Maciej Menes Instytut Transportu Samochodowego WSPÓŁCZESNE KIERUNKI ROZWOJU TECHNIKI SAMOCHODOWEJ Zdynamizowanie rozwoju techniki samochodowej jako rezultat globalnego kryzysu finansowego. Nakłady sektora motoryzacyjnego na badania i rozwój. Podstawowe kierunki rozwoju techniki samochodowej. Działania w zakresie ograniczenia energochłonności i poziomu emisji zanieczyszczeń z silników pojazdów samochodowych. Projekcja udziału poszczególnych rodzajów napędu pojazdów samochodowych do 2050 roku. Kierunki zmian konstrukcyjnych w poszczególnych kategoriach pojazdów samochodowych. Działania w zakresie poprawy czynnego i biernego bezpieczeństwa pojazdów samochodowych. CONTEMPORARY DIRECTIONS FOR THE DEVELOPMENT OF THE AUTOMOTIVE TECHNOLOGY Dynamic development of automotive technology as a result of the global financial crisis. Expenditures of the automotive sector on the research and development. Essential directions of the development of the automotive technology. Actions towards limiting energy consumption and the pollutants emission level from the motor vehicles. Projection of the share of the individual types of motor vehicles drives by the 2050. Directions of the design changes in the individual categories of the motor vehicles. Activities to improve active and passive safety of the motor vehicles. Transport Samochodowy 4-2011 Samochody są i w perspektywie najbliższych 20-30 lat bez wątpienia pozostaną najważniejszym środkiem transportu zarówno, pasażerskiego, jak i towarowego. Ich liczba w skali globalnej przekroczyła miliard sztuk i stale rośnie. Dynamicznemu, szczególnie w ostatnich kilkunastu latach, rozwojowi ilościowemu światowego parku samochodowego nie towarzyszyły zasadnicze zmiany jakościowe. Dziesiątki drobnych innowacji i udoskonaleń nie było w stanie zastąpić braku zasadniczego przełomu technicznego. „Przez wiele lat nie widać było perspektywy zastąpienia czymś nowym techniki ruchu lądowego opartej na wykorzystaniu koła i pojazdu poruszanego głównie silnikiem spalinowym” [1] . Obfitość zasobów taniej ropy naftowej i zdolność przemysłu motoryzacyjnego do zaspokajania rosnącego popytu na pojazdy wynikała przede wszystkim z osłabienia dynamiki działań innowacyjnych. Nawet rezultaty wieloletnich badań naukowych nad alternatywnymi źródłami energii i nowymi rodzajami napędu pozostawały niewykorzystane [1]. Początek XXI wieku przyniósł zasadniczą zmianę sytuacji. Z jednej strony zdano sobie sprawę, że w obliczu ogromnego wzrostu popytu, ekonomicznie dostępne zasoby ropy naftowej na świecie w końcu się wyczerpią, a z drugiej strony negatywne skutki środowiskowe rozwoju motoryzacji, w tym przede wszystkim emisje zanieczyszczeń do atmosfery generowana przez tę gałąź transportu stały się jednym z podstawowych krytycznych elementów przyszłego rozwoju społeczeństw. Krytycznymi elementami stały się również zagrożenia drogowe powodowane przez pojazdy samochodowe, jak i niewystarczająca zdolność przepustowa nawet rozbudowywanej infrastruktury drogowej. Światowy przemysł motoryzacyjny podjął zakrojone na szeroką skalę badania i prace, których rezultaty mają przynieść rozwiązania zaistniałych problemów. Tylko w 2008 roku przemysł ten wydał na badania i rozwój kwotę ok. 80 mld euro, co stanowiło blisko 5% jego globalnych obrotów (tabl. nr 1). Tablica 1 Nakłady na badania i rozwój, wielkość obrotów oraz zatrudnienia w sektorach: motoryzacyjnym, lotniczym i obronnym oraz ogółem w 2008 roku [4] Table 1 Expenditures on the research and development, scale of turnover and employment in the following sectors: automotive, aviation and defence as well as in general for the year 2008 [4] Nakłady na badania Obroty Liczba zatrudnionych Wyszczególnienie i rozwój (w mld euro) (w mln osób) (w mld euro) Świat EU-27 Świat EU-27 Świat EU-27 Producenci samochodów 53,0 20,9 1213 423 2,76 1,26 osobowych Producenci części 19,6 9,5 437 156 2,33 0,98 motoryzacyjnych Producenci pojazdów 6,9 2,4 233 66 0,62 0,22 użytkowych Przemysł motoryzacyjny 79,5 32,8 1883 645 5,70 2,50 Ogółem Przemysł lotniczy 15,6 7,5 379 129 1,75 0,55 i obronny Ogółem przemysł 431,0 130 13897 5712 45,1 21,0 20 Współczesne kierunki… Globalny kryzys finansowy, który rozpoczęło bankructwo we wrześniu 2008 roku Banku Lehman Brothers, a który w sposób szczególnie dotkliwy dotknął przemysł motoryzacyjny (międzynarodowe obroty tego przemysłu wg Światowej Organizacji Handlu spadły w roku 2009 o 32%, do poziomu 847 mld dolarów, tj. poziomu z 2004 roku [2]) postawił przed tym przemysłem konieczność radykalnej, w tym także technicznej restrukturyzacji. Kryzys w światowej motoryzacji przyspieszył postęp techniczny w tej branży i w perspektywie kilku lat spowoduje, że samochody będą nowocześniejsze, a ich najnowsze wersje staną się bardziej dostępne. Paradoksalnie kryzys, który dotknął