- Троицкий вариант — Наука - http://trv-science.ru -

Ё-мобиль: инновации на марше?

«Вишь ты — сказал один другому — вон какое колесо! что ты думаешь, доедет то колесо, если б случилось, в Москву или не доедет?» — «Доедет», — отвечал другой. — «А в Казань-то, я думаю, не доедет?» — «В Казань не доедет», — отвечал другой. Этим разговор и кончился.

Н.В. Гоголь, поэма «Мёртвые души».

Не желая сильно уподобляться гоголевским мужикам на пороге кабака, обсуждавшим бричку Чичикова, всё же хочется сделать обзор ситуации с «народным» «Ё-мобилем», сложившейся к настоящему времени. Первые более-менее связные сообщения о дешевом «народном автомобиле», который собрался выпускать олигарх Прохоров, относятся к январю 2010 г., когда было объявлено, что группа ОНЭКСИМ и холдинг «Яровит» будут совместно делать городской автомобиль на базе модульной транспортной платформы [1-2], а 12 апреля того же года они официально презентовали проект «Городской автомобиль» [3].

Сразу было объявлено, что автомобиль будет с электрическим приводом и литий-ионной батареей большой ёмкости, но с изюминкой: в схеме есть небольшой двигатель внутреннего сгорания, который может подзаряжать батарею при необходимости (лет пять назад нечто подобное пытались реализовать на электрическом Мини-Купере). Заявлено что автомобиль, получивший название «ё-мобиль», будет отличаться беспрецедентным количеством примененных в его конструкции инноваций. Проект вполне реален, есть желание, воля и возможности исполнить задуманное. В конце концов это очень патриотично: наладить выпуск оригинальных автомобилей, подобных которым никто никогда не делал в результате реализации оригинального бизнес-проекта. Есть общественный запрос на подобную альтернативу пресловутым «тазикам», конструкция которых не меняется уже тридцать лет и более. Было заявлено, что автомобиль доступен по цене, а значит, может составить конкуренцию небольшим «бюджетным» автомобилям импортного и «отверточного» производства.

Поэтому, когда была объявлена широкодоступная презентация-выставка прототипов новых гибридов, мы с коллегами-гибридовладельцами устроили «культпоход» на эту выставку, чтобы посмотреть на технические решения, оценить новый дизайн и новоявленный бренд «Ё». Результаты похода обсуждались на тематическом гибридном форуме в Интернете, ниже приводится некое коллективное мнение. Вопросов у нас не возникло только к бренду «Ё» и внешнему дизайну кузова (см. сайт белорусских авторов дизайна [4]).

По всем остальным вопросам закрались великие сомнения.

Январская презентация и личные впечатления

На выставке были представлены три прототипа — автомобили с кузовами «мини-вэн», «купе» и «фургон». Неоднократно подчеркивалось, что они различаются формой кузова, а платформа у них единая. Это вполне разумно и является давно сложившейся практикой в автомобилестроении.

Конструкция ё-мобиля предполагает расположение в передней части поперечно расположенного силового агрегата в составе: двигатель 45 КВт плюс генератор мощностью 30 КВт. Далее имеется два блока суперконденсаторов в качестве накопителя энергии, инвертор и два электродвигателя мощностью также по 30 КВт (все три электрических машины идентичны)— двигатели расположены непосредственно на дифференциалах передней и задней оси. В задней части расположен небольшой бак для бензина на 10-20 л и два баллона для сжатого попутного газа (метана). Это принципиальная позиция разработчиков — таким образом попутный газ, который повсеместно просто сжигается в факелах, может быть использован в качестве топлива для ё-мобиля. Поиск в Интернете показал, что в Москве есть целых четыре АГНКС, на которых можно заправить метан [5].

Приборные панели автомобилей поражают воображение гаджетоманов. Мы не будем касаться этой красоты, поскольку к автомобилю она имеет лишь косвенное отношение. Остановимся на самой «платформе», которая вызвала массу сомнений. Во-первых, это практически плоская стальная рама, сваренная из металлического проката «встык». Основная форма — прямоугольник с недостаточными для обеспечения жесткости укосинами. Детали привода автомобиля были «утоплены» в просветах рамы таким образом, что образовывалась плоская платформа.

