Электромобили

Кажется, пришло то время, когда начнут сбываться мечты инженеров и ученых, долгое время безуспешно пытавшихся привнести свежую струю в быстрый, но однообразный поток автомобилизации. Нет, как раз их предложения-то были достаточно здравыми, просто действительно должно было прийти время, когда общество в целом наконец проникнется мыслями, давно посетившими более сознательную его часть. Тех, кто немного раньше понял, что себестоимость себестоимостью, а вот дышать-то действительно скоро будет нечем. Или что, скажем, слишком расточительно пускать большую часть получаемой из топлива энергии на нагрев атмосферы, тем более, что это, собственно говоря, идет совсем не на пользу. Проникаясь постепенно этими мыслями, общество стремится повлиять на ход событий. Во-первых - силой пропаганды через СМИ. Во-вторых — силой закона: соответствующие органы многих государств все более ужесточают требования, например, к выбросам, шуму и другим показателям экологической безопасности (точнее - небезопасности) транспортных средств. Результаты поистине впечатляющие: изобретателей альтернативных источников энергии перестали не только считать ненормальными, но и производители транспортных средств уже полагают делом чести вести пару- тройку "экологических" научных программ. И весьма этим гордятся, словно вся история их существования только и была посвящена борьбе за чистоту окружающей среды. На самом же деле все это мало их волновало до тех пор, пока не возникли те самые законодательные ограничения. Ведь и впрыск топлива существует очень давно, и электронное им управление - отнюдь не достижение последних лет, да и каталитический нейтрализатор придумали не вчера. Однако потребовались европейские нормы 1996 г. (а перед ними - соответствующие американские), чтобы заставить автопроизводителей устанавливать эти дорогостоящие узлы практически на все автомобили с бензиновыми двигателями (иначе невозможно соответствовать нормам). Однако, этим дело не закончилось - законодатели продолжают "додавливать" перспективные нормы еще жестче, а во многих странах уже подумывают и о "нулевом выхлопе". И, куда деваться, автомобильные фирмы принимают вызов. Надо сказать, весьма достойно.
Крупнейшая японская автомобильная компания Toyota Motor Corporation провела для журналистов test drive (переведем как "испытательные заезды") в своем техническом (надо понимать научно-техническом) центре Higashi-Fuji, находящемся совсем недалеко от главной вершины японских островов. Естественно, мероприятие имело своей целью познакомить общественность с последними достижениями компании. А поскольку на научных исследованиях здесь экономить не принято, то и показать есть что. И, без сомнения, "гвоздем программы" были транспортные средства с альтернативными силовыми установками - электрическими и гибридными.
Самое же примечательное заключается в том, что в большинстве случаев речь идет не об оторванных от реальной жизни концептуальных проектах, а о серийных моделях. RAV 4 — электромобиль? Toyota RAV-4 EV Нет, вам не привиделось, а мы не перепутали. Toyota RAV 4 EV - самый настоящий электромобиль. И уж куда как более настоящий - выпускается серийно. И его вполне можно купить в Японии - уже с сентября 1996 г. Правда, пока речь шла об автомобиле с З-дверным кузовом, теперь можно будет приобрести электрический RAV 4 EV в 5-дверном варианте. "Всего" за 4 млн 950 тыс. японских йен (свыше 40 тыс. долларов США). Даже если говорить только об электромобилях универсального назначения (то есть исключить специальный и внутризаводской электротранспорт), то RAV 4 EV-не единственный в мире серийно выпускаемый электромобиль. И как большинство его "коллег", он построен на основе кузова, узлов и агрегатов базовой модели, что вполне логично для мелко-серийного производства. Однако он имеет привод только на передние колеса и тяговый синхронный электродвигатель переменного тока, питающийся от никель-металлгидридных батарей. Тяжелые батареи увеличили снаряженную массу автомобиля на 320 кг (по сравнению с бензиновым вариантом), что, как многие ожидали, должно было неминуемо сказаться на динамике разгона, но... Но обо всем по порядку.
Занимаете место в салоне, поворачиваете ключ в замке "зажигания" — тишина. Переводите селектор в положение "движение вперед", нажимаете на педаль... и “авто”-, простите, - электромобиль буквально срывается с места. Динамика разгона вполне сравнима с бензиновым RAV 4, в том смысле, что практически не отличается. В чем секрет? В электродвигателе. Да, конечно, его максимальная мощность (50 кВт/68 л.с.) практически в 2 раза ниже, чем у бензинового RAV 4 (95 кВт/129 л.с.), но вот только эта максимальная мощность у электродвигателя неизменна в диапазоне от 3100 до 4600 об/мин, да и до 3100 об/мин - не намного ниже. А у бензинового пик достигается только при 5600 об/мин!
Но главное в динамике разгона - момент. А его максимум у электрического RAV 4 EV (190 Нм) даже выше, чем у бензинового (175 Нм), и, к тому же, держится в диапозоне 0-1500 об/мин (у бензинового - при 4600 об/мин). Вот и весь секрет столь бодрого старта с места при большей на 320 кг массе. Как видите, у электрического привода есть свои весомые преимущества, и использовать его весьма целесообразно не только по причине "нулевого выхлопа". Правда, на высокой скорости уже сказывается нехватка мощности, и больше чем 125 км/ч электрический RAV 4 на шоссе не развивает. Но для городского транспортного средства (коим в ближайшее время и будет электромобиль) этого и не нужно, установка же более мощного электродвигателя приведет к очень быстрому "опустошению" батареи не в меру ретивыми водителями. Запас хода без подзарядки и так не велик!

