Городские авто "переобуют" в мотор-колеса

Наверное, все помнят из школьного курса физики, что электродвигатель состоит всего из двух деталей: ротора, который вращается, и статора, что неподвижен. Так вот, если мы превратим статор в ось, а на вращающийся ротор наденем автомобильную шину, то перед нами получится не что иное, как мотор-колесо. Именно такое "чудо" недавно было создано в США.

Казалось бы, чего проще — вот так сделал и бери себе поезжай! Однако в реальной жизни все оказалось совсем не так просто, как кажется на первый взгляд.

Первым автомобилем, имевшим мотор колеса, стал "продвинутый" Lohner-Porsche (1900) — первый в мире гибридный автомобиль, в конструкции которого были применены мотор-колёса. Успеха он не имел, поскольку на нем были очень тяжелые и громоздкие свинцово-цинковые аккумуляторы, и он не столько ездил, сколько их заряжал.

Впрочем, идея мотор-колеса после этого отнюдь не умерла, а получила свое инженерное воплощение в оригинальных двигателях для… карьерных самосвалов. Как правило, это огромные машины, которые по обычным асфальтовым дорогам не ездят, а день и ночь колесят по уходящим в глубины земли рудным или алмазным карьерам, перевозя на поверхность за каждую поезду десятки, а то сразу и сотни тонн породы!

Как эти "чудовища" устроены проще всего рассмотреть, скажем, на примере Komatsu 930E-3SE — флагмана японского производителя такого рода необычной техники. Полная масса автомобиля — 504 тонны, мощность двигателя — 3500 лошадиных сил, а перевозит он в своем "чреве" (то есть в кузове!) до 290 тонн груза. Для того, чтобы сдвинуть такую громадину с места, у автомобиля под капотом имеется 18-цилиндровый турбодизельный двигатель мощностью 3500 лошадиных сил, который способен давать 1900 оборотов в минуту.

Кстати, этот силовой агрегат может похвастаться не только высокой мощностью и потрясающим крутящим моментом, но и немалым весом — 10 тонн! И эта цифра не кажется совсем фантастической, особенно, когда узнаешь, что в его системе смазки "плещется" 340 литров моторного масла, а в систему охлаждения заливается 719 литров антифриза. Причем в отличие от обычных автомобилей, где маховик двигателя соединен с ведущими колесами через коробку передач, в карьерных самосвалах самой популярной является схема с мотор-колесами. В ней двигатель всю свою мощность отдает не механической трансмиссии, а генератору переменного тока, питающего тяговые электромоторы, а они как раз и являются мотор-колесами, так до сих пор и не появившимися на массовых легковых автомобилях.

Крутящий момент от электродвигателей передается на гигантские колеса не напрямую, а через компактные редукторы, поэтому объем масла, необходимый для работы каждого редуктора, составляет всего 95 литров. С таким силовым агрегатом максимальная скорость Komatsu 930E-3SE составляет 64,5 километров в час, что для такой махины совсем немало, и проблема тут состоит не в том, чтобы ее разогнать, а в том, как остановить. Над этой задачей трудится гибридная тормозная система, состоящая из трех подсистем: основной, вспомогательной и стояночной.

Основная система — гидравлическая, многодисковая, с раздельными контурами передней и задней оси и масляным охлаждением тормозных дисков. Максимальное давление тормозной жидкости в контуре составляет 172 атмосферы и при этом во время торможения общая площадь поверхности трения составляет почти 10 квадратных метров! Но даже такая система не может в одиночку справляться с гигантом, поэтому ей на помощь приходит вспомогательная — электродинамическая система торможения.

Во время торможения тяговые электромоторы переключаются в режим генераторов, и вся вырабатываемая ими электроэнергия превращается в тепло на нагрузочных резисторах. Мощность, рассеиваемая на резисторах, в пике может быть более 4000 киловатт! В то время как среднее значение этого параметра составляет 2900 киловатт. Стояночная тормозная система — с сухими тормозными дисками, способна удерживать полностью загруженный автомобиль на 15-процентном уклоне.

О чем это говорит? Да только о том, что все это техническое совершенство всего лишь результат действия закона спроса и предложения. Есть спрос — есть и предложение в виде оформленного технического решения, и даже необходимость в настоящих реках топлива и масла тут никого не останавливает! А вот как обстоит дело с городским автомобилем на мотор-колесах?

Что же, сегодня уже есть городской двухместный электромобиль Hiriko, который как раз и оснащен мотор-колёсами. Применение данного конструктивного решения позволило реализовать на сверхмалом автомобиле независимый поворот колес, то есть он еще и очень маневренный. Этот автомобиль является коммерческой реализацией проекта CityCar, разработанного в Массачусетском технологическом институте Media Lab с 2003 года, а производится он в Испании, в стране Басков. Кстати, и название его Hiriko на языке басков означает "городской" или "из города".

Теперь вот США порадовали всех любителей экологического транспорта еще одним подобным авто. В Университете штата Огайо разработан необычный электромобиль, управлять которым без бортового компьютера и различных вспомогательных систем просто невозможно. Придумал его адъюнкт-профессор отделения машиностроения Ван Цзюньминь. Причем в отличие от карьерных самосвалов у него нет традиционного двигателя внутреннего сгорания, трансмиссии и дифференциалов.

