Ile km kabli jest w nowoczesnym aucie?

Thomas Schmidt kręci korbą swojego oldtimera. Silnik z mechanicznym stukotem powoli budzi się do życia. Schmidt to zapalony miłośnik samochodów, swoim automobilem z lat 20. co weekend wyjeżdża na przejażdżkę. Nazywa to „odpowiednim traktowaniem” auta.

„Cały smak kryje się w tych starych i sprawdzonych technologiach. Także jazda z użyciem międzygazu i bez pomocy elektroniki, na przykład bez wspomagania układu kierowniczego, ma dla mnie niepowtarzalny urok”, rozmarza się o swoim hobby.

Jednak na co dzień, podczas długich służbowych podróży po Niemczech, Thomas Schmidt bynajmniej nie rezygnuje z udogodnień jakie daje nowoczesna technika. Można ich doświadczyć jeszcze zanim wsiądzie się do samochodu. Dzięki KESSY wystarczy nacisnąć przycisk, by obudzić do życia współczesnego Volkswagena. Jeśli samochód jest wyposażony w opcjonalny system Keyless, nie trzeba szukać po kieszeniach kluczyka.

Gdy kierowca zbliży się do auta i sięgnie do klamki, jedna spośród trzech zewnętrznych anten odbierze sygnał pochodzący z właściwego kluczyka. Dopiero gdy nawiążą błyskawiczny i udany dialog, drzwi (oraz klapa bagażnika) zostaną odryglowane. Kiedy kierowca zajmie miejsce za kierownicą i naciśnie przycisk z napisem „Start Engine”, do pracy przystąpią nawet trzy anteny wewnętrzne, wysyłając do kluczyka sygnały radiowe. Jeśli ten odpowie pozytywnie serce Volkswagena ożyje.

W przyszłości ten proces może być jeszcze wygodniejszy – kierowca będzie mógł otworzyć i zamknąć swój samochód korzystając ze smartfona. „90 lat temu, gdy doskonalono pierwsze auta, nikt nie myślał o takich wynalazkach”, uśmiecha się Thomas Schmidt zamykając drzwi, po czym opuszcza swoim Passatem parking.

Kable w miliardach wersji

Sterowniki i systemy rozdzielcze tworzą mózg i układ nerwowy współczesnego samochodu. Zarządzają całą dostępną energią. Sterują układem krwionośnym, którym płynie energia elektryczna potrzebna do wykonywania niezliczonych funkcji w samochodzie.

Patrząc przez pryzmat automobilu z lat 20. takie techniczne osiągnięcia należą do krainy science fiction. Ale tak jak niezwykłe były kreacje twórców nadwozi sprzed 90 lat, tak i dzisiaj każdy samochód pod względem wyposażenia z zakresu bezpieczeństwa, komfortu czy rozrywki także jest unikatowy – zwłaszcza jeśli chodzi o instalacje.

Volkswagen tworzy okablowanie zależnie od tego, jakich funkcji w swoim aucie zażyczy sobie klient. Każdy przewód kładzie się osobno, a wszystkie razem tworzą system. Na podstawie zastosowanych przewodów, wtyczek i włączników powstaje kod. Jest on niepowtarzalny dla danego układu i dla konkretnego samochodu. Istnieją miliardy wersji – dla każdego Polo, Golfa czy Passata. Tę niewiarygodną liczbę udaje się opanować jedynie dzięki specjalnemu systemowi konstruowania i sterowania.

Inżynierowie Melanie Sohnemann i Andreas Boy z działu rozwoju technicznego są odpowiedzialni za sieci przewodowe i komponenty. Nie używają słowa „kabel” lecz „materiał cięty z metra”.

W Golfie pierwszej generacji z 1980 roku było 191 przewodów o łącznej długości 214 metrów. We współczesnym Golfie jest prawie 1000 różnych przewodów. Teraz mierzy się je w kilometrach – ich długość w Golfie z przeciętnym wyposażeniem wynosi prawie 1,6 kilometra.

W 1980 roku w Niemczech do Golfa, zależnie od wyposażenia, stosowano 460 różnych zestawów przewodów. Dzisiaj, gdy klient zamówi Polo, Tiguana czy Tourana produkuje się układ specyficzny dla danego egzemplarza auta i dostarcza go bezpośrednio na linię produkcyjną. W wypadku samego Golfa – teoretycznie – może istnieć 425 miliardów wersji. I na specjalne życzenie klienta, żeby zaspokoić jego indywidualne potrzeby, każda z tych wersji rzeczywiście może zostać wyprodukowana. Być może tylko jeden jedyny raz w całej historii modelu.

Pogodzić sprzeczności: mniejsza masa, ale więcej innowacji

Jeszcze kilka lat temu masa przewodów zabudowywanych w samochodzie stale rosła. Dzisiaj nowoczesne materiały sprawiają, że auta są lżejsze, a przez to zużywają mniej paliwa. W czasach przełomu technicznego i z powodu konieczności ograniczenia emisji szkodliwych substancji lekkie konstrukcje i oszczędność paliwa stały się niezbędne. W czasach, gdy powstawał oldtimer Thomasa Schmidta takimi pomysłami nikt nie zawracał sobie głowy, liczyły się przede wszystkim piękno i elegancja automobilu.