Получается, что ё-мобиль представляет собой конструкцию на основе жесткой рамы с легким пластиковым кузовом. Это даже не прошлый век автомобилестроения, это больше похоже на телегу. Автомобиль такой конструкции явно противоречит современному пониманию безопасности с созданием зон управляемой деформации для гашения энергии удара при столкновении. Даже тяжелые джипы рамной конструкции имеют такие зоны уже в самой раме. Возникают вопросы и по безопасности при переворачивании.

На прямой вопрос о раме консультанты в один голос утверждали, что конструкция ё-мобилей именно такая, как они выражались, «модульная». А разработки несущего кузова «ведутся». Сейчас, по прошествии нескольких месяцев, про раму никто ничего не говорит. Однако любовно сделанная компоновка «платформы», которую мы видели, наводит на размышления, что именно она была основным техническим решением. И более позднее появление сообщений о несущем кузове — это результат работы над ошибками.

Второй момент, на который мы обратили внимание, — собственно сама «гибридная» схема. Здесь надо отметить, что кавычки поставлены не случайно: ё-мобиль гибридом не является. Можно называть его схему «последовательным гибридом» с некоторой натяжкой, но в отечественном машиностроении давно используется термин «электромеханическая трансмиссия». Гибрид —это просто модное слово, что-то вроде пароля. Прочитав слово «гибрид», все сразу понимают, что это современно, экологично и инновационно.

Слово «гибрид» в перенесении на автомобили подразумевает, что ведущие колеса приводятся в действие разнородными движителями. Например, и бензиновым двигателем, и электромотором — как совместно, так и отдельно. В случае электромеханической трансмиссии вся энергия к колёсам поступает от электромотора, который получает энергию от источника — это может быть батарея («чистый» электромобиль) или «мини-электростанция» в составе ДВС+электрогенератор, или комбинация батареи и «электростанции».

Такая схема давно применяется в технике. Это и большегрузные карьерные самосвалы, бульдозеры ДЭТ-250, тепловозы, автомобильные ракетовозы, морские суда-теплоэлектроходы, немецкие танки образца 1943 г. ... Что их объединяет? Огромная мощность, которая передаётся электромеханической трансмиссией. Иначе передать механический момент от огромного дизеля к огромным колесам/гусеницам/гребному винту очень трудно; а его еще надо каким-то образом регулировать. Электротрансмиссия позволяет плавно регулировать крутящий момент на колесах в широком диапазоне скоростей. Это выгодно отличается от многоступенчатых коробок передач на «обычных» автомобилях.

Применение последовательной схемы в масштабах небольшого автомобиля выглядит сомнительным. Отсутствует коробка передач? Но потери механической трансмиссии значительно меньше, чем схемы с двойным преобразованием энергии с неизбежными потерями.

У автомобиля Prius на борту два мотора-генератора (18 и 50 КВт, всего 68) и инвертор рассчитан на питание одного мотор-генератора 50 КВт. У ё-мобиля на борту три электрических машины суммарной мощностью 90 КВт, инвертор рассчитан на питание двух электродвигателей суммарной мощностью 60 КВт, имеются дополнительные силовые кабели для питания электродвигателей. Масса высоковольтной батареи Prius и двух блоков ионисторов ё-мобиля вполне сопоставимы (при разнице в ёмкости в несколько раз – не в пользу ё-мобиля). Очевидно, что масса электрической части ё-мобиля значительно больше, чем у Prius, поскольку двигатели у них одинакового типа, следовательно, сравнимы по массогабаритным характеристикам. При этом электрическая часть приводит в движение ё-мобиль, почти в два раза меньший по весу, чем Prius. Это иллюстрация того, что последовательная схема менее выгодна для привода малой мощности.

Возникают вопросы по балансу энергии ё-мобиля.