Каждое из четырех колес приводится в движение собственным электромотором, получающим питание от блока аккумуляторных батарей. Это дает ему возможность совершать самые разнообразные маневры, быстро менять направление движения и делать резкие повороты.

Впрочем, вот так просто делать эти самые резкие повороты нельзя. Водителю на помощь приходит специальный бортовой компьютер, который с частотой до 100 раз в секунду получает и анализирует показатели о положении рулевого колеса, педалей акселератора и тормоза. А уже на основании этих данных вычисляются параметры работы каждого из четырех мотор-колес.

Использованная математическая модель позволяет не только с высокой точностью рассчитать нужный крутящий момент, но и обеспечивает новое авто такими возможностями, которые недоступны обычным автомобилям. Например, этим достигается очень хорошая маневренность и отзывчивость на каждый поворот руля. Причем во время движения одно или несколько колес могут притормаживаться, а оставшиеся — продолжать движение с прежней скоростью. Так что направления движения может воспроизводиться им идеально.

Разработка автомобиля началась в 2009 году при поддержке Управления научно-исследовательских работ ВМС США. Затем в феврале 2012-го команда Вана получила пятилетний грант в размере 400 тысяч долларов, что, в общем-то, не так уж и много, однако и немало. Новый электромобиль создан на шасси коммерческого внедорожника и весит приблизительно 800 кг. В каждое колесо установлен электрический двигатель мощностью 7,5 кВт, питание которого обеспечивается 15-киловаттным блоком литий-ионных аккумуляторов. С центральным компьютером моторы связывает электрический кабель.

Колоссальным преимуществом автомобиля является нулевой выброс вредных газов в атмосферу. А подзаряжать батареи можно при помощи возобновляемых источников энергии. Испытания в различных условиях показали, что точность маневрирования в ответ на действия водителя равна 10-20 см. Заряда аккумуляторов хватает на 8-10 часов езды с остановками.

Специалисты, впрочем, признают, что коммерческий вариант автомобиля вряд ли появится раньше, чем через 5-10 лет. Дело в том, что необходимо улучшить реакцию его бортовой компьютерной и механической систем, а также реализовать необходимые средства обеспечения безопасности водителя и пассажиров.

Следует заметить, что в последнее время в качестве двигателя для электромобиля мотор-колеса используются все чаще и чаще, особенно в концепт-карах. Исключением стал лишь Volage — спортивный электромобиль, построенный силами фирм Venturi и Michelin, который скоро должен будет поступить в продажу. Все активные системы безопасности, такие как ABS, ESP, Brake Assist и Traction Control, в таком автомобиле можно соединить в один управляющий софт, после чего они смогут воздействовать на каждое колесо по отдельности. Добавим к этому ещё и мобильность данной системы и её способность регенерировать энергию при торможении.

Конечно, у мотор-колес есть и определенные недостатки. Попробуйте-ка запихнуть кучу механизмов внутрь маленького обода. Понятно, что вес колеса при этом увеличится, а это плохо скажется на управляемости, повысится износ подвески автомобиля, увеличится передача вибрации на кузов. Доказано, что идеальный вес автомобильного колеса должен составлять 10-30 кг. Инженерам Michelin удалось вписаться в этот жесткий лимит: их тяговый электродвигатель Active Wheel весит всего 7 кг, а остальная механика системы укладывается в 11 кг.

Ну а существенных недостатков у самого электродвигателя просто нет. Зато есть большие сложности в его питании. И вот именно несовершенство источников пока не дают использовать электродвигатели внутри колес (как, впрочем, и просто электродвигатели!) в массовом коммерческом автомобилестроении.

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"

Не забывайте присоединяться к Pravda.Ru во ВКонтакте, Telegram, Одноклассниках, Google+, Facebook, Twitter. Установи "Правду.Ру" на главную страницу "Яндекса". Мы рады новым друзьям!

Комитет Генассамблеи ООН по социальным, гуманитарным и культурным вопросам принял проект резолюции Украины о ситуации в области прав человека в Крыму. 

ООН приняла резолюцию против Крыма. Что теперь будет?
Комментарии
"Одесса превратилась в ничто" — сорванный концерт Райкина обсуждают в Сети
Хиллари Клинтон определила главную угрозу нацбезопасности США
Разведка США начала расследование по Путину
Немцы-энтузиасты ищут "Янтарную комнату" в центре Европы
Как воевать с "Черными дроздами"
За билетами на "Нуриева" в кассы Большого театра выстроилась очередь
Главу МИД ФРГ разозлил конфликт между Россией и США из-за СМИ
ООН приняла резолюцию против Крыма. Что теперь будет?
ООН приняла резолюцию против Крыма. Что теперь будет?
Разведка США начала расследование по Путину
ООН приняла резолюцию против Крыма. Что теперь будет?
Главную угрозу США определила главную угрозу нацбезопасности США
В Испании не видят повода для проблем с Москвой после нападок на Россию
Колебания валютных курсов экономике компенсирует золотой запас России
Молдавия: почему премьер Филип идет на сближение с Тирасполем?
Смартфон станет для россиян полноценной заменой паспорта
В Британии потерпело крушение самое большое в мире воздушное судно
Тайна "Прометея": куда направлен ЗРК С-500
"Одесса превратилась в ничто" — сорванный концерт Райкина обсуждают в Сети
"Одесса превратилась в ничто" — сорванный концерт Райкина обсуждают в Сети
В исчезновении аргентинской субмарины нащупали британский след