Автомобиль будущего

 

   Оглавление

1. Введение

   2. Разновидности автомобиля  будущего (Гибридный, Электромобиль, Автомобиль  на водородном топливе)

   3. Гибридный автомобиль. Преимущества, недостатки, характеристика, пример.

   4. Электромобиль. Преимущества, недостатки, характеристика, пример.

   5. Автомобиль на  водородном топливе. Преимущества, недостатки, характеристика, пример.

   6. Вывод

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Антропологи и футурологи с завидным упорством рисуют нам будущие изменения в человеке. Несмотря на то, что современные ученые ни при каких обстоятельствах не смогут проверить свою правоту, работая "в стол" для тех самых потомков, они все равно продолжают работать и изводить нынешних людей страшилками. В общем, из-за потребления йогуртов и фарша, из-за использования компьютера будем мы круглоголовые, беззубые и трехпалые. Такому монстру все равно надо будет ездить на каком-то автомобиле. И автопроизводители, хотя и не говорят об этом, точно ведут переговоры с антропологами, чтобы понять, каким должен быть авто будущего. 

Поскольку цикл жизни автомобиля гораздо меньше, чем у человека, автомобильные изменения появляются быстрее, и у нас уже есть шанс увидеть предпосылки развития транспорта будущего.

Большое количество транспорта, сосредоточенного на маленьком клочке земли, привело к тому, что транспортные средства начали уменьшаться. Человеку больше не надо перевозить крупногабаритные предметы и много детей, поэтому все дизайнеры и инженеры начинают уделять больше внимания маленьким машинам. В них появляются и массажеры, и помощники парковки, и датчики всего на свете, а маленькая городская капсула превращается в комфортабельную космическую термоколяску. Тенденция к уменьшению самого автомобиля, правда, не вяжется с предсказаниями о том, что человек станет выше. Но на модных MINI, Fiat 500, Smart ездит пол-Европы и даже бородатые крепыши не брезгуют садиться в компактный авто. Конечно, до премиум комфорта таким машинам еще далеко, но тенденция налицо.

 

Самостоятельная парковка для автомобиля - это уже почти обязательная программа для поступления в премиум-класс. Большой комфортный авто - так будь добр, облегчи владельцу парковку между малолитражками в городе. Lexus предлагает Park Assist, при парковке система сама крутит руль, водителю же надо только нажимать на тормоз и правильно показать искусственному мозгу, куда именно нужно встать. Volkswagen презентует систему, которая вообще предполагает, что водитель немедленно убирается из машины со своим брелоком и извне дает автомобилю сигнал парковаться. С помощью многочисленных датчиков автомобиль понимает, куда можно ехать, а куда нет, а система переключает передачи, крутит руль и контролирует скорость. У Nissan в арсенале есть разработка набора камер, стереоизображение с которых показывает общую картинку происходящего со всех углов авто. Система Bird View появилась на Infinity EX. Умение контролировать движение автоматически, крутить руль и анализировать скорость - задатки автопилота. Добавить еще наработки от активного круиз контроля, и получится почти готовое решение для новой автомобильной сенсации - беспилотного вождения.

Внутри авто должно быть похоже на компьютер. Ведь трехпалый человек будущего так свыкнется с мышкой и сенсорными дисплеями, что едва ли сможет что-то удерживать в руках, кроме чашки. Так что салон авто будущего мог бы быть похож на внутренности концепта Nissan Mixim, который сделан для японских детей ближайшего будущего, вместо материнской груди с рождения знакомых с "тамагочи" и Need For Speed. Руль у Mixim все-таки есть, но он не круглый и похож на джойстик автомобильного симулятора, ну и все остальные органы управления сенсорные, тоже заимствованные у игровой консоли.

 

Вечный вопрос общения с другими автомобилями должен быть тоже решен. Люди ведь общаться будут друг с другом реже, все больше используя цифровые средства связи для обозначения любви, дружбы и деловой преданности. Поэтому общаться между собой будут автомобили, они будут делиться информацией о нестандартных ситуациях на дороге, свободных местах на парковке, пробках и, наверное, перемигиваться, желать друг другу доброго дня и сводить хозяев.

 

Ну и конечно, транспорт будущего - это стопроцентно безопасный автомобиль. Внешние подушки, камеры ночного видения, системы предотвращения столкновения, адаптивные подушки безопасности, системы аварийного сближения и т.д. - это все уже существует даже на серийных моделях. Наверное, будущие люди не будут знать об авариях вообще.

Будут ли у этих автомобилей выхлопные трубы или они будут электрическими, как Tesla Roadster, пока непонятно. 