Здесь у ё-мобиля не всё гладко (см. таблицу). Простые расчеты показывают, что разгон ё-мобиля от нуля до 100 км/ час за заявленные 10 секунд может быть произведен только один раз в течение короткого времени. Ё-мобиль сможет заехать в 1-километровый подъем с крутизной 10% на скорости 60 км/час. Если подъем будет круче или длиннее, емкость буферного конденсатора будет быстро исчерпана и, машина поедет медленно — как автомобиль с двигателем 30 КВт. В ё-мобиле совершенно не учтены расходы энергии на собственные нужды (т.е. на систему управления, фары, музыку и кондиционер, весьма немаленькие).

Приход Расход
1.Двигатель внутреннего сгорания на бензине или попутном газе объемом 0,6 л и мощностью 45 КВт с генератором 30КВт. Мощность может выдаваться длительное время, пока есть топливо. 1.Два электродвигателя мощностью 30КВт. Реальная нагрузка может сильно изменяться в зависимости от условий движения (в гору, разгон, сопротивление воздуха при скоростях выше 60км/ч.).
2.Батарея суперконденсаторов ёмкостью 9,6 Фарады (сведения получены от консультантов на выставке) и напряжением от 200 до 450В (источник тот же)

Запасенная в конденсаторе энергия равна CU2/2

9,6Ф*450В*450В/2=972000Дж=

=972КВт-с == 270 Вт-ч = 0,27КВт-ч.*

Теоретически этого хватит, чтобы запитать двигатель мощностью 30КВт в течение 32 секунд. Реально эту цифру надо поделить примерно на три (конденсатор разряжается по экспоненте и его быстро снижающееся напряжение ниже номинального порога не позволит питать электродвигатель) .Для того, чтобы иметь указанный резерв энергии, конденсатор следует держать заряженным близко к максимуму.

*Примечание.

Запас энергии в батарее Prius составляет 1,3КВт-ч
Пример 1.

Рассмотрим разгон ё-мобиля массой 700кг (плюс 100кг полезной нагрузки) от нуля до 100 км/ч за заявленные 10 секунд.

Энергия стоящего автомобиля Т1= 0.

Кинетическая энергия автомобиля, движущегося со скоростью 100 км/ч(27,7 м/с) – mV2/2

Т2=800*27,7*27,7/2=316916Дж = 317КДж.

Таким образом, для разгона до 100 км/ч произведена работа А=Т2-Т1=317КДж

Поскольку произведена она за 10 сек., мощность привода должна составлять N=A/t

N=317КДж/10сек = 31,7КВт

В реальности из-за механических потерь, трения, затрат на преодоление сопротивления воздуха (они становятся весьма существенными после 60 км/ч и стремительно растут пропорционально третьей степени скорости) и необходимости расходовать энергию на «собственные нужды» эту цифру надо увеличить на 70-100%, то есть требуемая мгновенная мощность для обеспечения заявленных характеристик составляет как минимум 50-60КВт.

Расчет из примера 1 показывает, что второй разгон уже не обеспечен энергией, если его производить в течение короткого времени.
3.Рекуперация при торможении.

Поскольку накопитель тот же, ёмкостью 0,27 КВт-ч, при рекуперативном торможении он зарядится от двух 30-киловаттных электродвигателей за 16 сек, реальное время будет меньше также раза в три, причем усилие рекуперативного торможения будет уменьшаться по той же экспоненте в связи с тем, что ток заряда конденсатора будет падать.

Для того, чтобы иметь возможность производить рекуперативное торможение, конденсатор следует держать максимально разряженным** (имеем противоречие с п.2- система управления не может прогнозировать, какой режим потребуется в будущем)

**Примечание. Система управления автомобиля Prius поддерживает заряд батареи на промежуточном уровне-50-70%, для того, чтобы обеспечить возможность рекуперативного торможения. Кроме того, в трансмиссии Prius предусмотрен отдельный режим движения «Brake», при котором исключается перезаряд батареи, а торможение производится двигателем. В ё-мобиле такая возможность исключена, поскольку нет механической связи между колёсами и ДВС.
Пример2. Подъём в гору.