Melanie Sohnemann, pracownica działu rozwoju technicznego sieci pokładowych i komponentów, podkreśla: „Oczywiście wraz z każdym nowym modelem chcemy stosować więcej nowych rozwiązań. I widzimy jeszcze ogromne możliwości stałego zmniejszania masy”.

Na przykład średnicę przewodów sygnałowych we współczesnych samochodach testowych zmniejszono z 0,35 (miedź) do 0,13 (miedź-cyna) milimetrów kwadratowych. Zastosowano też nowoczesny stop miedzi i cyny. W sumie środki te pozwoliły zaoszczędzić około pół kilograma.

Dla porównania: przewód sygnałowy składa się z siedmiu drucików i izolacji. Ma grubość jednego milimetra. To mniej więcej tyle ile wiązka 14 ludzkich włosów. „Codziennie zadajemy sobie pytanie – jaki materiał, w którym miejscu mogę zastąpić innym, żeby zaoszczędzić kilka gramów na wadze?”

Na zewnątrz minus 40 stopni, w środku plus 200

Obszerne testy, w pomieszczeniach laboratoriów klimatycznych i na zewnątrz na drogach, w krajach gorących i zimnych – to codzienność. Ze względu na warunki produkcji przewody instalowane w komorze silnika są oddzielone od tych we wnętrzu auta – czyli nie każdy kabel musi wytrzymać temperaturę ponad 200 stopni Celsjusza, jaka panuje w pobliżu głowicy cylindrów. Ale wszystkie muszą prawidłowo przewodzić sygnały – zarówno podczas pustynnych upałów, jak i w czasie arktycznej zimy.

Ten wymóg sprawia, że zależnie od tego, w którym miejscu w samochodzie zostaną wykorzystane niektóre elementy pokrywa się cyną, srebrem albo złotem. Ale największym wrogiem konstruktorów jest woda. Podczas najcięższej próby do wnętrza auta, na podłogę, wlewa się wiadro wody, co ma symulować błoto pośniegowe jakie pasażerowie wnoszą do auta na butach podczas kanadyjskiej zimy.

Oprócz stałego zmniejszania masy aut oraz kosztów ich produkcji, coraz bardziej ograniczona staje się przestrzeń, w której można poprowadzić instalację.

Autonomiczna jazda niesie nowe wyzwania

W ekstremalnym przypadku zmienia się nawet pewne elementy designu nowego modelu, jeśli wymaga tego potrzeba zamontowania odpowiednich przewodów. Eksperci używają na to określenia: „form follows function”. Ponad 90 lat temu było w zasadzie odwrotnie. Choć trzeba przyznać, że pod karoserią samochodu Thomasa Schmidta jest wystarczająco dużo miejsca, bo podczas konstruowania aut nie trzeba było przestrzegać dzisiejszych przepisów bezpieczeństwa, wymagających stosowania różnych elektronicznych urządzeń, jak ABS czy ESP.

Wracając do teraźniejszości: jazda autonomiczna również ma swoje wymagania względem samochodowych układów elektrycznych. Andreas Boy z działu zajmującego się ich montażem opowiada: „Przygotowanie i montaż instalacji musi przebiegać według najwyższych standardów. W wypadku samochodów autonomicznych pojawiają się jeszcze dodatkowe aspekty. Gdyby dublować całą sieć, samochody byłyby znacznie bardziej niezawodne zapewniając ludziom w samochodzie i na zewnątrz większe bezpieczeństwo. W przyszłości na mniejszej przestrzeni będziemy więc musieli zmieścić znacznie więcej przewodów instalacyjnych niż dzisiaj”.

Także w przyszłości będzie bardzo ważny: prąd w samochodzie

Przykład samochodów poruszających się autonomicznie pokazuje, że wczorajsze marzenia stały się dzisiaj rzeczywistością. Aby to osiągnąć trzeba było wydatkować sporo energii – tej ludzkiej, i tej elektrycznej. Bo właśnie samochód współpracujący z internetem musi być „okablowany” specjalnie.

Passat Thomasa Schmidta jest pod tym względem bardzo na czasie. Ale jego właściciel podczas przejażdżek oldtimerem może zakosztować techniki sprzed wielu, wielu lat – ze współczesnych czasów amerykańskiego wizjonera i wynalazcy urządzeń elektrycznych Thomasa Alvy Edisona (1847-1931). W 19. wieku dzięki elektryczności udało mu się zasadniczo zmienić codzienność ówczesnych ludzi: prąd nas napędza, czuwa nad nami i chroni, ratuje i reguluje.

Energię elektryczną wykorzystuje się do regulacji rytmu pracy serca człowieka, zupełnie tak samo, jak do sterowania układem napędowym samochodu. Prąd inicjuje wszystkie funkcje życiowe. Nic nie działa bez energii elektrycznej i bez przewodów, które niczym sieć drogowa torują mu drogę, żeby mógł grać główną rolę także w samochodach, jakie będą powstawać w przyszłości.