Почему же только город?
Итак, электромобили производятся и продаются. И при этом, несмотря на весьма "универсальный" вид (как, например, у RAV 4 EV), часто остаются только городским транспортным средством. Что и понятно: во-первых, при самых благоприятных условиях пробег без подзарядки составляет около 200 км. Если же за батарею "возьмутся" стеклоочиститель, отопитель, кондиционер и другие энергоемкие устройства, то она "сядет" значительно быстрее. Кроме того, движение за городом со скоростями свыше 100-120 км/ч также требует повышенной мощности, а потому также быстро расходует заряд батареи. Если же учесть, что зарядные станции между городами попросту не встречаются, то понятно, что всеобщее торжество электротранспорта придется отложить. Но существуют и гибридные силовые установки, позволяющие использовать как энергию сгоревшего топлива, так и накопленную электроэнергию. Они имеют различную "идеологию" и различные цели. Именно они, кажется, и станут в ближайшем будущем наиболее реальным способом решения экологических проблем. В общих чертах все можно описать примерно так. У нас есть двигатель внутреннего сгорания (бензиновый, дизель, газовая турбина), приводящий во вращение генератор. Генератор дает ток, питающий тяговый электродвигатель (один, два, свой на каждом колесе - решать конструктору). Такая схема называется электротрансмиссией, потому что здесь генератор, провода и тяговый электродвигатель (-ли) заменяют нам сцепление, коробку передач и приводные валы.
По такой схеме построены практически все современные тепловозы, а также карьерные самосвалы. Но помимо отсутствия тяжелых валов и простоты управления тягой у этой схемы есть еще одно преимущество: двигатель, вращающий генератор, работает в более или менее постоянном режиме, а потому выбрасывает значительно меньше вредных веществ, чем в режиме разгонов и торможений.
Теперь вспомним, что в электромобиле у нас есть такая полезная штука как "рекуперация". Это - когда при торможении тяговый двигатель начинает работать в режиме генератора и при этом подзаряжает батарею. Добавляем батарею в нашу схему с электротрансмиссией. Теперь у нас не пропадает энергия торможения, кроме того, мы можем подзаряжать батарею, когда движемся, например, с невысокой (до 90-100 км/ч) постоянной скоростью и генератор вырабатывает больше энергии, чем это необходимо. Батарея же, в свою очередь, поможет нам при разгоне в нужный момент "подкинуть" из своих "запасов" тяговому электродвигателю. Можно также иногда ехать, используя только батарею и выключив ДВС, а потому совсем не загрязняя воздух (например, где-нибудь в центре города). Все это вместе - уже комбинированная силовая установка (KCV), использующая два источника энергии - двигатель внутреннего сгорания и аккумуляторную батарею.