Чтобы поднять массу M на высоту H, надо совершить работу A=M*g*H

Чтобы заехать на этот подъём с нормальной скоростью, то есть за время t, надо развить мощность N=A/t

Допустим, имеем подъём 10% длиной 1 км. Высота H=100м. Масса 800 кг

Время t назначаем 60сек, то есть 1 км при скорости 60 км/ч.

Получаем работу А=800*9,8*100=784КДж.

Тогда мощность, необходимая для совершения такой работы за 60с, теоретически равна 13КВт

С учетом потерь эту цифру смело можно умножить на 2.

Таким образом, 10%-ный подъём на скорости 60 км/ч ё-мобиль преодолеет с помощью штатного двигателя. При увеличении крутизны подъёма (или скорости) будет быстро расходоваться заряд конденсатора, что приведет к дефициту мощности и, следовательно, потере скорости.

Примечание: «Собственные нужды»- энергия, необходимая для работы системы управления, приборов, фар, музыки, и особенно кондиционера может иметь весьма существенную величину

Можно с некоторой точностью оценить динамические возможности ё-мобиля как весьма скромные. Когда будет хотя бы один экземпляр, похожий на будущую серийную машину, потребуются серьезные ходовые испытания, по результатам которых конструкция привода может претерпеть серьезные изменения.

Пока ё-мобиль представляется этакой реинкарнацией «ушастого» «Запорожца», который в современном потоке является скорее помехой, чем участником движения.

Стремительно изменяющаяся конструкция

Кузов. Если год назад это была некая платформа (рамное шасси) с разными кузовами, изготовленными из алюминия и композита на основе базальтового волокна, то теперь это «несущий кузов из полипропилена, армированного стекловолокном». Даже употребляется выражение «монокок ячеистой структуры». Понятия «монокок» и «зоны управляемой деформации» противоречат друг другу. Либо монокок, либо деформация, поскольку монокок — это единая жесткая конструкция.

Снова возникают серьезные вопросы по безопасности. Ведь безопасность, по современным представлениям, — это не стойкость конструкции к разрушению, а способность гасить энергию удара для обеспечения безопасности водителя, пассажиров и пешеходов, если уж такое столкновение случается. Поскольку заявлено, что автомобили начнут выпускаться в сентябре 2012 г., сейчас уже должны быть полностью идентичные серийным автомобили, которые проходят длительные ходовые испытания и краш-тесты. Про такие испытания ничего не известно.

Полностью отсутствует информация о поведении «инноваций» ё-мобиля (прежде всего кузова) при температурных перепадах и на морозе, характерных для нашей страны.

Двигатель. Примерно осенью 2010 г. в сообщениях об ё-мобиле стал упоминаться роторно-лопастной двигатель (РЛД). Простой поиск в Интернете показал, что эта конструкция нигде и никем до ума не была доведена, поскольку не были решены принципиальные вопросы. РЛД разрабатывался в Новосибирске группой разработчиков М.С. Вигриянова — О.М. Иванова. Сейчас, по словам Михаила Прохорова, в интервью, данном на 5-м канале Михаилу Ковальчуку [6], это выглядит так: «Из Сибири» приехал парень, который привез в сумке действующий РЛД. У него были решены самые главные вопросы — синхронизация вращения валов и уплотнение поршней в тороидальной камере».

Эйфория по поводу РЛД продолжалась несколько месяцев. Был нарисован замечательный компьютерный мультфильм, показывающий его работу. И, глядя на макет РЛД на выставке, мы поняли, что единственный работающий образец обитает в этом мультфильме [7]. Каждый желающий может найти в Интернете мнение одного из разработчиков РЛД Михаила Вигриянова [8]. Коротко оно сводится к тому, что РЛД имеет сырую конструкцию и ряд органически присущих ему конструктивных недостатков.

