Volkswagen Fit to próba odpowiedzi na problemy komunikacyjne dużych miast na początku XXI wieku. Przedstawiona praca dyplomowa powstała w Pracowni Projektowania Środków Transportu na Wydziale Wzornictwa Akademii Sztuk Pięknych im. Eugeniusza Gepperta we Wrocławiu. Promotorem pracy był prof. Wilhelm Semaniszyn, założyciel pracowni. Obrona połączona z kilkudniową wystawą miała miejsce we Wrocławskiej Galerii Sztuki Współczesnej BWA Awangarda 1-go lipca 2009 r..
Idea, aby zająć się problemem komunikacji miejskiej wynikała wprost z realiów, z jakimi mamy do czynienia na co dzień. Zanim powstał właściwy projekt, postanowiłem przeznaczyć czas na rozeznanie w temacie. Czytałem fachowe książki i czasopisma, konsultowałem problem z innymi, analizowałem konkretne rozwiązania będące w trakcie realizacji, jak np. „ULTra” na londyńskim lotnisku Heathrow. Śledziłem też uważnie pojazdy już wyprodukowane, będąc niejednokrotnie gościem targów motoryzacyjnych we Frankfurcie, Lipsku i Poznaniu. Na zrealizowanie projektu miałem jeden semestr. Było więc sporo czasu, by się odpowiednio merytorycznie przygotować na wcale niełatwą obronę. Zdecydowałem się „przylepić” mojemu pojazdowi emblemat VW z kilku powodów. Głównie ze względu na charakter marki. Jak sama nazwa wskazuje, „auta dla ludu”, choć dziś to określenie może się już odrobinę zdezaktualizowało ze względu na luksusowe modele klasy wyższej oferowane przez firmę VW. Zafascynowała mnie również historia „Beetle”, który stał się symbolem i początkiem nowej ery w motoryzacji po wojnie. To jednak, że zdecydowałem się skorzystać z jednego z najbardziej znanych na świecie znaków towarowych, nie oznacza, że koncern ten ma jakiś związek z tym projektem. To jedynie sugestia z mojej strony. Nazwałem mój projekt „Fit”- czyli „pasować”, „mieścić się”, „odpowiedni”. Uznałem, że właśnie ten krótki obcobrzmiący wyraz odpowiada charakterystycznym cechom i założeniom projektowym tego pojazdu. Jest on odpowiedni na problemy komunikacyjne miast, jest dopasowany do potrzeb użytkowników dróg, potrafi zmieścić się w niewielkiej przestrzeni.
Prace nad kształtem pojazdu zacząłem jak zwykle od wykonania dużej liczby szkiców wstępnych. Wiedziałem już wtedy, czego chcę. Chodziło o pojazd dwukołowy, lecz nie jednoślad. Pojazd ten miał być przystosowany do przewozu dwóch osób wraz z niewielkim bagażem. Inspiracją i znaczącym zwrotem w wyobrażeniu tego projektu był dla mnie dwukołowy pojazd Segway. Będąc na Targach Motoryzacyjnych w Poznaniu miałem przyjemność sprawdzić jego możliwości na własnej skórze. Wcześniej, nie miałem okazji, by to zrobić. Czas mijał, a ja miałem w głowie coraz bardziej szczegółowy projekt. Moje pomysły bezpośrednio bez względu na porę dnia i nocy zamieniałem na szkice. Spośród wielu wybrałem jedną serię, nad którą pracę kontynuowałem. Zbudowałem model wirtualny, wykorzystując do tego oprogramowanie ICEM Surf. Serię komputerów wraz z licencją Pracownia Środków Transportu, w której miałem przyjemność studiować, otrzymała od firmy Rücker z Niemiec. Program opanowałem w stopniu zaawansowanym tak, iż mogłem zbudować wysokiej klasy wirtualną karoserię. Stąd już tylko krok do wykonania makiety w technologii Rapid Prototyping. Nie zdecydowałem się jednak podejmować takich prób ze względu na wysokie koszty. Umiejętność obsługi oprogramowania ICEM Surf nabyłem, będąc dwukrotnie na praktykach w firmie Rücker. Jedne z praktyk odbyłem w okresie od czerwca do sierpnia 2008 roku w czasie poprzedzającym bezpośrednio semestr dyplomowy.