Prius выходит на дорогу
Toyota Prius Подобная схема КСУ была использована в нашумевшей разработке Volvo, представившей не так давно на суд публики три концептуальных автомобиля: легковой, грузовик и автобус. В качестве ДВС, вращающего генератор, применялась газовая турбина, тяговые же батареи - уже знакомые нам никель-металлгидридных. Когда Toyota объявила о подготовке к серийному производству легкового автомобиля с гибридной силовой установкой, вполне можно было предполагать, что там задействована та же схема, что и у Volvo (тем более, она известна уже давно, и Volvo - не первая компания, которая к ней обратилась). Ну разве что ДВС обычный бензиновый, а не более экзотическая и менее экономичная газовая турбина. Но японцы остались верны своим принципам - не копировать, а делать что-то свое на базе известных решений. И сделали.
Для начала они вспомнили, что есть еще одна схема гибридного привода, когда на валу, соединяющем ДВС и ведущие колеса, стоит генератор (он же - электродвигатель). Когда на валу избыток мощности, то часть ее забирает генератор, заряжая батарею. В случае, когда ДВС не справляется с поставленной задачей, генератор уже работает как электродвигатель, "помогая" вращать вал. Поразмыслив немного над обеими схемами, специалисты Toyota предложили не что свое, совершенно отличное и ни на что не похожее. И появился Prius. Итак, "обычный" поршневой бензиновый двигатель через "механизм разделения мощности" (по сути - несимметричный дифференциал) соединен с главной передачей (то есть с ведущими колесами) и одновременно с генератором. С главной же передачей соединен тяговый электродвигатель, который может получать энергию от генератора либо никель-металлгидридной батареи. Как оно работает? Двигатель и трансмиссия Prius Снаружи устройство напоминает коробку передач, пристыкованную к двигателю. Но самое интересное в том, как все это работает.
Во-первых, стартером для ДВС служит... генератор, который временно выполняет роль электродвигателя.Ну хорошо, ДВС запустили, работает он себе, батарею подзаряжает. Но ведь сцепления нет, гидротрансформатора тоже. Как трогаться? Как выяснилось, этот двигатель и не потребуется. Более того, для трогания с места и движения с очень малыми скоростями (например, маневрирования на стоянке) управляющий компьютер вообще его выключает. А "сам процесс" вам обеспечивает тяговый электромотор, питающийся в этот момент от батареи. В процессе движения с более высокими скоростями ДВС снова привлекается к работе и вращает одновременно колеса автомобиля и генератор. Генератор вырабатывает ток, который поступает в тяговый электродвигатель, активно помогающий (в зависимости от условий движения) бензиновому силовому агрегату двигать автомобиль вперед. Причем, "помощь" эта в некоторых случаях значительно превышает отдачу самого ДВС - особенно при движении на малых оборотах, где бензиновый двигатель, как известно, не силен. Работа тягового электродвигателя в этом случае настолько эффективна, что позволяет обойтись без какой-либо коробки передач. Ну, а если необходимо резко "ускориться"? Нет проблем! В этом случае электродвигатель сможет использовать энергию, запасенную в батарее. А при торможении тяговый электромотор превращается на время в генератор и под заряжает батарею. Конечно же, батарея дозаряжается и от основного генератора - в тех случаях, когда вырабатываемой ДВС мощности больше, чем нужно для движения автомобиля.
Вот такую схему действия комбинированной силовой установки (она называется THS - Toyota Hybrid System) предложили японские инженеры. Если же мы теперь задумаемся о ее роли в автомобиле, то можно прийти к весьма интересным выводам.
Если взять первую схему KCV (концепты Volvo), то здесь все более или менее просто. Автомобиль движется посредством только электрической тяги, используя для этого энергию от батареи и/или небольшой собственной электростанции.
Во второй схеме - чистая авто мобильная "механика", а электроприводу отводится вспомогательная роль - он либо забирает избыток мощности на зарядку батареи, либо "помогает' основному двигателю вращать колеса. Ну и, конечно же, также может приводить в движение автомобиль.
Рассматривая схему Prius, складывается такое впечатление, что изначально все это задумывалось как некий вариант автоматической бесступенчатой трансмиссии, впоследствии "обросшей" некоторыми дополнительными функциями в связи с появлением тяговой батареи. Как бы там ни было, но "экологическую" задачу THS уверенно выполняет: двигатель внутреннего сгорания работает при более-менее постоянной нагрузке и практически никогда не выходит на мощностные режимы, что не может не сказаться на расходе топлива и токсичности А на практике?