Уже в мае 2011 г. было сообщено, что двигатель, устанавливаемый на серийные ё-мобили, может быть от «Опеля» или «Тойоты». Это несколько меняет понятие «российский инновационный автомобиль». В любом случае конструкция кузова должна быть приспособлена под эти варианты двигателя, и весь автомобиль должен проходить испытания с двигателем, который пойдет в серию.

Система охлаждения. Охлаждения требуют инвертор, электромоторы, генератор, и, возможно, ионисторы. Поскольку на демонстрационном шасси все эти агрегаты были интегрированы в раму, причем распределены по ней, потребовалось прокладывать трубки системы охлаждения от радиатора в передней части машины до заднего моста с установленным на дифференциале электродвигателем. «Ячеистый монокок» также потребует такой прокладки трубок. Большая длина магистралей потребует более производительного насоса (помпы). Большое количество соединений снижает надежность всей системы.

Если убрать задний электродвигатель, тогда вся система охлаждения будет сконцентрирована в передней части автомобиля и станет намного проще. Однако объявлено, что возможна комплектация ё-мобиля источником напряжения 220 В, 50Гц и мощностью 20 КВт. Работа такого источника во время стоянки предъявляет повышенные требования к системе охлаждения — как самого ДВС, так и дополнительного инвертора. Сведений о включении дополнительных охлаждающих мощностей в конструкцию пока никаких нет.

Ё-нновации?

Всё, что здесь сказано, приводит к простому выводу: конструкция ё-мобиля до конца не определена, многие решения принимаются «на бегу», конструкторская часть сильно отстает от полета мысли разработчиков концепции. Большую озабоченность вызывает отсутствие сведений о каких-либо натурных испытаниях ё-мобиля, приближенного к серийному образцу.

Двойственное чувство преследует нас. Мы наблюдаем сверхпрофессиональный пиар проекта. Ключевые заявленные сроки соблюдаются в той или иной степени. Показаны прототипы; на ё-мобиле покатался Путин; заложен завод под Санкт-Петербургом. 16 мая 2011 г. открыта предварительная запись на ё-мобили. За первые сутки записалось более 50 тысяч человек. К концу мая (через две недели) количество заявок перевалило за 100 тыс., и на момент написания статьи достигло 130 тысяч человек [9].

Однако стоит едва вникнуть в детали конструкции ё-мобиля, понимаешь, что на самом деле есть только концепция, постоянно меняющаяся в зависимости от внутренних течений в группе разработчиков. Конструкция сырая, требующая доводки при испытаниях; так называемые инновации туда напиханы ради инноваций. В результате самая главная инновация — РЛД — вызывает самые большие сомнения в своей реальности.

При самом лучшем раскладе ё-мобиль получится маленьким и с невысокой динамикой, меняющейся во времени в зависимости от состояния заряда конденсаторов. Это просто небезопасно. Если это и есть народный автомобиль, то — не много заслуживает народ в глазах олигархов...

Итак, с одной стороны, конструкция, доведение которой, испытания, сертификация за оставшиеся до серийного производства 15 месяцев представляются не очень реальными. Чтобы выпускать ё-мобиль через год, он уже сейчас должен быть полностью готов. Но у разработчиков нет двигателя и кузова.

С другой стороны — напористый пиар и множество обещаний.

Что это?

Подход к выборам издалека?

Четкая реализация проекта «Городской автомобиль»?

Доедет ли ё-колесо до Москвы или Казани?

Олег Малеев,
технический директор
ООО «Гибридные автомобили» (Москва),
владелец гибридного автомобиля Prius (около 5 лет)

1. http://slon.ru/articles/249398/
2. http://slon.ru/articles/249423/
3. http://yarovit.com/news/179.html
4. www.tsesler.com/new/newru.php
5. www.agnks.ru/agnks_map/
6. http://yo-mobil.livejournal.com/16259.html
7. http://yo-mobil.livejournal.com/11111.html
8. http://www.professor-butakov.ru/history/view_history.php?id=1
9. http://www.yo-auto.ru/yo-mobile/pre-order/
10. Форум drom.ru. Тема: Ё-мобиль

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Связанные статьи