Myślałem już wtedy nad projektem dyplomowym. To było dla mnie duże doświadczenie móc obserwować, jak pracuje się nad pojazdami, które niebawem zostaną wyprodukowane, jak powstają podzespoły jeden po drugim, karoseria, wnętrze. Tam, wszyscy bez względu na narodowość, pracują nad projektem, tworząc jednolity zespół. Z pracującymi w firmie Rücker projektantami miałem możliwość przedyskutowania wielu interesujących mnie problemów związanych z motoryzacją. To niesamowite, jak różne spojrzenia mają na jedną sprawę ludzie pracujący w branżach, które się wzajemnie uzupełniają. Mam tu na myśli mnie jako przyszłego projektanta oraz doświadczonych inżynierów mających już ugruntowane spojrzenie na świat motoryzacji. Miałem możliwość sprawdzenia się jako „straker” (tak nazywają siebie tam fachowcy od ICEM Surf, budowniczy powierzchni „A klass”). Muszę przyznać, iż nie jest to praca łatwa, bowiem wymaga poza znajomością oprogramowania, także wiedzy, jak dany problem rozwiązać, kiedy jest na to wiele sposobów. Oprogramowanie jest tylko narzędziem, umiejętność jego obsługi to nie wszystko. Temat przyszłej pracy dyplomowej konsultowałem na bieżąco z kolegami z firmy, zdając się na ich opinie szczególnie w kwestiach technicznych. Pobyt w Niemczech był dla mnie sprawdzianem, a doświadczenie zdobyte podczas praktyk miało oczywisty wpływ na kształt i jakość techniczną projektu dyplomowego.
Pojazd miejski przyszłości musi być oszczędny pod względem zajmowanego miejsca. Średnie wykorzystanie miejsca w pojazdach poruszających się po mieście nie przekracza 50 procent. Ponad połowa miejsca pozostaje wolna. Rzadko zdarza się, by wszystkie cztery czy pięć miejsc były zajęte. Wystarczy przyjrzeć się, stojąc na chodniku. Uciążliwe spaliny, nadmierny hałas i korki – wszystko to staje się utrapieniem dla mieszkańców miast. Samochód, jako rzecz mająca uczynić życie prostszym, stał się dla niego zagrożeniem. W odpowiedzi na to zaproponowałem pojazd dla dwóch osób z fotelami umieszczonymi obok siebie (rys. 10, 7) Silnik spalinowy nie wchodził w grę i wcale nie miałem na myśli kończących się zasobów paliw płynnych i ich wysokich cen. Ze względu na środowisko naturalne zastosowałem silniki elektryczne i wodorowe ogniwa paliwowe. Dlaczego dwa koła, a nie cztery? Otóż przede wszystkim to rewolucjonizuje sposób poruszania się. Nie potrzeba mechanizmu skrętu kół, można zawracać w miejscu przez obrót. Promień skrętu wynosi zero.