Поскольку вас уже утомил экскурс в теорию, перейдем к практике. Ведь Prius - уже фактически серийный автомобиль, и дилеры Toyota во всех городах Японии уже продают. Известна и рекомендуемая производителями розничная цена: 2,15 млн йен (около 18 тыс. долларов США), а с навигационной системой - 2,27 млн йен (около 19 тыс. долларов США). Сказать, что внешне Prius необычен - не сказать ничего. Высокая поясная khmh и небольшие колесные ниши почему-то напомнили нашу "десятку", и если бы не добавляющие некоторой строгости (и стройности) четкие линии выштамповок, то Prius, пожалуй, мог бы заслужить эпитеты вроде "бочонок на маленьких колесиках". Короткий и высокий задок - дело понятное и привычное. Но вот передняя, часть... Да, возможно, вы и правы, этот передок действительно напоминает о прародителе всех "народных автомобилей", но, по крайней мере, стремительности автомобилю резко скругленная книзу линия капота никак не придает. Но не спешите с выводами.
В стилистическом решении Prius - другая "генеральная идея" - функциональность. Коэффициент сопротивления воздуха у Prius - 0,3 - это уже неплохой показатель. Ну, а когда вы попадете в салон, вы сразу простите ему всю его внешнюю необычность. Еще бы, база у Prius - 2550 мм, что почти на 40 мм больше, чем у нового Volkswagen Golf IV, и это при габаритной длине всего 4275 мм! А ведь Prius — классический седан! Так что уж сильно покатый "носик" вы ему простите и скорее занимайте места в просторном, можно даже сказать, огромном (для габаритной длины автомобиля) салоне.
Интерьер тоже необычен - ни дать, ни взять автомобиль будущего. Хотя, похоже, именно этого впечатления дизайнеры Toyota и добивались. Оформление салона - в японском стиле: без излишеств - все просто и практично. Щитка приборов как такового нет. Только в середине передней панели - узкое окошко, светящееся зелено-голубыми цифрами и буквами. А вот под ним - дисплей, на который может выводиться еще много всякой информации, он же работает с навигационной системой. На центральной консоли - магнитола и ручки управления системой микроклимата. У водителя - рулевое колесо с двумя переключателями и селектор режимов движения. Все!
А теперь переводим селектор в положение D и начинаем движение. Prius - переднеприводный автомобиль, и каких-то особых впечатлений от его управляемости и устойчивости вы не получите. Разве что низкий центр масс (генератор, тяговый электродвигатель и батарея расположены максимально низко) определяет небольшие крены и хорошую устойчивость в поворотах.Вся специфика Prius для водителя - в динамике его разгона. Он себя ведет, примерно как автомобиль с бесступенчатой автоматической трансмиссией на основе вариатора: резкого рывка у него нет- ускорение нарастает плавно, постоянно оптимальное изменение момента, и вас не "вдавливает в сиденье", хотя разгоняется Prius быстрее, чем Corolla с аналогичным 1,5-литровым двигателем и автоматической трансмиссией. Что же касается затрат топлива, то на одной заправке Prius проезжает почти в 2 раза больше, чем та же самая Corolla.
На тестовом автомобиле на экран центральной консоли была выведена информация, иллюстрирующая "что и от чего в данный момент работает". И "свободные от вахты" могли вдоволь налюбоваться, как управляющий компьютер в -зависимости от режима движения, уровня зарядки батареи и еще каких-то показателей переключал потоки мощности между исполнительными устройствами.
Сам же Prius свободно и легко отмерял километры по кольцевой трассе полигона Higashi-Fuji, словно демонстрируя, что совсем близко то время, когда подобных ему будет большинство.

При написании использовались материалы журнала "АВТО-ПАНОРАМА

автор Дмитрий Филонов

       В Токийском университете Keio разработали и построили электромобиль, способный развивать скорость до 310 км/ч.
       Электромобиль получил название KAZ (почти что ВАЗ или ГАЗ :), что расшифровывается как Keio Advanced Zero-emission vehicle или, если переводить буквально, усовершенствованное транспортное средство с нулевым уровнем выхлопа. Звучит довольно футуристично, да и выглядит тоже как макет для съемки очередной серии "Звездных Войн".
       Сообщается, что литий-ионные аккумуляторы электромобиля обеспечивают мощность 55 кВт, распределяемую по всем колесам электромобиля, которых у него целых восемь (надо полагать, такое количество выбрано именно для достижения высокой скорости при не слишком громоздких электродвигателях), однако данных о том, на какой срок хватает заряда аккумуляторов, не приводится.
       Общая стоимость разработки электромобиля составила 500 млн. йен или $7,3 млн. В построении KAZ Университету Keio помогала довольно известная итальянская фирма I.DE.A Institute, специализирующаяся на разработке автомобилей и дизайн которой, в частности, использовался фирмой FIAT.

   IXBT; Добавил: Archont;