Sản xuất ô tô đòi hỏi năng lượng và tài nguyên trên quy mô lớn. Số dặm xe cao hơn có thể dẫn đến giảm đáng kể nhu cầu năng lượng liên tục trong quá trình sản xuất, đồng thời giảm đáng kể việc khai thác tài nguyên thiên nhiên.
Đây là nơi dự án nghiên cứu KOSEL xuất hiện; một dự án đã chứng kiến Viện Máy công cụ và Công nghệ tạo hình Fraunhofer IWU hợp tác với các đối tác từ ngành công nghiệp và nghiên cứu: Các bộ phận của xe có tuổi thọ cao có thể được sử dụng trong nhiều vòng đời của xe và do đó không cần phải sản xuất lại . Với suy nghĩ này, nhóm dự án đã phát triển một hệ thống mô-đun nguồn mở vòng kín bao gồm các mô-đun đặc biệt bền và có thể tái sử dụng.
Trong khuôn khổ KOSEL, nhóm dự án đã phát triển khái niệm cơ bản cho một chiếc xe thương mại chạy bằng điện hạng nhẹ với tổng trọng lượng cho phép là 3,5 tấn, các thành phần của nó hoàn toàn là mô-đun. Ba mô-đun chính—mặt trước, hộp pin và mặt sau—được kết nối với nhau thông qua các giao diện cố định, nghĩa là công việc thay thế có thể được thực hiện rất dễ dàng.
"Với hệ thống mô-đun vòng kín này, có thể thay thế các bộ phận riêng lẻ hoặc toàn bộ của xe. Do đó, phần lớn các bộ phận của xe sẽ có tuổi thọ cao hơn. Chi phí sửa chữa giảm và phương tiện có thể vận hành tiết kiệm trong thời gian dài hơn, " Patryk Nossol, nhà nghiên cứu thuộc bộ phận Hệ thống và Công nghệ cho Kết cấu Dệt may (STEX) tại Fraunhofer IWU ở Zittau, Đức, giải thích.
Nền tảng xe điện đã được thiết kế và tạo mẫu cho thời gian sử dụng lên tới 30 năm và quãng đường đi được lên tới một triệu km trong các tình huống triển khai khác nhau.
Các mô-đun bền được làm từ nhựa gia cố bằng sợi carbon
Khái niệm vật liệu cung cấp cho việc sử dụng vật liệu bền chủ yếu trong các phần chịu ứng suất cao và được dùng để tái sử dụng nhiều lần. Nhựa gia cố bằng sợi carbon (CFRP) là phù hợp nhất cho mục đích này.
"Phải thừa nhận rằng những vật liệu này có lượng khí thải CO 2 tương đối cao trong quá trình sản xuất. Tuy nhiên, khi được sử dụng đúng cách, chúng bù đắp cho điều này nhờ khối lượng thấp và đặc biệt là độ bền mỏi đặc biệt của chúng trong thời gian dài sử dụng. CFRP là vật liệu thay thế được ưu tiên khi các tập hợp ẩn này được sử dụng trong hơn một vòng đời, như trong khái niệm này," Nossol giải thích.
Nhựa gia cố bằng sợi carbon phù hợp nhất để sử dụng ở khu vực bệ cửa do độ bền của nó. "Ở khu vực này, các bộ hấp thụ làm bằng ống CFRP, được sắp xếp ở các góc khác nhau để bảo vệ chống lại các góc tác động khác nhau. Để có thể thay thế tốt hơn, chúng tôi đã sắp xếp các bộ hấp thụ theo mô-đun và lắp đặt chúng trong các thùng chứa hình nồi," cho biết Nossol.
Thiết kế hấp thụ va chạm mới đảm bảo an toàn
An toàn cho hành khách là điều tối quan trọng khi nói đến thiết kế xe. Vì lý do này, một loạt các tình huống va chạm được mô phỏng, thử nghiệm và phân tích để suy ra các biện pháp an toàn phù hợp từ dữ liệu thu thập được. Nossol giải thích: "May mắn thay, trong cuộc sống thực, hành khách rất hiếm khi rơi vào những tình huống nguy cấp này. Đó là lý do tại sao các bộ hấp thụ va chạm đặc biệt phù hợp để tái sử dụng".
Dựa trên các nghiên cứu sơ bộ của mình tại Fraunhofer IWU, Nossol đã phát triển khái niệm về một loại ngưỡng cửa mới có khả năng chịu được các tác động xiên. Bệ cửa này dựa trên một nguyên tắc hiệu ứng va chạm cụ thể: đảo ngược các ống va chạm CFRP, cách đặc biệt để các ống này được định vị trong ngưỡng cửa và truyền lực thông qua các cấu trúc phụ trợ.
Nossol giải thích: “Cấu trúc phụ trợ khác thường ở chỗ chúng co lại theo chiều ngang theo hướng nén.
"Các phần tử riêng lẻ hoạt động cùng nhau trong trường hợp xảy ra va chạm. Bệ cửa hấp thụ tải trọng và chuyển nó sang một cấu trúc phụ trợ làm bằng polyurethane. Điều này dẫn đến lực nén trực giao, nghĩa là lực nén ngang với hướng của tải trọng, nghĩa là lực dần dần được đưa vào các ống va chạm và phương tiện được giảm tốc độ như mong muốn thông qua sự hỏng hóc có kiểm soát của vật liệu composite. Mục đích là tạo ra càng nhiều vết đứt sợi nhỏ càng tốt, mỗi vết đứt đòi hỏi một mức năng lượng cao, cuối cùng sẽ khiến xe giảm tốc ," Nossol giải thích, đồng thời chỉ ra rằng các ống va chạm CFRP còn nguyên vẹn cũng có thể được tái sử dụng trong các mẫu hoặc thế hệ xe mới sau một vụ tai nạn hoặc khi một chiếc xe sắp hết tuổi thọ sử dụng.
"Có thể là trong cùng một bộ phận của xe hoặc một bộ phận khác, chẳng hạn như phần phía sau, sau khi nó đã được cắt theo kích thước. Hơn nữa, chúng ta có thể hấp thụ năng lượng gấp bốn lần tính theo trọng lượng bằng các ống composite sợi này so với nhôm. Ngược lại, điều này có nghĩa là bộ hấp thụ va chạm có thể hấp thụ cùng một lượng năng lượng mặc dù nhẹ hơn khoảng bốn lần."
Khái niệm thân thiện với môi trường cho tương lai
Khái niệm di động KOSEL có thể tái chế được dành cho các phương tiện có số lượng trung bình. Điều kiện tiên quyết là một chuỗi giá trị tuần hoàn cho phép kiểm tra và, nếu cần, làm lại các bộ phận riêng lẻ sau vòng đời đầu tiên. Khái niệm này nhằm phục vụ như một mô hình và châm ngòi cho những phát triển tương tự khác trong ngành di động.
Đáng chú ý nhất, việc có một nền tảng xe điện khép kín, được phát triển đầy đủ như một giải pháp tiêu chuẩn có thể giảm thiểu rủi ro và chi phí phát triển. Các giao diện mã nguồn mở cũng sẽ khiến các nhà cung cấp hấp dẫn cung cấp các thành phần tiêu chuẩn phù hợp.
