La strada del risparmio energetico e del rispetto ambientale passa per l’alleggerimento del peso, almeno nel mondo dell’auto. Così sostiene la Lotus, che sin dalla fondazione ha avuto nella riduzione del peso il suo fine primario, la sua filosofia aziendale. Allora la maggiore leggerezza delle sue auto era finalizzata all’aumento delle prestazioni, oggi la dieta ha invece lo scopo di ridurre i consumi e le emissioni nocive cercando di lasciare possibilmente inalterate le prestazioni. Alleggerire un’auto però non è semplice, richiede competenze, tecnologie.

Argomenti che non mancano in casa Lotus Engineering, divisione della Lotus Cars che si dedica alle consulenze tecniche. E proprio dalla Lotus Engineering arrivano le indicazioni su come procedere per alleggerire le future automobili. In uno studio pubblicato di recente e scaricabile a questo indirizzo http://www.theicct.org/documents/0000/1430/Mass reduction final 2010.pdf la Casa inglese indica la strada migliore per ridurre il peso delle vetture prodotte in grande serie, ipotizzando la costruzione di una vettura del 2020. 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, un alleggerimento del 38% (organi meccanici esclusi) applicato su un crossover come Toyota Venza, può essere ottenuto aumentando di appena il 3% la spesa prevista per le componenti ed utilizzando le tecniche e le tecnologie che si prevede saranno introdotte entro il 2020 per i programmi di produzione. L’architettura dei veicoli del 2020 dovrebbe quindi utilizzare una combinazione di materiali più robusti e leggeri, un’elevata combinazione di componenti e moderni metodi di assemblaggio.

Inoltre, secondo il Dipartimento Statunitense per l’Energia, un alleggerimento del 33% (organi meccani compresi) permetterebbe di ridurre del 23% i consumi delle automobili.  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 speciali competenze Lotus. Lo studio, condotto in collaborazione del National Highway Traffic Administration e dell’Agenzia Statunitense per la Salvaguardia dell’Ambiente, mira quindi a dare indicazioni su future riduzioni delle emissioni di CO2 ed è probabile che questo approccio sarà condiviso da tutta l’industria automobilistica mondiale.

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.

Riepilogo dei pesi e dei costi

L’automobile del 2020
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.