Aby Fit mógł się bezkolizyjnie przemieszczać, niezbędny jest stabilizator. Taką rolę pełni tutaj żyroskop. Urządzenie działa, wykorzystując zasadę zachowania pędu. Wewnątrz nieruchomej ramy umieszczony jest wirujący krążek. Ten dysk utrzymuje stałą pozycję względem ziemi, pomimo ruchu zewnętrznej ramy. Precyzyjny czujnik mierzy odchylenie obiektu względem pozycji pionowej. Zamiast tradycyjnego żyroskopu można także zastosować urządzenie cyfrowe wykorzystujące tzw. efekt Coriolisa. Żyroskop zapobiegnie kołysaniu pojazdu podczas przyspieszania i hamowania. Segway jest wprawiany w ruch poprzez balansowanie ciałem osoby sterującej. W moim pojeździe takiej możliwości nie ma. Pasażer i kierowca siedzą nieruchomo. Ponadto masa i gabaryty pojazdu są zbyt duże, by móc nim w ten sposób sterować. Rozważałem wprowadzenie zewnętrznej mobilnej masy, lecz po konsultacjach z technologiem wspólnie uznaliśmy, że dodawanie dodatkowych kilogramów spowoduje wzrost zużywanej energii. Pozostawał jeszcze jeden problem do przemyślenia, a mianowicie moment hamowania i przyspieszania. Odpowiednie wyważenie pojazdu oraz niewygórowana prędkość i moc w połączeniu z komputerową stabilizacją z wykorzystaniem żyroskopu wystarczą, by pojazd poruszał się stabilnie, bez kołysania.
Jednym ze źródeł energii w motoryzacji w przyszłości będą ogniwa paliwowe. Są czyste, maja wyższą sprawność i gęstość energetyczną. Technologia ta rozwija się obecnie na całym świecie. Powstaje infrastruktura potrzebna do upowszechnienia paliw płynnych w życiu codziennym człowieka. Ogniwa paliwowe są wykorzystywane już od dawna. W ciągu ostatnich lat obserwujemy szybki rozwój tej technologii, co powoduje duże zapotrzebowanie na energię „czystą” w dobie wyczerpywania się zasobów paliw kopalnych.
Istotną kwestią jest pozyskanie paliwa do zasilania ogniw. Aby pozyskać wodór, można skorzystać np. z energii słonecznej lub energii wiatrowej. Można też pozyskać wodór z odpadów biologicznych poprzez bakterie z rodzaju „clostridium”. Ogniwa paliwowe zastępują dotychczasowe źródła energii w wielu dziedzinach życia. Badania i testy potwierdziły ich wysoką wydajność oraz jakość. Ich zasadę działania odkryto w XIX wieku, ale praktyczne zastosowanie miało miejsce dopiero w latach sześćdziesiątych XX wieku. Produkcja ogniw w tamtym okresie była przedsięwzięciem bardzo drogim, jednak w kolejnych dekadach stale obniżano koszy ich wytworzenia. To wynik zastosowania polimerowej membrany oraz zmniejszenia ilości koniecznej do ich produkcji platyny. Hydrogen Fuel Cells, czyli ogniwa paliwowe to urządzenia elektrochemiczne, które, wykorzystując wodór i jego reakcję z tlenem, wytwarzają energię elektryczną. W efekcie powstaje również jako produkt uboczny woda i znaczne ilości ciepła. Budowa ogniwa paliwowego to dwie elektrody, anoda i katoda. Są one odseparowane od siebie elektrolitem. Wodór doprowadzany jest do anody, a tlen do katody. Jako źródło energii elektrycznej dla pojazdu Fit zaproponowałem Ogniwa typu PEM (Proton Exchange Membrane lub Polimer Electrolyte Membrane). Paliwem jest dla nich czysty sprężony wodór.
