Из мира новых технологий. Тенденции автомобилестроения ближайшего будущего

Последнее задание, полученное в редакции газеты, в которой работаю, позволило мне посетить государственный исследовательский центр автомобилестроения и попутно познакомиться с основными направлениями, приоритетными на сегодняшний день для учёных в этой области. Многое из увиденного меня удивило, но одновременно испытал и некоторое разочарование. Когда ещё только входил в вестибюль учреждения в голове проносились мысли, что смогу познакомиться, чуть ли не с космическими технологиями. В мозгу возникали видения летающих автомобилей, переносящих тебя на сотни километров в мгновение ока. На самом же деле, оказалось, что задачи, стоящие на сегодняшний день перед лучшими умами в области автомобилестроения, намного банальнее и приземлённее.

Экономия ресурсов и чистый воздух

Общие направления, по которым ведутся первоочередные разработки – это проблемы экологии и энергосбережения, конкретнее – создание автомобильного двигателя, работающего на альтернативном топливе (электромоторы таковыми не являются). Кроме этого их внимание сосредоточено на системах связи и интеллектуального управления. Также немалые разработки ведутся в области безопасности самих транспортных средств.

Всё это глобальные и долговременные тенденции. По приоритетности они поделены на несколько временнЫх отрезков. На ближайшее будущее, как сказал мне во время личного разговора начальник инженерного отдела: «Основным направлением в исследованиях является снижение потребления топлива существующими типами двигателей с одновременным увеличением их эффективности. Исходя из этого, перед нами поставлены инженерные задачи, которые необходимо решить в первую очередь:

• улучшение системы управления аккумуляторными батареями и разработка силовой электроники;
• уменьшение нагрузки на компоненты автомобиля за счет интеллектуального управления распределителем энергии;
• восстановление бесполезно рассеивающейся энергии;
• применение альтернативных материалов позволяющих использовать многослойные конструкции (магний, композиты) – всё, что может обеспечить снижение веса транспортных средств».

В общем, всё понятно, правда? Но мне была как-то не совсем ясна детальность проблемы, и поэтому попросил дать дополнительные, более обширные пояснения. Что услышал, постараюсь пересказать вам более доходчиво и по каждому пункту, начиная с первого.

Аккумуляторы и рациональное распределение их энергии

В автомобиле существует система управления аккумуляторными батареями. Она должна постоянно работать в определённом режиме, чтобы обеспечивать на всей стадии гарантийного срока отведённого производителем для АКБ, поддержание такого важного параметра как ёмкость. Кроме того, она является гарантом стабильности других контролирующих и управляющих систем.

Ради её безукоризненного функционирования на данный момент профильный исследовательский отдел занят разработкой новых алгоритмов, с помощью которых можно будет прогнозировать различные состояния аккумулятора во время различных режимов его эксплуатации. Первая ступень уже преодолена. Благодаря обширному тестированию с голографическим моделированием, скорректированы программы, ведущие мониторинг различных ситуаций поведения систем контроля и управления. Создан технологический контроллер, позволяющий отслеживать процессы, происходящие в АКБ в течение всего срока службы.

В других испытательных лабораториях проводятся тесты по вводу в АКБ нетрадиционных химических элементов с целью расширения диапазона работы и сокращения затрат на его производство. И там добились результатов указывающих на перспективность направления. Появился опытный образец, способный стабильно работать в экстремальных условиях при высоких температурах. Он имеет меньший вес и более низкую себестоимость.

Система турбонаддува

При упоминании об управлении распределителем энергии мне вначале подумалось, что речь будет о новейшей системе зажигания, но как оказалось, я ошибался. Далее, разговор пошёл (чего уж совсем не ожидал) о турбонаддуве. Сопровождающий инженер объяснил, что основными постулатами, позволяющими разобраться в происходящих в двигателе процессах, являются термодинамика и механика. С точки зрения первой науки эффективность мотора всегда выше при более высоких нагрузках, а в механике положительный аспект даёт снижение трения в поршневых узлах и уменьшение общего количества цилиндров. В общем, как он сказал, настаёт эра небольших двигателей с турбонаддувом, так как они будут легче существующих моторов и, что критично, уменьшат общий вес транспортных средств и снизят расход топлива.

Но это не всё. Дальнейшее средство повышения мощности с одновременным уменьшением веса – это интеллектуальное управление работой турбонаддува. Известно, что повышение давления, способствует улучшению подачи топлива в двигатель. Это благоприятно сказывается на увеличении отдаваемой им мощности. На сегодняшний день турбированные двигатели в традиционном исполнении с существующими системами управления имеют показатель, даже в самой удачной реализации, не превышающий 45%. Инженер снова поделился своими размышлениями: «Мало кто знает, что за счёт работы турбины значительно уменьшается нагрузка на компоненты двигателя. Турбонаддув работает по принципу использования механической энергии газов для увеличения индуктивного заряда, что при точной регулировке позволяет увеличить отношение мощности к смещению. Если установить интеллектуальную систему, позволяющую очень точно регулировать подачу воздуха с турбины, можно добиться от двигателя большей эффективности. Когда мы стали рассматривать вопрос под таким углом стало ясно, что двигатель небольших габаритов, оснащённый турбонаддувом с интеллектуальной системой контроля, имеет не только лучшую производительность, но ещё и значительно повышается эффективность использования топлива».

Восстановить, что раньше терялось

Ещё одно направление в исследованиях – это восстановление бесследно рассеивающейся энергии. Здесь несколько ответвлений. Первое связано с потерями в системе охлаждения выхлопных газов. Для этого уже разработано новое устройство для рекуперации тепла. Оно избирательно преобразовывает собираемую энергию в тепловую, электрическую или механическую, в зависимости от потребности, повышая этим общую эффективность силового агрегата.

Второе – более разумный контроль над работой основных компонентов автомобиля. Конкретнее это разработка новых систем и программного обеспечения к ним. Например, умное управление нагрузкой с применением новых технологий, созданных для обеспечения экономии топлива. Одной из таких является система «старт-стоп», применение которой снижает энергетические потери.

Последними проблемами, которыми поделились со мной в центре, стали: общее повышение КПД автомобиля и беспилотное управление. Первую задачу исследователи пытаются решить применением облегчённых сплавов и многослойных конструкций из композитных материалов. Беспилотность – это целое направление и выходит за рамки публикуемого материала. Этой теме вскоре будет посвящена отдельная статья.

Чего ждать от учёных рядовому покупателю в ближайшем будущем?

До момента посещения НАМИ этот вопрос интересовал меня больше всего. В итоге после «экскурсии» по всем этим турбокомпрессорам, термоэлектрическим системам с интеллектуальным управлением и рекупераций энергии, после знакомства с органическим циклом Ренкина мне стало понятно, что простого однозначного ответа получить невозможно. Ясно только, что у учёных имеется большой потенциал, а в автомобилестроении грядут большие изменения.

Для себя сделал вывод, что в ближайшее время мы увидим транспортные средства кузова которых будут изготавливаться из новых, более лёгких, но не уступающих по прочности на сегодняшний день материалов, с изменённой конструкцией двигателя. Автомобили будут оснащены новейшими системами контроля над работой агрегатов, что наконец-то позволит в серийно выпускаемых машинах преодолеть порог в три литра на сто километров. Технологии пусть и не космические, как я рассчитывал, входя в это учреждение, но передовые. И кто знает, что ожидает нас в следующем году, ведь от Земли до Космоса всего один взгляд.