 

Вполне вероятно, что питаться авто будут растительной пищей, которую люди уже потреблять не будут. Это сейчас Индия бунтует против скармливания рапса мертвым машинам, а как знать, может, через пятьсот лет люди смогут есть только овощную пену из тюбиков, а все засеянные поля будут производить топливо для механизмов.

Короче, все главные автомобильные разработки будут сделаны уже очень скоро, а трехпалые имбецилы будут всем этим пользоваться, и это как-то нечестно. 

 

Уже сейчас производят автомобили не только на бензине, существует три основных категории, а именно: 1) гибриды – где одновременно бензиновый двигатель и электродвигатель с литий ионными батареями, например Toyota Prius, которая до 30 км едет на электротяге потом включается бензиновый мотор и заряжает сам батарею. 2) электромобили - электродвигатель и аккумуляторы литий ионные, но там запас хода максимум километров 300. Примером является Nissan Leaf. 3) автомобили на водородном топливе, например Honda FCX Clarity. Плюсы водородных двигателей  в том что водорода как такового много и он дешёвый.

Наиболее перспективным направлением является развитие процесса добычи водорода и его сжижения, так как электромобили пока не могут обеспечить достаточный запас хода на одном заряде, а гибриды использует всё-таки топливо, к тому же водород в перспективе будет стоить на порядок дешевле топлива.

Рассмотрим по порядку эти категории.

И так первая категория это гибридный автомобиль. ‎ Гибридный автомобиль — автомобиль, использующий для привода ведущих колес разнородную энергию.

Современными автопроизводителями используется схема, позволяющая совмещать тягу ДВС и электродвигателя. Это позволяет избежать работы ДВС в режиме малых нагрузок, а также реализовывать рекуперацию кинетической энергии, что повышает топливную эффективность силовой установки.

Нередко силовые установки с электромеханической трансмиссией (например, Тепловоз, некоторые трактора и танки) ошибочно называют гибридными, что в сущности ошибочно.

Общий принцип

Первоначально идея организации принципа «электрической коробки передач», то есть замены механической коробки передач на электрические провода, была воплощена в железнодорожном транспорте и большегрузных карьерных самосвалах. Причина применения такой схемы обусловлена огромными сложностями механической передачи управляемого крутящего момента на колеса мощного транспортного средства. Это обусловлено тем, что ДВС обладает определённой нагрузочной характеристикой (зависимостью отдаваемой мощности от частоты вращения вала), которая имеет оптимальные показатели только в узком интервале, как правило, смещённом в сторону высоких оборотов. Частичная компенсация этого недостатка происходит за счёт применения коробки передач, однако, она ещё более ухудшает общий КПД за счёт собственных потерь. Также, ДВС не может изменить направление вращения, чтобы обеспечить задний ход. Электродвигатель свободен от этих недостатков, плюс обеспечивает мгновенный запуск и остановку, и не имеет нужды в холостом ходе, что даёт ещё одно важное преимущество — отсутствие механизма сцепления. Поэтому электродвигатель не требует никакой трансмиссии, и в теории, может быть размещён непосредственно в колесе.

Суть нового принципа заключается в том, что двигатель, работающий на обычном топливе, приводит в движение электрогенератор, и через систему управления нужное количество электроэнергии передаётся на электродвигатели, приводя в движение транспортное средство. Это похоже на электростанцию на электромобиле, вырабатывающую энергию для собственного движения. Суть схемы работы гибридного автомобиля аналогична, но значительно модифицирована, в первую очередь добавлением аккумуляторной батареи, только в отличие от электромобиля менее ёмкой, а следовательно, более лёгкой.

Типовые схемы

   * По методу подключения  двигателя и накопителя к приводу:

      * Параллельная. Двигатель и накопитель соединены дифференциалом, который соединен с приводом колес. Используется в автомобилях с Integrated Motor Assist (Honda). Характеризуется простотой (возможно применение вместе с МКПП) и низкой стоимостью.

      * Последовательная. Двигатель соединен только с  накопителем, который в свою очередь  соединён с приводом колес. В  легковых автомобилях пока что  не используется из-за низкого  КПД. Близкий принцип используется  в электрической трансмиссии, которая  применяется в случаях, когда  необходимо передать большой  момент с ДВС на колеса, например, в железнодорожном транспорте  или карьерных самосвалах.

      * Последовательно-параллельная. Система может работать как  последовательно, так и параллельно, в зависимости от режима работы. Реализовано в автомобилях сHybrid Synergy Drive (Toyota), например, Toyota Prius.