Ogniwa te są już stosowane do napędzania pojazdów. Poza tym, wykorzystuje się je do budowy stacjonarnych i przenośnych źródeł energii. Zaletą stosowania ogniw paliwowych jest wysoka jakość otrzymywanej energii. Mają one wysoką sprawność energetyczną. Są mniejsze i lżejsze od innych źródeł energii, nie występuje w nich proces spalania paliwa. Istnieje możliwość stosowania różnych rodzajów paliw bogatych w wodór. Paliwo można dodatkowo pozyskać z wnętrza ogniwa. Wiele działających na rynku firm motoryzacyjnych testuje pojazdy napędzane ogniwami paliwowymi. Opłacalność takich pojazdów jest coraz wyższa. Jeśli technologia ta będzie się upowszechniać, w przyszłości pojazdy FCV (Fuell Cell Vehicle) mogą być tak popularne jak dziś pojazdy z silnikami benzynowymi. Sprawność tego rodzaju napędu jest wyższa od silnika spalinowego. Nie mamy tu do czynienia z zanieczyszczeniami, hałasem, wstrząsami. Energia elektryczna wyprodukowana przez Ogniwa jest magazynowana w akumulatorach typu Li-On bądź podobnych. Te z kolei zasilają dwa silniki elektryczne wbudowane w obręcze kół.
Pojazd, który prezentuję, można prowadzić manualnie poprzez system drive-by-wire, bądź zdalnie. Sterowanie manualne odbywa się poprzez parę dżojstików. Sterowanie zdalne sprowadza się do wyboru celu podróży oraz ewentualnie rodzaju trasy. Człowiek posługuje się przy tym multifunkcjonalnym pokrętłem, a także prostą klawiaturą. Instrumenty te umieszczone są na panelu pomiędzy fotelami. W trakcie jazdy nie trzeba wykonywać żadnych czynności celem utrzymania pojazdu na jezdni. Fit robi to sam, wykorzystuje Global Positioning System, czyli system lokalizacji satelitarnej. Odbierane z satelity informacje dotyczące pozycji geograficznej są zamieniane w konkretne procesy celem automatycznego sterowania pojazdem. Z przodu, na szybie wyświetlane są informacje o podróży, a także stanie technicznym pojazdu (rys. 8). To jednak, jakie dane i wskaźniki (wyłączając te najbardziej istotne) ukażą się oczom kierowcy, zależy od niego. Obsługa Fit powinna być tak prosta jak obsługa telefonu komórkowego.
Znaczne przeszklenie Fit pozwala cieszyć się widokami na większą skalę niż dotychczas. Można bez problemu obserwować także to, co nad głową. By z kolei chronić pasażerów przed nadmiernym promieniowaniem słonecznym, zaproponowałem specjalny rodzaj szkła, transparentnego w zależności od przyłożonego impulsu elektrycznego. Wpuszcza ono do wnętrza mniej bądź więcej światła w zależności od potrzeb. Drzwi przednie uchylają się do przodu i ku górze. W pozycji w pełni otwartej spoczywają poziomo tuż nad górną krawędzią pojazdu. Podczas tego procesu nie zajmują więcej miejsca niż to jest potrzebne. Można je otworzyć nawet na zatłoczonym parkingu.
Projekt VW Fit to ultralekki mini pojazd miejski. Ze względu na jego parametry techniczne i gabaryty, niełatwo zakwalifikować go do jakiejś grupy pojazdów dziś istniejących. Jego zalety to niewielkie rozmiary dł./szer./wys. – 2100 x 1850 x 1700 mm, w pełni zdalny proces sterowania, a także przyjazny dla środowiska naturalnego charakter (jedynym produktem ubocznym jest para wodna). Fit porusza się na dwóch pokaźnych 64-calowych, zamontowanych w jednej osi kołach i zabiera dwie dorosłe osoby wraz z bagażem. Ze względu na przeznaczenie, prędkość maksymalna nie ma większego znaczenia, jednak zakładam, iż ze względów bezpieczeństwa pojazd nie powinien poruszać się z prędkością przekraczającą 50 km/h. Dwa silniki elektryczne o mocy 14,72 kW/20 KM każdy, znajdują się w obręczach kół. Źródłem energii elektrycznej są wodorowe ogniwa paliwowe typu PEM. Podlegający reakcji wodór przechowywany jest w dwóch butlach pod ciśnieniem 1000 barów. Karoseria powinna zostać wykonana z materiałów lekkich, ale zarazem wytrzymałych, np. włókno węglowe.