branżę motoryzacyjną, powinien przyspieszyć zmiany, następujące dotąd stosunkowo powoli. Osłabienie popytu na nowe samochody, zmniejszenie dostępności kredytów i związany z tym regres przemysłu motoryzacyjnego wymusiły na firmach motoryzacyjnych szybkie działania dostosowawcze – wprowadzenie nowych rozwiązań technicznych i produktów – tym bardziej, że od ich podjęcia często uzależniona jest rządowa pomoc dla samochodowych koncernów. W długoterminowej perspektywie kryzys z przełomu lat 2008/2009 wzmocni motoryzację, zamiast – jak ma to miejsce w innych, schyłkowych branżach – przyczynić się do jej upadku. Samochody pozostaną bowiem produktem potrzebnym. Sprostanie przez transport drogowy coraz większej liczbie wyzwań możliwe będzie tylko dzięki rozwojowi nowych rozwiązań technicznych. Postęp w dziedzinie rozwiązań technicznych w ciągu najbliższych 25 lat będzie dużo szybszy, aniżeli był w ciągu ostatnich 25 lat. Według prognoz w nadchodzących latach, branża motoryzacyjna zainwestuje w rozwój rozwiązań technicznych czterokrotnie więcej niż w rozbudowę zdolności produkcyjnych i dwukrotnie więcej niż w marketing i reklamę [7]. Rozwój będzie wprawdzie procesem trwałym, ale idąca za nim implementacja nowych rozwiązań będzie miała charakter skokowy, co wynikać będzie z progów (nie tylko technicznych, ale również prawnych, finansowych, marketingowych a nawet mentalnych) [3]. Doświadczenie ostatnich lat, jak również obecne działania przemysłu motoryzacyjnego i analizy dotyczące jego najbliższej przyszłości wskazują, że podejmowane działania innowacyjne koncentrują się na dwóch podstawowych zagadnieniach, a mianowicie: - ograniczeniu energochłonności i poziomu emisji zanieczyszczeń z silników pojazdów samochodowych, - poprawie czynnego i biernego bezpieczeństwa pojazdów samochodowych. Kierunki rozwoju technicznego ograniczającego energochłonność i poziom emisji zanieczyszczeń z silników pojazdów samochodowych W najbliższych kilkunastu latach będzie kontynuowana polityka stałego poszerzania oferty produkowanych pojazdów samochodowych, zaprojektowanych w taki sposób, by odpowiadały coraz bardziej zróżnicowanym potrzebom mobilności i popytu. Pojawi się wiele nowych typów pojazdów, znacznie różniących się od dzisiejszych, a wiele z nich będzie projektowanych dla konkretnych celów, np. do użytkowania w środowisku miejskim. Pojazdy te napędzane będą nadal w większości tradycyjnymi silnikami spalinowymi. Silniki te pozostaną w dającej się przewidzieć przyszłości konkurencyjne i prawdopodobne jest, że ich udział w rynku transportowym pozostanie znaczny szczególnie w perspektywie roku 2030. Silniki tego typu są dostosowane dla zasilania zarówno konwencjonalnymi, jak i alternatywnymi paliwami kopalnymi, ale także do 21 Transport Samochodowy 4-2011 zasilania paliwami gazowymi i biopaliwami, w tym biogazem. Udoskonalenia w zakresie wydajności energetycznej pojazdów wyposażonych w tradycyjne silniki spalinowe będą wiec nadal niezwykle istotne. Nie zmienia to faktu, że wiele grup środków transportu drogowego zostanie zelektryfikowanych. Dotyczy to zwłaszcza samochodów osobowych, w tym przede wszystkim pojazdów hybrydowych, wykorzystujących zarówno silniki konwencjonalne, jak i silniki elektryczne [10]. Innowacyjne koncepcje projektowania nowych pojazdów w celu zmniejszenia ich masy, będą uwzględniać oczywiście wykorzystanie lekkich materiałów. W perspektywie krótkoterminowej nie można jednak spodziewać się powszechnego wykorzystania lekkich materiałów kompozytowych. W perspektywie długoterminowej materiały te mogą znaleźć powszechne zastosowanie również w motoryzacji. Dzięki zastosowaniu nowej generacji materiałów (takich jak np. nanorurki węglowe, grafen lub lżejsze i wytrzymalsze gatunki aluminium) oraz nowym materiałom, które pojawiają się każdego roku dzięki szybkiemu postępowi w nanotechnologii samochody staną się dużo lżejsze, a co za tym idzie szybsze oraz bardziej wydajne. Szczególnie nadzieje wiąże się z grafenem, który jest niemal całkowicie przezroczysty oraz niezwykle wytrzymały. Metody jego masowej produkcji są cały czas udoskonalane, cena spada, czystość wyprodukowanych próbek wzrasta i wszystko to prowadzi do szybkiego zastąpienia nim wielu obecnych materiałów. Koncepcje pojazdów będą w coraz większym stopniu skupiać się na modułowych, skalowanych, elastycznych i nisko masowych typach pojazdów, a upowszechnienie innowacyjnych rozwiązań konstrukcyjnych pozwoli na wykorzystanie nowych „inteligentnych” materiałów oraz zaawansowanych technik produkcji części samochodowych i ich montażu [3]. W ciągu ostatnich lat wdrażanych jest wiele różnorodnych rozwiązań technicznych, prowadzących do ograniczenia energochłonności pojazdów samochodowych. Jeśli chodzi o kwestie związane z silnikami to nadal jest możliwa dalsza, znaczna poprawa