai răspândite elemente din scoarța terestră și este obținut în principal din minereul de bauxită. Proprietățile sale îl fac foarte potrivit pentru utilizarea în industria auto.

Datorită densității reduse, aluminiul este cu aproximativ două treimi mai ușor decât oțelul convențional. În stare pură este relativ moale și ușor de prelucrat, iar rezistența sa poate fi îmbunătățită prin alierea cu elemente precum magneziul și siliciul.

Un alt avantaj important este posibilitatea reciclării. Dacă este recuperat și separat corespunzător de alte materiale, aluminiul poate fi reciclat cu o eficiență ridicată, contribuind la îmbunătățirea bilanțului energetic al materialului.

Audi continuă dezvoltarea tehnologiilor de construcție ușoară

Audi a investit constant în dezvoltarea tehnologiilor de reducere a masei automobilelor.

În 1994, la Neckarsulm, Germania, a fost inaugurat Centrul de proiectare pentru aluminiu și materiale ușoare. Peste 120 de specialiști au lucrat aici la dezvoltarea unor noi tehnologii de îmbinare, structuri de caroserie, materiale și metode de construcție.

Cercetarea nu s-a limitat la aluminiu. Inginerii Audi au studiat și utilizarea oțelurilor de înaltă rezistență și ultrarezistente, precum și a materialelor pe bază de fibră de carbon.

Noi soluții pentru tehnologia ASF

Elementele turnate, capabile să reziste la sarcini foarte mari, sunt amplasate în special în zonele supuse unor forțe importante și unde este nevoie de integrarea mai multor funcții structurale.

Un exemplu este nodul montantului A, o componentă complexă care face legătura între lonjeron, prag, montantul A și traversa parbrizului.

La fel ca celelalte componente turnate din aluminiu, aceasta se remarcă prin precizia geometrică și prin utilizarea eficientă a spațiului disponibil.

Aluminiu și oțel în aceeași caroserie

Modelele Audi TT Coupé și TT Roadster au introdus o variantă evoluată a tehnologiei ASF, care combină, în anumite zone, aluminiul cu oțelul.

Această construcție hibridă permite reducerea masei totale a automobilului cu până la 100 kg, comparativ cu modelele precedente construite predominant din oțel.

În special în partea posterioară a podelei, la portiere și în zona portbagajului sunt utilizate elemente din oțel complet galvanizat. Deși acestea sunt mai grele decât componentele echivalente din aluminiu, utilizarea lor contribuie la optimizarea distribuției maselor între puntea față și cea spate.

Doar 1.260 kg pentru Audi TT 2.0 TFSI

Audi TT 2.0 TFSI are o masă de numai 1.260 kg, o valoare remarcabilă pentru un automobil sport.

Caroseria propriu-zisă cântărește doar 206 kg, dintre care:

• 140 kg de aluminiu, reprezentând 68%;
• 66 kg de oțel.

O caroserie echivalentă construită integral din oțel, prin metode convenționale, ar fi fost cu aproape 100 kg mai grea.

Din cele 140 kg de aluminiu utilizate pentru caroserie:

• 63 kg reprezintă tablă de aluminiu;
• 45 kg sunt elemente turnate;
• 32 kg sunt profile extrudate.

În cazul versiunii Roadster, masa structurii caroseriei ajunge la aproximativ 251 kg.

Cum sunt îmbinate aluminiul și oțelul?

Îmbinarea componentelor din aluminiu cu cele din oțel reprezintă o provocare tehnică importantă. Audi utilizează mai multe metode, printre care nituirea, îmbinarea prin clipsare și utilizarea adezivilor structurali.

Unul dintre principalele riscuri ale combinației dintre aluminiu și oțel este coroziunea galvanică, care poate apărea la contactul direct dintre cele două metale.

Pentru a preveni acest fenomen sunt utilizați adezivi speciali care formează un strat izolator între materiale. Procesul de aplicare este monitorizat cu ajutorul unor sisteme video.

O altă tehnologie utilizează șuruburi autofiletante introduse robotizat. Prin frecare, acestea generează suficientă căldură pentru a deforma și topi local materialul, permițând pătrunderea șurubului și realizarea unei îmbinări rigide.

Un alt exemplu de tehnologie utilizată la Audi TT este îmbinarea etanșă dintre plafonul din aluminiu și structura laterală, realizată prin sudură cu laser.

Audi TT: rigiditate mai mare și masă redusă

Modelul Audi TT cu tehnologie ASF hibridă era construit la Ingolstadt, Germania, și apoi expediat la Győr, Ungaria, pentru etapa de asamblare.

Noua structură a adus îmbunătățiri importante pentru un automobil sport.

Comparativ cu generația anterioară, rigiditatea statică la torsiune a versiunii Coupé a crescut cu aproximativ 50%, în timp ce pentru Roadster aceasta s-a dublat.

În același timp, nivelul vibrațiilor nedorite a fost redus semnificativ, iar structura a fost proiectată pentru a asigura un nivel ridicat de absorbție a energiei în cazul unui impact.

De ce contează reducerea masei?

Reducerea masei este unul dintre factorii importanți pentru obținerea unei dinamici bune și a unei eficiențe energetice superioare.

Potrivit datelor prezentate de Audi, reducerea masei unui automobil cu 100 kg poate contribui la scăderea consumului cu aproximativ 0,3 l/100 km și la reducerea emisiilor de CO₂ cu aproximativ 7,5–12,5 g/km.

Tehnologia ASF a primit și recunoaștere în industria auto. La sfârșitul anului 2006, principiul hibrid de construcție a caroseriei dezvoltat și brevetat de Audi a primit premiul EuroCarBody, una dintre cele mai importante distincții europene dedicate inovațiilor în construcția caroseriilor.

Audi câștigase aceeași distincție și în 2003, pentru tehnologia ASF utilizată la construcția modelului Audi A8.

ASF, o etapă importantă în evoluția construcției automobilelor

Tehnologia Audi Space Frame a reprezentat una dintre direcțiile importante prin care industria auto a încercat să combine rezistența structurală, siguranța și performanța cu reducerea masei.

Prin utilizarea inteligentă a aluminiului, oțelurilor de înaltă rezistență, elementelor turnate și profilelor extrudate, Audi a dezvoltat structuri în care fiecare material este utilizat acolo unde proprietățile sale sunt cele mai avantajoase.

Experiența acumulată prin dezvoltarea ASF a contribuit astfel la evoluția conceptului de construcție ușoară, un principiu care continuă să joace un rol important în dezvoltarea automobilelor moderne.