  

* По типам накопителей:

      * Электрические:

         * На основе электрохимических  аккумуляторов

         * На основе инерционных накопителей

      * Механические:

         * На основе пневматических аккумуляторов, гидро аккумуляторов с пневматическим накопителем.

         * На основе инерционных накопителей.

Наиболее используемая схема «двигатель внутреннего сгорания — электрический аккумулятор — электродвигатель». В последнем случае питается как горючим, так и зарядом электрического аккумулятора. Главное преимущество гибридного автомобиля — снижение расхода топлива и вредных выхлопов. Это достигается полным автоматическим управлением режима работы системы двигателей с помощью бортового компьютера, начиная от своевременного отключения двигателя во время остановки в транспортном потоке, с возможностью продолжения движения без его запуска, исключительно на энергии аккумуляторной батареи, и заканчивая более сложным механизмом рекуперации — использования электродвигателя как генератора электрического тока для пополнения заряда аккумуляторов.

Преимущества

Экономная эксплуатация

Главным преимуществом является экономная эксплуатация. Чтобы достичь её, необходимо было искать баланс, то есть уравновесить все технические показатели машины, но при этом сохранить все полезные параметры обычного автомобиля: его мощность, скорость, способность к быстрому разгону, и множество других, весьма важных характеристик, заложенных в современных автомобилях. Мало того, способность накапливать энергию, в том числе и не терять понапрасну кинетическую энергию движения во время торможения, а заряжать аккумуляторные батареи, помимо основных явных преимуществ, привнесло автолюбителям некоторые побочные «мелкие радости», например, меньший износ тормозных колодок.

Как была достигнута экономия:

   * снижением объёма и мощности двигателя;

   * работа двигателя  в оптимальном и равномерном  режиме, в гораздо меньшей зависимости  от условий езды;

   * полная остановка  работы двигателя, когда это необходимо;

   * возможность движения  только на электродвигателях;

   * рекуперативное торможение с зарядкой аккумулятора.

Вся эта система до такой степени сложна, что стала возможна в полной мере только в современных условиях, с применением достаточно непростых алгоритмов работы бортового компьютера. Даже правильное и эффективное (с точки зрения безопасности) торможение управляется бортовым компьютером.

Экологическая чистота

Снижение расхода углеводородного топлива немедленно сказалось на экологической чистоте. Полная остановка работы двигателей в местах скопления автомобилей на дорогах городов, и прежде всего в пробках, имеет самую первостепенную роль. Применение же аккумуляторных батарей гораздо меньшей емкости, чем в электромобилях, снизила остроту проблемы утилизации использованных аккумуляторов. Развитие гибридной технологии в общественном транспорте и для грузовых автомобилей ещё больше улучшит экологическую обстановку городов.

Хорошие ходовые характеристики

Теперь нет необходимости устанавливать двигатель из расчёта пиковых нагрузок эксплуатации. В момент, когда необходимо резкое усиление тяговой нагрузки, в работу включаются одновременно как электро-, так и обычный двигатель (а в некоторых моделях и дополнительный электродвигатель). Это позволяет сэкономить за счет установки менее мощного двигателя внутреннего сгорания, работающего основное время в наиболее экономном и благоприятном для себя режиме. Такое равномерное перераспределение и накопление мощности, с последующим быстрым использованием, позволяет использовать гибридные установки в автомобилях спортивного класса и внедорожниках. Несмотря на то, что электродвигатели обладают достаточно большим крутящим моментом в пересчёте на массу и габариты двигателя, по сравнению с другими двигателями, разработчики всё же в ряде моделей устанавливают не слишком мощные электродвигатели, уменьшая их габариты. При этом, в целях суммирования мощностей, применяются комбинированные схемы передачи крутящего момента, с прямой передачей механического крутящего момента, непосредственно от двигателя. Такая схема называется «гибридно-совместный привод».

Увеличение дальности пробега

Исключение половины заездов на заправочные станции, и даже большего количества таких заездов, при езде по городу, высвобождает у автовладельца некоторое количество времени.

Сохранение и повторное использование энергии

Устранён главный недостаток двигателя на углеродном топливе — невозможность возврата энергии обратно в углеродное топливо. Инженеры по транспорту давно пытались сохранить энергию движения при торможении, чтобы её повторно использовать. Например, применялись специальные конструкции с большим маховиком. Но только электрическую и гидравлическую энергию удаётся сохранить с минимальными потерями и достаточно дёшево. В качестве накопителя применяются аккумуляторы, гидр аккумуляторы и специальные конденсаторы.